合成氨原料氣脫碳及再生工藝設(shè)計(jì) -

1、河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)  總論畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)請(qǐng)嚴(yán)格按照學(xué)校的畢業(yè)論文格式！另外，去掉頁眉，去年開始畢論文時(shí)，我就說過論文要查重復(fù)率，超過30%就算抄襲。希望你認(rèn)真撰寫自己的論文。 題 目5萬噸/年合成氨原料氣脫碳及再生工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名丁錦專業(yè)班級(jí)化工1102指導(dǎo)教師姬喬娜工作單位化學(xué)與制藥工程系設(shè)計(jì)(論文)題目年產(chǎn)5000萬m3合成氨原料氣凈化脫碳工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：在合成氨工業(yè)中不論用什么原料及方法造氣，經(jīng)變換后的合成氣中都含有大量的CO2，這些CO2如果不在合成工序之前除凈，不僅耗費(fèi)氣體壓縮功，空占設(shè)備體積，而且對(duì)后續(xù)工序有害。此外，CO2還是重要的

2、化工原料，因此合成氨中原料氣凈化脫碳很有必要和意義。本課題對(duì)合成氨原料氣凈化脫碳的生產(chǎn)車間進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備選型、車間布置進(jìn)行較全面的闡述，對(duì)我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和國(guó)民的健康有著重要意義。要求完成的主要任務(wù)及其時(shí)間安排：目標(biāo)：完成年產(chǎn)5000萬m3合成氨原料氣凈化脫碳工藝設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說明書。要求：1. 設(shè)計(jì)合成氨原料氣凈化脫碳的工藝流程框圖，并對(duì)工藝過程作說明2. 進(jìn)行物料衡算、熱量衡算3. 設(shè)備選型與布置4. 繪制工藝流程圖(2#圖紙)、車間平面布置圖(1#圖紙)、主體設(shè)備圖(2#圖紙)5. 撰寫設(shè)計(jì)說明書（要求請(qǐng)參考本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作手冊(cè)）。時(shí)間安排：2013.12.23-2013.1

3、2.29(第17周) 安排設(shè)計(jì)題目，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容。2013.12.30-2014.01.10(第18-19周) 查閱有關(guān)資料，完成開題報(bào)告初稿并交老師審閱。2014.02.17-2014.02.21(第1周) 提交正式開題報(bào)告，制定工藝流程。2014.02.24-2014.03.07(第2-3周) 完成物料衡算、熱量衡算。2014.03.10-2014.04.04(第4-7周) 完成設(shè)備選型，撰寫設(shè)計(jì)說明書。2014.04.07-2014.05.02(第8-11周) 完成工藝流程圖、車間布置圖與主體設(shè)備圖的繪制。2014.05.05-2014.05.23(第12-14周) 完成論文初稿，指導(dǎo)老

4、師審閱并交學(xué)生修訂，裝訂成冊(cè)。2014.05.26-2014.06.06(第15-16周) 進(jìn)行畢業(yè)答辯。必讀參考資料：1 孟巖.合成氨的生產(chǎn)方法以及工藝流程研究J科教文匯,2008(上旬刊):279.2 王紹貴.二氧化碳脫除工藝及發(fā)展趨勢(shì)J.瀘天化科技,2000,2:100-104.3 王之德.值得推廣的節(jié)能型MDEA脫碳新技術(shù)J.四川化工,1995,2,51。4 張宏偉.MDEA溶液脫碳工藝在合成氨中的應(yīng)用J.小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù),2005,26(6):31-32.5 吳永由,覃富智. ACT-1在富島合成氨裝置脫碳系統(tǒng)的應(yīng)用J.大氮肥,2005,28(5):299-300.6 姜淮,李正西.

5、NHD脫硫脫碳工藝在合成氨裝置的應(yīng)用J.化肥設(shè)計(jì),2008,46(6):30-32.7 周小宏.小型合成氨廠脫碳工藝的選擇J.山西化工,1995,3:38-41.8 姜宏,譙中惠,郜豫川.新型變壓吸附脫碳技術(shù)在合成氨廠的應(yīng)用J.低溫與特氣, 2005, 23 (6):28-31.9 Savage D W, G Astarita, S Joshi. Chemical absorption and desorption of carbon dioxide from hot carbonate solutionsJ. Chem Eng Sci, 1980,35:1513.10Tseng P C, W

6、 S Ho, D W Savage. Carbon dioxide absorption into promoted carbonate solutionsJ.AIChE J,1988,34(6):922-93111 徐世仁等，化工類畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）寫作指導(dǎo)，化學(xué)工業(yè)出版社，201112 劉光啟,馬連湘等. 化工物性算圖手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200213 蔣作良. 藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)M. 中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，199414 王靜康.化工設(shè)計(jì)第二版M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200615 匡國(guó)柱，史啟才主編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)M，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008 指導(dǎo)教師簽名

7、： 教研室主任簽名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目年產(chǎn)5000萬m3合成氨原料氣凈化脫碳工藝設(shè)計(jì)1目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）： 合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展促進(jìn)了一系列的科學(xué)技術(shù)和化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)能力的不斷發(fā)展，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)作用會(huì)越來越重要，而脫碳工段又是合成氨必不可少的工段之一，其能耗約占合成氨廠的總能耗的10%左右。因此，脫碳的工藝能耗的高低，對(duì)氨廠總能耗的影響很大，國(guó)內(nèi)一些較先進(jìn)的合成氨工藝流程，基本都選用了低能耗脫碳工藝。我國(guó)合成氨工藝能耗較高，脫碳工藝技術(shù)也比較落后，因此，推廣應(yīng)用低能耗的脫碳工藝，非常有必要。 如果原料中的二氧化碳不能在合

8、成氨工藝前及時(shí)除凈，就會(huì)使合成氨中的催化劑中毒，致使生產(chǎn)無法進(jìn)行下去，導(dǎo)致巨大的損失。此外，二氧化碳是制造純堿,碳酸氰胺，化肥等重要原料，二氧化碳的脫出和回收是脫碳過程的重要任務(wù)，在合成氨中有著比較重要的地位。 隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國(guó)際經(jīng)濟(jì)的迅速變化，合成氨工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性急需要提高，來降低成本，抵御風(fēng)險(xiǎn)，就不同的脫碳工藝進(jìn)行深入研究，以達(dá)到成本最低化，資源有效化。因此，在國(guó)際經(jīng)濟(jì)與國(guó)家政策的前提下，將合成氨的風(fēng)險(xiǎn)和利潤(rùn)投入到中間工序脫碳工段降低成本，此工藝能有效的縮短流程，降低能源的消耗，減少污染排放，在提高產(chǎn)品的附加值的同時(shí)也能填補(bǔ)國(guó)內(nèi)脫碳工藝的空白，并且為合成氨的進(jìn)步積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

9、本課題的主要目的是為了尋找出一套合理的脫碳的工藝，以獲得較高純度的凈化氣。提高二氧化碳的回收率，簡(jiǎn)化合成氨脫碳的流程，降低生產(chǎn)能耗，達(dá)到生產(chǎn)的較高的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo).現(xiàn)在的合成氨脫碳的方法大致有這些：活化劑ACT1，本菲兒法脫碳系統(tǒng)aMDEA®,N一甲基二乙醇胺MDEA,聚乙二醇二甲醚的混合物NHD,(這里要標(biāo)出其中文工藝名)等，下面大致的介紹一下各種脫碳的方法，ACT1具有愿優(yōu)良的質(zhì)量傳遞，提高了溶質(zhì)在溶液中的質(zhì)量傳遞速度，更有利于改進(jìn)氣一液相平衡，更好的化學(xué)穩(wěn)定性1；aMDEAR利用操作溫度上的不同，從而達(dá)到節(jié)能的目的2；MDEA具有極好的選擇吸收能力，與酸性氣體溶解熱最低，穩(wěn)定性好

10、3，MDEA蒸氣壓低；NHD劑的豐要成分為聚乙二醇二甲醚的混合物，屬于物理吸收溶劑4。NHD溶劑不儀對(duì)CO和CO2等酸性氣體有較強(qiáng)的吸收能力，而且能選擇性地脫除合成氣中H2S。對(duì)脫碳工段的各個(gè)單元生產(chǎn)指標(biāo)的計(jì)算和對(duì)比，對(duì)于這次的設(shè)計(jì)我覺得選擇NHD相對(duì)來說比較好。2基本內(nèi)容和技術(shù)方案：在合成氨工業(yè)中不論用什么原料及方法造氣，經(jīng)變換后的合成氣中都含有大量的CO2，這些CO2如果不在合成工序之前除凈，不僅耗費(fèi)氣體壓縮功，空占設(shè)備體積，而且對(duì)后續(xù)工序有害。此外，CO2還是重要的化工原料，因此合成氨中原料氣凈化脫碳很有必要和意義。本課題對(duì)合成氨原料氣凈化脫碳的生產(chǎn)車間進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備選型、車間布置進(jìn)行

11、較全面的闡述，對(duì)我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和國(guó)民的健康有著重要意義。NHD脫碳工藝流程見圖1。 圖1 NHD的脫碳工藝圖1，12一換熱器；2，9，IO，11，13一分離器；3一脫碳塔；4一高壓閃蒸槽；5一低壓閃蒸槽；6一鼓風(fēng)機(jī)；7，14一溶液泵；8一汽提搭；15，16一水力透平來自NHD脫碳工序的原料氣從塔頂噴淋而下在填料層內(nèi)逆流接觸，從而脫除其中的CO：，脫碳塔頂出來的凈化氣經(jīng)過氣液分離器后，進(jìn)入板式氣體換熱器升溫至34左右后去甲烷化裝置。脫碳塔底排出的NHD富液經(jīng)水力透平回收能量后去高壓閃蒸槽，其操作壓力為12 MPa。從高壓閃蒸槽排出的富液再經(jīng)另1臺(tái)水力透平回收能量后進(jìn)人低壓閃燕槽，其操作壓力為

12、018 MPa。高壓閃蒸氣含氫高達(dá)23左右，為了充分同收這部分氫氣，通過l臺(tái)閃蒸氣壓縮機(jī)增壓后返回脫硫塔。該項(xiàng)技術(shù)措施可回收CO，體積分?jǐn)?shù)為985的低壓閃蒸氣送人尿素裝置生產(chǎn)尿素。經(jīng)過閃蒸的NHD富液由富液泵打至氣提塔段上部，自上而下與從塔底上升的氮?dú)庠谔盍蠈觾?nèi)逆流接觸進(jìn)行氣提再生，經(jīng)氣提再牛后的NHD貧液從氣提塔底排出，經(jīng)脫碳貧液泵升壓后，再經(jīng)氨冷器冷卻到一5，然后去脫碳塔頂部循環(huán)使用。41吳永由,覃富智. ACT-1在富島合成氨裝置脫碳系統(tǒng)的應(yīng)用J.大氮肥,2005,28(5):299-300.2 王紹貴.二氧化碳脫除工藝及發(fā)展趨勢(shì)J.瀘天化科技,2000,2:100-1043張宏偉.MD

13、EA溶液脫碳工藝在合成氨中的應(yīng)用J.小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù),2005,26(6):31-32.4姜淮,李正西. NHD脫硫脫碳工藝在合成氨裝置的應(yīng)用J.化肥設(shè)計(jì),2008,46(6):30-32.3進(jìn)度安排：2014.02.17-2014.02.21(第1周) 提交正式開題報(bào)告，制定工藝流程。2014.02.24-2014.03.07(第2-3周) 完成物料衡算、熱量衡算。2014.03.10-2014.04.04(第4-7周) 完成設(shè)備選型，撰寫設(shè)計(jì)說明書。2014.04.07-2014.05.02(第8-11周) 完成工藝流程圖、車間布置圖與主體設(shè)備圖的繪制。2014.05.05-2014.05.

14、23(第12-14周) 完成論文初稿，指導(dǎo)老師審閱并交學(xué)生修訂，裝訂成冊(cè)。2014.05.26-2014.06.06(第15-16周) 進(jìn)行畢業(yè)答辯。4指導(dǎo)老師意見：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 1.概述1.1原料氣脫碳的目的和意義1.2原料氣脫碳工藝概述1.3工藝的選擇2.吸收塔的物料衡算和熱量衡算3.吸收塔的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.輔助設(shè)備設(shè)計(jì)與選型附錄致謝論文至少要包含上述四章內(nèi)容，請(qǐng)補(bǔ)充1.1 NHD的脫碳原理還要介紹其它工藝方法1.1.1 NHD溶劑的物理性質(zhì) NHD溶劑的主要成分是聚乙二醇二甲醚，分子式為，式中n=28，平均分子量為250270。其物理性質(zhì)(25)見表1：表1 NHD的物理性質(zhì)1

15、.1.2 計(jì)算的熱力學(xué)基礎(chǔ) NHD溶劑在脫碳過程具有典型的物理吸收特征。 二氧化碳?xì)怏w在工藝氣體中分壓不太高時(shí)，它在NHD溶劑中的平衡溶解度能較好地服從亨利定律： 當(dāng)氣相壓力不高時(shí)，氣相中各組分的分壓可按道爾頓分壓定律來描述： 在一定時(shí)，提高氣相總壓P，可溶氣體在NHD溶液中的濃度，將增大，此時(shí)實(shí)行氣體吸收過程。若氣體i為二氧化碳，即為脫碳過程。反之，對(duì)已經(jīng)溶解了大量二氧化碳的NHD溶劑，在溫度及不變的情況下，降低氣相總壓，氣體i從溶液中釋放出來，形成閃蒸過程。閃蒸后的NHD溶液中還有少量的氣體i，此時(shí)可往溶液中鼓入不含氣體i的空氣等惰性氣體，繼續(xù)降低氣相中i的濃度，可進(jìn)一步降低溶液中i氣體的

16、濃度,達(dá)到溶液再生的目的，使之重復(fù)用于吸收。在二氧化碳?xì)怏w與NHD溶劑之間進(jìn)行傳質(zhì)過程的同時(shí)，氫氣、氮?dú)?、甲烷、一氧化碳等氣體與NHD溶劑吸收和解吸，但與二氧化碳?xì)怏w的溶解度相比，這些氣體在NHD溶劑中的溶解度要小得多(表2)表2 各種氣體在NHD溶劑中的溶解度由于硫化氫和有機(jī)硫在前面的脫硫工段已經(jīng)脫除了大部分，剩下的含量很少，故可以可作NHD只吸收二氧化碳，其它氣體則為惰性氣體。1.1.3計(jì)算的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)通過對(duì)NHD溶劑吸收的傳質(zhì)研究，測(cè)得系統(tǒng)的擴(kuò)散系數(shù) 系統(tǒng)的液膜傳質(zhì)系數(shù)與溫度的關(guān)系式： NHD溶劑吸收的速率方程式可以寫成： NHD溶劑吸收時(shí)的傳質(zhì)阻力主要是在液相，對(duì)此物理溶解過程有： 在

17、過程速率主要取決于在NHD液相中的擴(kuò)散速率情況下，則上式可簡(jiǎn)化為 提高氣相壓力對(duì)無明顯影響，但提高了，從而增大了吸收的推動(dòng)力，也增大?？梢?，提高吸收壓力對(duì)提高吸收速率是有利的。 若降低吸收溫度，則一方面提高了H值(即提高了值)，另一方面溫度降低會(huì)使同樣的液相濃度的平衡分壓降低，吸收的推動(dòng)力將增大。因此降低吸收溫度，會(huì)極大地增加吸收速率。由于NHD溶劑吸收CO2是個(gè)液膜控制過程，因此在傳質(zhì)設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)上，應(yīng)采取提高液相湍動(dòng)、氣液逆流接觸、減薄液膜厚度及增加相際接觸面積等措施，以提高傳質(zhì)速率。2.1 脫碳及再生工藝參數(shù)的選定2.1.1 脫碳流程的選擇 鑒于聚乙二醇二甲醚脫除CO2是個(gè)典型的物理

18、吸收過程，從1965年至今二十多年來，世界上幾十個(gè)工業(yè)裝置都采用吸收閃蒸氣提的溶液循環(huán)過程，其中閃蒸操作可分為幾級(jí)，逐級(jí)減壓，高壓閃蒸氣中含有較多的氫氣等有用的氣體，一般讓它返回系統(tǒng)予以回收，或做燃料用，低壓閃蒸氣含CO2可達(dá)到93%以上，常用之于尿素生產(chǎn)。經(jīng)閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進(jìn)入脫碳塔中部，用以吸收進(jìn)口氣體中大部分CO2。進(jìn)入脫碳塔頂?shù)呢氁簛碜詿嵩偕?，由于這部分溶液的再生更徹底，溫度也不高，因此降低了塔頂CO2 的平衡分壓，保證了凈化氣中CO2含量小于1.0%的指標(biāo)。NHD溶劑的飽和蒸汽很低，氣相中帶走的溶劑損耗極少。因此，不設(shè)溶劑洗滌回收裝置。2.1.2氣提劑的選擇本設(shè)

19、計(jì)采用氮?dú)庾鳛闅馓釟猓虼?，解決了溶液中硫化物的氧化析硫問題，改善了整個(gè)系統(tǒng)的可操作性，更是脫碳塔以預(yù)飽和CO2的溶液作貧液這種先進(jìn)工藝的采用的先決條件。2.1.3塔型的選擇NHD溶劑吸收二氧化碳的傳質(zhì)速度較慢，而且低溫操作下的溶劑粘度大，流動(dòng)性差。所以需要較大的氣液傳質(zhì)界面。因此，我們選用了操作彈性較大的填料塔。在國(guó)外已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的聚乙二醇二甲醚氣體凈化工業(yè)裝置，也多采用填料塔。同樣，解吸過程也采用填料塔。 關(guān)于填料，可以根據(jù)發(fā)展情況，考慮選用50×25碳鋼階梯環(huán)，也可使用50×25玻纖增強(qiáng)聚丙烯階梯環(huán)，但必須有低溫長(zhǎng)期使用的經(jīng)驗(yàn)后方可使用。由于此次設(shè)計(jì)的溫度不低，故為選用聚

20、丙烯階梯環(huán)。2.1.4 脫碳再生操作溫度的選定在吸收壓力及進(jìn)脫碳塔氣的CO2濃度為定值時(shí)，二氧化碳在聚乙二醇二甲醚中的平衡溶解度隨溫度降低而升高。圖1 吸收溫度對(duì)脫碳?xì)庵蠧O2 含量的影響所以，降低脫碳溫度，有利于加大吸收能力，減少溶液循環(huán)量和輸送功率，也有利于提高凈化度。更由于溶劑蒸汽壓隨溫度降低而降低，可使系統(tǒng)的溶劑損耗減少，但低溫下的溶劑粘度大，傳質(zhì)慢，增加了填料層高度和冷量損失。 據(jù)計(jì)算，脫碳負(fù)荷，填料層高度，吸收壓力等條件均相同時(shí)，脫碳貧液溫度為25時(shí)，凈化度為0.2%，貧液溫度降低到-1，凈化度可達(dá)0.06%。在這里脫碳塔的操作溫度選27。對(duì)于二氧化碳的再生，其操作溫度選常溫，25

21、。2.1.5 脫碳再生操作壓力的選定 吸收的壓力越高，越有利于物理溶劑的吸收能力的提高。以下是兩套不同吸收壓力的工業(yè)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)： 從表中可以看出，2.7MPa的吸收壓力明顯優(yōu)于1.7MPa。但合成氨廠的脫碳?jí)毫ν蓧嚎s機(jī)型及流程總體安排所決定，只要脫碳系統(tǒng)的二氧化碳的分壓達(dá)到0.4MPa以上，用NHD脫碳都可以獲得良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。所以，我這次設(shè)計(jì)吸收壓力為1.4MPa，二氧化碳的分壓為0.42MPa。 解吸的操作壓力我選常壓，即一個(gè)大氣壓，這樣有利于設(shè)備的運(yùn)行。2.1.6脫碳塔氣液比的確定在其它工藝條件不變時(shí)二氧化碳凈化度隨著氣液比的增大而降低。下表中模式數(shù)據(jù)顯示了這種影響。從該

22、表中看到，在吸收再生條件均相近的情況下，吸收塔氣液比越小，凈化度越高。(吸收壓力均在2.52.8MPa，吸收溫度均在2634，氣提空氣/溶劑在18.223.6)。如表3所示：表 3全部表用三線表，并標(biāo)序 號(hào)氣  液  比溶劑吸收CO2能力m3(標(biāo))/m3CO2mol%進(jìn)塔氣凈化氣143.211.025.60.1249.812.926.20.4354.014.226.00.4462.016.227.21.4若要保證一定的CO2凈化度，則氣液比提高所產(chǎn)生的不利影響，需通過提高填料層高度來彌補(bǔ)。下表列出了在某工藝條件下，將CO2由進(jìn)口的41.73%脫到0.5%

23、的對(duì)比數(shù)據(jù)。如表4所示：表 4序  號(hào)ABCDEFGH氣液比80.778.984.273.769.266.063.561.9脫碳能力m3(標(biāo))/m363.555.744.734.429.929.226.825.2凈化度CO2%0.0200.0160.7130.0860.0530.0200.0170.0152.1.7 冷凝器的位置及選定 脫碳操作溫度接近于常溫，所以進(jìn)塔溶液需要冷凍措施。我們選用液氨為冷源，使溶液溫度保持在25左右。 根據(jù)國(guó)外同類型運(yùn)轉(zhuǎn)工廠的經(jīng)驗(yàn)，冷凝器的位置有兩種，一種冷卻貧液，一種是冷卻富液。兩種方法各有千秋。用冷凝器冷卻貧液的有美國(guó)奧馬哈氨廠，西德的一些

24、工廠以及TVA的有關(guān)報(bào)價(jià)材料。它的優(yōu)點(diǎn)是，控制進(jìn)脫碳塔貧液溫度比較直接，經(jīng)冷卻后的低溫管道較短，其它設(shè)備操作溫度均稍高，這樣有利于氣提過程及減少冷量損失。缺點(diǎn)是傳熱溫差小，溶劑損耗大。另一種冷卻富液，即冷卻剛出脫碳塔的富液。采用這種冷凝器位置的有加拿大希爾哥頓公司氨廠，加拿大工業(yè)公司氨廠等。它的優(yōu)點(diǎn)是傳熱溫差大，有利于減少傳熱面積。(因?yàn)檎麄€(gè)脫碳系統(tǒng)中，富液溫度最高)整個(gè)脫碳系統(tǒng)操作溫度都較低，溶劑損耗少。然而帶來的缺點(diǎn)是不利于解吸過程，低溫管道設(shè)備多，冷量損失就大。 本次設(shè)計(jì)脫碳系統(tǒng)的半貧液冷卻采用第一種位置，貧液是由熱再生塔來，經(jīng)溶液換熱后再用氨冷卻，屬于第一種位置。2.1.8腐蝕及材料選

25、擇NHD溶劑本身無腐蝕性，并能在有些原來的腐蝕的脫碳系統(tǒng)內(nèi)抑制腐蝕，這是因?yàn)镹HD溶劑吸收了水分，減輕了CO2對(duì)碳鋼的腐蝕。但在高溫和有二氧化碳和水蒸汽存在的情況下，對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕作用。因此，脫碳系統(tǒng)的大部分設(shè)備脫碳塔、氣提塔，閃蒸槽等都可用低合金鋼鋼制作，僅部分內(nèi)件，如除沫器，液體分布器，填料支承及壓板等，采用不銹鋼材料。 管道間墊片可用石棉，機(jī)械密封材料可選用硅橡膠，聚丙烯和聚四氟乙烯，一般的高分子材料慎用。 NHD溶劑是油漆的溶劑，管道和設(shè)備內(nèi)表面不能使用涂料，偶爾接觸NHD溶劑的設(shè)備防腐涂層可用環(huán)氧樹脂漆。33河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)  吸收過程的工藝計(jì)算3 吸收過程的工藝計(jì)

26、算已知條件：進(jìn)口氣體組成：組成CO2COH2N2CH4合 計(jì)含量/%0.20.2620.3320.1910.015100.00工藝參數(shù)： 原料氣壓力：常壓；進(jìn)脫碳塔氣體溫度：25；脫碳塔操作壓力：P=1.4MPa；脫碳塔操作溫度：t=27；進(jìn)脫碳塔溶液含二氧化碳的量：0.001進(jìn)脫碳塔溶液溫度：25；閃蒸槽操作壓力：常壓；閃蒸槽操作溫度：25； 進(jìn)氣提塔氮?dú)鉁囟龋?0； 氣提塔操作壓力：26.66kpa； 氣提塔操作溫度：25； 年工作日300天，其余數(shù)據(jù)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況自定。設(shè)計(jì)目標(biāo)：出脫碳塔凈化氣組分中CO2含量1.0%；再生氣組分中CO2%回收率93%脫碳塔壓差；氣提塔壓差。3.1物料恒

27、算原料氣在通過吸收塔的過程中，二氧化碳?xì)怏w不斷被吸收，故氣體總量沿塔高而變，液體也因其中不斷溶入二氧化碳組分，其含量也沿塔高而變，但是塔的惰性氣體量和溶劑量是不變的。進(jìn)塔氣的的平均摩爾質(zhì)量為 進(jìn)塔氣的摩爾流量： 第一步就不對(duì)，注意題目是5000萬立方米！不是5000噸。直接導(dǎo)致后面的計(jì)算都錯(cuò)了進(jìn)塔氣中的流量： 惰性氣體的流量： 則原料氣中各組分的物質(zhì)的量為： kmol/h 其中惰性氣體的物質(zhì)的量為：進(jìn)塔氣中的摩爾比為：出塔氣中的摩爾比為：進(jìn)塔溶液中的摩爾比為：塔操作壓力下的分壓為： 以煤為原料的變換氣中在25，0.42MPa下在碳酸丙烯的溶解度為13.8（標(biāo)）。NHD在同樣條件下的溶解度是碳酸

28、丙烯的1.15倍，則在25，0.42MPa下NHD的溶解度為（標(biāo)） 凈化氣的流量為： 凈化氣摩爾流量為：凈化氣中的流量為： 則被NHD吸收的流量為： 被NHD吸收的摩爾流量為：則吸收所需的NHD的量為：其摩爾流量為：取NHD中的雜質(zhì)含量為0.5%，則真實(shí)所需的NHD為：其摩爾流量為： 根據(jù)全塔的物料恒算，求出在液相中的摩爾比為其摩爾分?jǐn)?shù)為： 從塔底流出的富液量為：凈化氣各組分含量由求出，列表4.1表 4.1組成CO2COH2N2CH4合 計(jì)含量%132.441.123.641.86100.003.2熱量恒算全塔的熱量平衡式為: 3.2.1原料氣帶入的熱量當(dāng)氣體壓力不高時(shí)，有其中氣體的比熱容，而

29、，查將數(shù)據(jù)代入可得氣體中各組分的比熱容，列表4.2表 4.2 組分CO2COH2N2CH48.82311.4297.31811.28310.021 原料氣帶入的熱量為：3.2.2單位時(shí)間內(nèi)氣體的溶解熱 單位時(shí)間內(nèi)氣體的溶解熱為 式中為二氧化碳溶于NHD的溶解熱， 3.2.3進(jìn)塔溶液帶入的熱量進(jìn)塔溶液帶入的熱量 式中為NHD的比熱容， 3.2.4凈化氣帶出的熱量由工程上操作可知?dú)怏w出塔溫度與操作溫度相同，則 其中氣體的比熱容，而， 查將數(shù)據(jù)代入可得氣體中各組分的比熱容，列表4.3 組分CO2COH2N2CH48.94912.3676.89512.14710.826 凈化氣帶出的熱量為： 3.2.

30、5塔底富液帶出的熱量塔底富液帶出的熱量 式中，為單位時(shí)間已溶氣體的焓，則由可以求出富液帶出的熱量為富液的溫度為： 溶液溫度升高了4。3.3吸收塔的工藝設(shè)計(jì)3.3.1 塔徑及氣速的計(jì)算塔內(nèi)氣體的密度 將進(jìn)塔氣換成操作壓力下的體積流量，中壓以下由可知,則 塔內(nèi)氣體的質(zhì)量流量為塔內(nèi)氣體的質(zhì)量流量為采用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速，其橫坐標(biāo)為 查圖得縱坐標(biāo)為 27時(shí)， 水的密度， 則 查表知：DN50塑料階梯環(huán)，解得 擬定操作空塔氣速 由 圓整取塔徑為1.6m。校核： 故所選填料規(guī)格適宜。取 最小噴淋密度操作噴淋密度>符合生產(chǎn)要求。此時(shí)，實(shí)際操作空塔氣速 泛點(diǎn)率為 經(jīng)校核D=1.8m符合要求。

31、4.3.2填料層高度的計(jì)算取純?nèi)軇┑牧髁繛樽钚×髁康?.8倍，則 由 m=0.58的吸收因數(shù) 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： =8.8m NHD的擴(kuò)散系數(shù) 溶解度系數(shù)H與相平衡常數(shù)m的轉(zhuǎn)換： NHD系統(tǒng)的液膜擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系為 對(duì)于物理的溶解過程，有,在該系統(tǒng)有 氣相總體積吸收系數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元高度為：填料層高度為：4.3.3塔厚度的計(jì)算 本塔選用GB6654.16MnR低合金鋼，查得t=27時(shí)的許用壓力，低合金鋼單面腐蝕裕度取，采用雙面對(duì)接焊縫，局部探傷，取，則筒體的設(shè)計(jì)厚度為 圓整后取10mm，負(fù)偏差， 則塔體的名義厚度塔體的有效厚度4.3.4塔壓降的計(jì)算在計(jì)算塔徑時(shí)，由Ecken關(guān)聯(lián)圖可知其

32、橫坐標(biāo)為1.523，填料的降壓因子，則縱坐標(biāo)由Ecken關(guān)聯(lián)圖可知填料，則 全塔的填料層降壓為l 4.3.5輔助設(shè)備的計(jì)算和選型 吸收塔氣體的進(jìn)料管管徑進(jìn)塔氣流速為 查得氣體在中壓下的流速為15m/s，則管徑查表選用的無縫鋼管，其內(nèi)徑 重新核算氣體在管內(nèi)的流速 液體輸送管管徑進(jìn)液管選用碳鋼管，則其管徑其雷諾數(shù)故為層流。查表選用鋼管，出塔液管徑選鋼管。填料層壓板的計(jì)算填料層設(shè)置壓板的必要條件為 其中為最大氣速，這里取空塔氣速0.625m/s則 故需要加壓板，塑料填料選用固定式壓板，壓板的開孔面積等于填料的孔率，則 開孔的縫隙取填料直徑的0.6，則 支撐板的選取 支撐板的開孔面積為填料的孔隙率，為

33、，這里取100%塔截面。液體分布器這里選用盤式分布器，盤上開有的小孔和直徑小于15mm的溢流管，發(fā)布盤直徑為塔直徑的0.6，則盤中的液面高度為塔徑的1/6，則開孔數(shù) 個(gè)噴射器的設(shè)計(jì)1)噴嘴的個(gè)數(shù) ，式中為每個(gè)噴射器的溶液量，這里取，則個(gè)2)噴嘴孔徑 ，式中為噴嘴處的流速，通常，這里取22m/s，則 3)噴嘴入口收縮管長(zhǎng)，式中為噴射入口收縮角，取則 取噴嘴喉管長(zhǎng)，則噴嘴管總長(zhǎng)為4)裙座高度的選擇對(duì)于該塔，裙座體材料采用16MnR，高度為3m，厚度為30mm，并開設(shè)人孔，頂部有50mm的排氣孔，在底部開設(shè)排液孔。裙座上端與塔體的底封頭焊接，下端與基礎(chǔ)環(huán)、筋板焊接。4.3.6塔體的強(qiáng)度校核水壓試驗(yàn)16MnR屈服極限為，則試驗(yàn)壓力 則水壓試驗(yàn)合格。封頭設(shè)計(jì)封頭厚度取筒體厚度，直邊高度取40mm。取長(zhǎng)短軸比值為2的橢圓封頭，則短軸高 ， 封頭的最大允許工作壓力 則封頭的設(shè)計(jì)合格。塔設(shè)備的各種載荷計(jì)算1)塔體的質(zhì)