化工原理課程設計-清水吸收變換氣的填料塔裝置設計.doc

化工原理課程設計任務書指導老師：張先龍老師設計時間：2011.12.26-2012.1.06一、設計題目：清水吸收變換氣的填料塔裝置設計二、設計任務及操作條件：1.變換氣量1220標準m3/h。變換氣組成(體積)為：組分CO2COH2N2進塔氣體%27.72.547.522.33.吸收劑采用清水。4.要求出塔凈化氣中CO21%。5.吸收溫度：30，連續(xù)操作。6.操作壓力：2.0MPa。三、設計內容1)流程的確定與論證；2)吸收塔技術指標與操作指標確定，包括：塔徑、填料層的高度、填料層的壓力降等；3)工藝計算、結構設計；4)輔助設備選型。四、設計成果1.設計說明書一份2.工藝流程圖（3#圖紙）1張3.填料吸收塔的裝配圖（1#圖紙）1張合肥工業(yè)大學化工原理課程設計說明書3目錄中文摘要4英文摘要51引言62工藝流程73物料衡算134氣液平衡曲線及操作線145最小液氣比及吸收劑（水）的用量計算156塔徑計算167填料層高度計算198填料層壓降計算239輔助設備選型2510設計匯總30結論31謝辭31參考文獻32附錄33附錄1主要符號注釋說明33附錄2常用數(shù)據(jù)35心得體會36合肥工業(yè)大學化工原理課程設計說明書4清水吸收變換氣的填料塔裝置設計摘要:本次課程設計我們的任務是設計一個處理變換氣量為1220L/h的填料吸收塔，選用的材料是塑料階梯環(huán)。用水吸收CO2屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質效率，選用逆流吸收流程。且CO2不作為產(chǎn)品，故采用純溶劑水作為吸收劑,繼而用空氣進行解吸使部分水得以循環(huán)利用。水吸收二氧化碳為氣體單純溶解于液相的物理吸收過程，因此選擇較低的操作溫度和較高的操作壓力有利于吸收進行。填料塔的經(jīng)濟優(yōu)化和設備設計是關鍵部分，通過優(yōu)化得到的最小液氣比為70.128，從而得到塔徑、填料層高度及填料層壓降.通過對噴淋密度及塔徑比的校核,最終確定整塔高為15.625m，填料層高度為12.5m，塔徑為0.8m，則完成了主體設備的計算。輔助設備也是填料吸收塔的重要組成組分，綜合考慮各個參數(shù)，我們選擇的液體分布器、液體再分布器、除沫器、裙座及填料支撐裝置分別為溢流型盤式分布器，分配錐再分布器，絲網(wǎng)除沫器、圓筒形裙座和柵板支撐結構。關鍵詞：變換氣，清水，填料塔，校核合肥工業(yè)大學化工原理課程設計說明書5DesignofthepackedtowerincludingconverterofpurewaterabsorptionAbstract:Ourtaskofthiscourseistodesignapackedcolumnwhichcanhandlethereforminggasof1220L/h,andthepackingwechooseisplasticladderringpacking.ItisamoderatelysolubleabsorptionprocesstousepurewatertoabsorbCO2,sowechooseoppositeflowtoimprovethetransferefficiency.AsCO2isnotthedesiredproduct,purewaterisusedasabsorbent,thenthehotairisusedasthedesorptiontoletpartofthewatercycle.PurewateraborbingCO2isaphysicalprocessofgassimpledissolvingfluidphase,soitisadvantageousintheabsorptiontochoosealoweroperatingtemperatureandhigheroperatingpressure.Theeconomicoptimizationandequipmentdesignofthepackedcolumnarethekeyparts,andthesmallestliquid-gasratiois70.128,thenwefigureoutthetowerdiameter,theheightofpackedlayerandthepressurereductionofpackedlayer.Bycheckinginthesprinklingdensityandtheratiooftowerdiameter,theultimateheightofthewholetoweris15.625m,withthepackedlayer12.5m,thetowerdiameter0.8m,sowecompletedthecalculationofthemainequipment.Auxiliaryequipmentisalsoimportantcomponent.Consideringalltheparameters,theliquiddistributor,liquidre-distributor,skirt,anddemisterwechooseareoverflowdiskdistributor,conesidewiperre-distributor,Mo-screen,cylindricalskirtsupportandgridtray.Keywords:reforminggas,purewater,packedcolumn,check合肥工業(yè)大學化工原理課程設計說明書61引言化工廠變換氣是將煤或天然氣或石腦油可重油焦油等其它原料經(jīng)蒸汽轉化成合成氣后，進入變換系統(tǒng)，進一步將合成氣的中的CO（一氧化碳）經(jīng)蒸汽轉換成CO2（二氧化碳）與H2，轉換后氣體稱為“變換氣”，變換氣組成，一般天然氣為原料為H2：54.5%、CH4：1.91%、CO：2.87%、CO2：12.38%、H2O：28.24%、N2：0.09%，還有其它如未反應完全的C2H6、C3H8、O2等等。變換氣進一步將水冷卻并排掉，再進一步分離可以得到純的H2,CO,CO2，下一步的關聯(lián)產(chǎn)品主要有合成氨，甲醇，氨加工產(chǎn)品有尿素、各種銨鹽(如氮肥和復合肥料)、硝酸、烏洛托品、三聚氰胺等。它們都是重要的化工原料。甲醇繼續(xù)經(jīng)氧化脫氫加工可得到甲醛，甲醇羰基化制得醋酸，由醋酸甲酯羰基化生產(chǎn)醋酐，還可由甲醇生產(chǎn)低碳烯烴，由甲醇同系化生產(chǎn)乙醇。還可以只提取H2做產(chǎn)品。交換氣中的CO2的吸收方法主要分為三類：化學吸收法，物理吸收法和物理化學吸收法。用清水作為吸收劑吸收交換氣中的CO2屬于單純的氣體溶解于液相的物理吸收法，并且在吸收過程中，近似二氧化碳在交換氣中的溫度升高并不顯著，熱效應很小，近似認為是單組分等溫吸收過程。填料塔是一種連續(xù)接觸式的氣液傳質設備，結構簡單，壓降低，易用耐腐蝕材料制造，近年來，國內外對填料的研究及開發(fā)進展迅速，性能優(yōu)良的新型填料不斷涌現(xiàn)，使填料塔的應用更加廣泛，本課程設計中根據(jù)煙道氣流量及一系列參數(shù)設計的填料塔，吸收劑利用率高，對二氧化硫吸收徹底，且處理費用低，使社會經(jīng)濟效益得到進一步提高。合肥工業(yè)大學化工原理課程設計說明書72工藝流程2.1吸收工藝流程的確定工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進行分類，從所用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩部吸收流程，從所用的塔設備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內氣液兩相得流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。（一）一步吸收流程和兩部吸收流程一步流程一般用于混合氣體溶質濃度較低，同時過程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務的情況。若混合氣體中溶質濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費用較高，從經(jīng)濟性的角度分析不夠適宜時，可以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流程和多塔吸收流程單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過程的分離要求較高，使用單塔操作時，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程）（三）逆流吸收與并流吸收吸收塔或再生塔內氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質推動力大，分離效率高（具有多個理論級的分離能力）的顯著優(yōu)點而廣泛應用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶劑循環(huán)吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當液相噴淋量過小時，將降低填料塔的分離效率，因此當塔的液相負荷過小而難以充分潤濕填料表面時，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。本設計采用單塔逆流操作。合肥工業(yè)大學化工原理課程設計說明書82.2吸收工藝流程圖及工藝過程說明尾氣溫度計溫度計離心泵清水解吸后部分循環(huán)塔底取樣變換氣吸收CO2的流程包括吸收和解吸兩大部分?；旌蠚怏w冷卻至20下進入吸收塔底部，水從塔頂淋下，塔內裝有填料以擴大氣液接觸面積。在氣體與液體接觸的過程中，氣體中的C