年產(chǎn)30萬噸合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì)

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年產(chǎn)30萬噸合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì)

[摘要]脫碳工段是合成氨工程中必不可少的工段之一，二氧化碳吸收塔和溶液再生塔是脫碳過程中不可缺少的塔設(shè)備。

本文權(quán)衡眾多合成氨脫碳方法之利弊，最終選擇碳酸丙烯酯脫碳法。首先進(jìn)行工藝流程分析并根據(jù)工藝參數(shù)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行二氧化碳吸收塔和解析塔內(nèi)的物、熱量衡算；其次就二氧化碳吸收塔、溶液再生塔等設(shè)備利用物理吸收機(jī)理、傳質(zhì)傳熱方程、溶液物性數(shù)據(jù)等方面的知識進(jìn)行塔體的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，設(shè)計(jì)出二氧化碳吸收塔的塔徑為2.1m，塔高為27m，二氧化碳解吸塔塔徑2.4m，塔高29m；然后對二氧化碳吸收和解吸塔進(jìn)行了必要的強(qiáng)度校核；最終對脫碳工段車間結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)作為理論上的準(zhǔn)備工作，為分析工藝流程、設(shè)備設(shè)計(jì)上存在的問題、確定問題的根源、提出解決問題的合理方案準(zhǔn)備了充分的理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]碳酸丙烯酯法；脫碳工藝；工程設(shè)計(jì)

I

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TheDesignoftheDecarbonizationSectionintheProductionofthe40thousandtonsSyntheticAmmonia

peryear

CarbondioxideabsorptiontowerandthesolutionregenerationtowerareindispensabletowerequipmentintheSyntheticAmmonia.

Thispapertradeoffadvantagesanddisadvantagesofmuchapproachtodecarbonization,propylenecarbonate(PC)decarboniza-tionareselectedfinally.Thetechnologicalprocesswasanalyzed,andthematerialandheatwasbalancedaccordingtoparametersandrelevantstandardsfirstly.ThetowerbodygeneralstructurewasdesignedcalculationbyusingphysicalabsorptionMechanism,masstransferandheattransferequation,solution-physicaldatastcsecondly.Thediameter

Abstract:DecarbonizingsectionisoneoftheabsolutelynecessarysectionsintheSyntheticAmmonia,andthe

ofabsorptiontoweris2.1m,theheightoftoweris27m,diameterofdesorptiontoweris2.4m,theheightoftoweris29m,whichweredesigned.,AndthenthestrengthoftheCarbondioxideabsorptiontowerandthesolution

regenerationtowerarechecked.Thedecarbonizingsectionstructuralarrangementwasreasonabledesignfinally.Asthetheoreticalpreparationwork,thisdesigningpreparesufficienttheoreticalbasisforpeopletoanalysistheproblemsoftechnologicalprocess,equipmentdesign,determinedrootofproblems,posingreasonableplantosolveproblems.

Keywords:Decarbonizationprocess;CarbondioxideremovalwithPCmethod;Proeessdesign

II

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目錄

1緒論1

1.1合成氨工業(yè)概況1

1.1.1我國合成氨工業(yè)發(fā)展概況11.1.2發(fā)展趨勢11.1.3合成氨生產(chǎn)工藝簡述21.1.4脫碳單元在合成氨工業(yè)中的作用21.1.5脫碳方法概述21.2凈化工序中脫碳方法2

1.2.1化學(xué)吸收法21.2.2物理吸收法31.2.3物理化學(xué)吸收法51.2.4固體吸附51.3碳酸丙烯酯（PC）法脫碳工藝基本原理5

1.3.1PC法脫碳技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀51.3.2發(fā)展過程51.3.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)51.3.4工藝流程51.3.5存在的問題及解決的方法61.3.6PC法脫碳技術(shù)發(fā)展趨勢61.4工藝設(shè)計(jì)的意義和目的72全廠總平面的布置和設(shè)計(jì)8

2.1全場總平面布置的任務(wù)82.2全廠總平面設(shè)計(jì)的原則82.3全廠總平面布置內(nèi)容82.4全廠平面布置的特點(diǎn)82.5全廠人員編制83吸收塔和解吸塔的物料衡算和熱量衡算10

3.1計(jì)算依據(jù)CO2的PC中的溶解度關(guān)系103.2PC的密度與溫度的關(guān)系103.3PC的蒸汽壓113.4PC的黏度113.5物料衡算11

3.5.1各組分在PC中的溶解量113.5.2溶劑夾帶量112.5.3溶液帶出的氣量113.5.4出脫碳塔凈化氣量11

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3.5.5計(jì)算PC循環(huán)量123.5.6入塔液中CO2夾帶量123.5.7帶出氣體的質(zhì)量流量123.5.8驗(yàn)算吸收液中凈化氣中CO2的含量123.5.9出塔氣的組成123.6熱量衡算12

3.6.1混合氣體的定壓比熱容123.6.2液體的比熱容133.6.3CO2的溶解熱133.6.4出塔溶液的溫度13

4吸收塔和解吸塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14

4.1確定吸收塔塔徑及相關(guān)參數(shù)14

4.1.1求取泛點(diǎn)氣速和操作氣速144.1.2求取塔徑144.1.3核算操作氣速144.1.4核算徑比144.1.5校核噴淋密度144.2填料層高度的計(jì)算15

4.2.1建立相應(yīng)的操作線方程和向平衡方程154.2.2利用兩線方程求取傳質(zhì)推動力154.2.3氣相傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算164.2.4氣相總傳質(zhì)單元高度164.2.5塔附屬高度204.2.6填料層壓降計(jì)算204.2.7液體初始分布器214.2.8絲網(wǎng)除沫器224.2.9防渦流擋板的選取224.2.10填料支撐裝置224.2.11填料床層限制器224.2.12裙座的設(shè)計(jì)計(jì)算與選取224.2.13填料吸收塔設(shè)計(jì)小結(jié)224.3確定解吸塔塔徑及相關(guān)參數(shù)22

4.3.1求取解析塔操作氣速234.3.2求取塔徑234.3.3核算操作氣速234.3.4核算徑比234.3.5校核噴淋密度244.4填料層高度的計(jì)算24

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4.4.1建立相應(yīng)的操作線方程和向平衡方程244.4.2利用兩線方程求取傳質(zhì)推動力244.4.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算254.4.4氣相總傳質(zhì)單元高度254.4.5塔附屬高度294.4.6填料層壓降計(jì)算294.4.7初始分布器和再分布器設(shè)計(jì)294.4.8氣體分布器304.4.9絲網(wǎng)除沫器314.4.10填料解吸塔設(shè)計(jì)小結(jié)31

5塔內(nèi)件機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核32

5.1吸收塔機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核32

5.1.1吸收塔筒體和裙座壁厚計(jì)算325.1.2吸收塔塔的質(zhì)量載荷計(jì)算325.1.3地震載荷計(jì)算335.1.4風(fēng)載荷計(jì)算345.1.5各種載荷引起的軸向應(yīng)力365.1.6筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核365.1.7裙座和筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核375.1.8基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)395.1.9地腳螺栓計(jì)算395.2解析塔機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核40

5.2.1吸收塔筒體和裙座壁厚計(jì)算405.2.2解析塔塔的質(zhì)量載荷計(jì)算405.2.3塔自振周期計(jì)算415.2.4地震載荷計(jì)算415.2.5風(fēng)載荷計(jì)算425.2.6各種載荷引起的軸向應(yīng)力445.