【正文】 LULIANG UNIVERSITY分類號： 密 級： 畢業(yè)設計題 目: 年產18萬噸合成氨脫碳工段 工藝設計 系 別: 化學化工系 專業(yè)年級: 化學工程與工藝2010級 姓 名: 學 號: 20100707102 指導教師: 講師 2014年05月25日 原 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導老師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)論文中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經注明引用的內容外，不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承擔。論文作者簽名： 日 期： 2014年5月28日 關于畢業(yè)論文使用授權的聲明本人在指導老師指導下所完成的論文及相關的資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數據、實物照片、圖片、錄音帶、設計手稿等），知識產權歸屬呂梁學院。本人完全了解呂梁學院有關保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保存或向國家有關部門或機構送交論文的紙質版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權呂梁學院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用任何復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關成果，一定征得指導教師同意，且第一署名單位為呂梁學院。本人離校后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時，第一署名單位仍然為呂梁學院。論文作者簽名 日 期： 2014年5月28日 指導老師簽名： 日 期： 呂梁學院本科畢業(yè)設計摘 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備。合成氨廠無論使用何種原料制成原料氣，經變換后，都含有大量的二氧化碳。這些二氧化碳如果不在合成氨工序前及時除凈，氨的合成就無法進行下去；另一方面，二氧化碳本身是制取尿素、碳酸氫銨等產品的原料，也可加工成干冰、食品級二氧化碳。二氧化碳吸收塔的設計具有回收二氧化碳的功能。本文權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。首先進行工藝流程分析并根據工藝參數及有關標準進行二氧化碳吸收塔和解析塔內的物、熱量衡算；其次就二氧化碳吸收塔、溶液再生塔等設備利用物理吸收機理、傳質傳熱方程、溶液物性數據等方面的知識進行塔體的總體結構設計和計算。 關鍵詞： 碳酸丙烯酯法；脫碳工藝；工程設計 Abstract Decarbonizing section is one of the absolutely necessary sections in the Synthetic Ammonia, and the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are indispensable tower equipment in the Synthetic Ammonia. Whether the ammonia plant use what raw materials to make feed gas, it contains large amount Carbon dioxide after transformation. The ammonia can not be synthesized if these Carbon dioxide are not removable in time. the other hand, the Carbon dioxide is the raw material of the urea and ammonium bicarbonate etc,it can be processed carbon dioxide ice, food grade Carbon dioxide. Designing Carbon dioxide absorption tower is function to recovery Carbon dioxide. This paper tradeoff advantages and disadvantages of much approach to decarbonization, propylene carbonate (PC) decarbonization is selected finally. The technological process was analyzed, and the material and heat was balanced according to parameters and relevant standards firstly. The tower body general structure was designed calculation by using physical absorption Mechanism, mass transfer and heat transfer equation, solution physical data stc secondly. And then the strength of the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are checked. The decarbonizing section structural arrangement was reasonable design finally. Key Words：Decarbonization process。 Carbon dioxide removal with PC method。 Proeess design 目 錄第1章 緒 論 1 合成氨工業(yè)概況 1 我國合成氨工業(yè)發(fā)展概況 1 發(fā)展趨勢 2 2 3 脫碳方法概述 3 凈化工序中脫碳方法 3 化學吸收法 4 物理吸收法 5 物理化學吸收法 7 固體吸附 7 碳酸丙烯酯（PC）法法脫碳工藝基本原理 7 PC法脫碳技術國內外現狀 7 發(fā)展過程 7 技術經濟 8 工藝流程 8 存在的問題及解決的辦法 9 PC法脫碳技術發(fā)展趨勢 10 11 第2章 物、熱量恒算 11 計算依據CO2的PC中的溶解度關系 12 PC的密度與溫度的關系 12 PC的蒸汽壓 12 PC的黏度 12 物料衡算 13 各組分在PC中的溶解量 13 溶劑夾帶量 13 溶液帶出的氣量 13 14 14 帶出氣體的質量流量 14 驗算吸收液中凈化氣中CO2的含量 14 出塔氣的組成 15 熱量衡算 15 混合氣體的定壓比熱容 15 液體的比熱容 16 CO2的熔解熱 16 出塔溶液的溫度 16 確定吸收塔塔徑及相關參數 17 求取泛點氣速和操作氣速 17 取 17 求取塔徑 17 核算操作氣速 18 核算徑比 18 校核噴淋密度 18 填料層高度的計算 18 18 利用兩線方程求取傳質推動力 19 氣相傳質單元數的計算 19 氣相總傳質單元高度 20 塔附屬高度 25 防渦流擋板的選取 27 確定解吸塔塔徑及相關參數 28 求取塔徑 29 核算徑比 30 建立相應的操作線方程和向平衡方程 30 利用兩線方程求取傳質推動力 31 傳質單元數的計算 31 氣相總傳質單元高度 32 填料層壓降計算 36 初始分布器和再分布器設計 37 氣體分布器 38 絲網除沫器 38 總論與評價 40 參考文獻 41 致 謝 42 呂梁學院本科畢業(yè)設計第1章 緒 論 合成氨工業(yè)概況1898年，（又稱石灰氮），進一步與過熱水蒸氣反應即可獲得氨： CaCN2＋3H2O→2NH3＋CaCO3在合成氨工業(yè)化生產的歷史中，合成氨的生產規(guī)模(以合成塔單塔能力為依據)隨著機械、設備、儀表、催化劑等相關產業(yè)的不斷發(fā)展而有了極大提高。50年代以前，最大能力為200噸/日，60年代初為400噸/日，美國于1963年和1966年分別出現第一個600噸/日和1000噸/日的單系列合成氨裝置，在6070年代出現15003000噸/日規(guī)模的合成氨。世界上85%的合成氨用做生產化肥，世界上99%的氮肥生產是以合成氨為原料。雖然全球一體化的發(fā)展減少了用戶的選擇范圍，但市場的穩(wěn)定性卻相應地增加了，世界化肥生產的發(fā)展趨勢是越來越集中到那些原料豐富且價格便宜的地區(qū)，中國西北部有蘊藏豐富的煤炭資源，為發(fā)展合成氨工業(yè)提供了極其便利的條件。 我國合成氨工業(yè)發(fā)展概況我國是一個人口大國，農業(yè)在國民經濟中起著舉足輕重的作用，而農業(yè)的發(fā)展離不開化肥。氮肥是農業(yè)生產中需要量最大的化肥之一，合成氨則是氮肥的主要來源，因而合成氨工業(yè)在國民經濟中占有極為重要的位置。 我國合成氨工業(yè)始于20世紀30年代，經過多年的努力，我國的合成氨工業(yè)得到很大的發(fā)展，建國以來合成氨工業(yè)發(fā)展十分迅速，從六十年代末、七十年代初至今，我國陸續(xù)引進了三十多套現代化大型合成氨裝置，已形成我國特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小規(guī)模并存的合成氨生產格局。目前我國合成氨產能和產量己躍居世界前列。但是，由于在我國合成氨工業(yè)中，中小型裝置多，技術基礎薄弱，國產化水平低，遠遠不能滿足農業(yè)生產和發(fā)展的迫切需要，因此，開發(fā)新技術的同時利用計算機數學模型來提高設汁、生產、操作和管理等的核算能力，促進設計、管理和生產操作的優(yōu)化，從而推動合成氨工業(yè)發(fā)展，提升整體技術水平，己成為國內當前化學工程科研、工程設計的重要課題。我國的合成氨原料主要集中在重油，天然氣和煤，到目前為，中國化肥產量己居世界第一位。但人均耕地面積只有世界平均水平的47%，而人口在本世紀中葉將達到約16億，糧食始終是至關重要的問題?；蕦r作物的增產作用己為大家所公認，中國施肥水平還有很大的提高空間，尤其是中西部市場。與國外比較，我國氮肥行業(yè)主要存在一些比較嚴重的問題，集中表現為裝置規(guī)模小，因而有效生產能力不足，致使行業(yè)整體竟爭能力差。進入WTO后，氮肥行業(yè)這種結構性矛盾日趨顯著，成為影響行業(yè)發(fā)展的一個主要因素。對原有合成氨裝置進行改擴建，利用國家對農業(yè)的傾斜政策，節(jié)能技術改造見效快、可很快提高企業(yè)生產規(guī)模，改擴建改造會給企業(yè)帶來了巨大的經濟和社會效益。 發(fā)展趨勢原料路線的變化方向。從世界燃料儲量來看，煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價后,從煤制氨路線重新受到重視,但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預計到20世紀末,世界大多數合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。節(jié)能和降耗。合成氨成本中能源費用占較大比重，合成氨生產的技術改進重點放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等?，F在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種。與其他產品聯合生產。合成氨生產中副產大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產尿素、純堿、碳酸氫銨的原料。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過程中能聯合生產這些產品，則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。中國開發(fā)的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，以及中國、意大利等國開發(fā)的變換氣氣提法聯合生產尿素工藝，都有明顯的優(yōu)點。合成氨是一個傳統的化學工業(yè)，誕生于二十世紀初。就世界范圍來說，氨是最基本的化工產品之一，其主要用于制造硝酸和化學肥料等。合成氨的生產過程一般包括三個主要步驟: (l)造氣，即制造含有氫和氮的合成氨原料氣，也稱合成氣；(2)凈化，對合成氣進行凈化處理，以除去其中氫和氮之外的雜質；(3)壓縮和合成，將凈化后的氫、氮混合氣體壓縮到高壓，并在催化劑和高溫條件下反應合成為氨。其生產工藝流程包括：脫硫、轉化、變換、脫碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及輸入氨庫和氨吸收八個工序[1]。在合成氨生產過程中，脫除CO2是一個比較重要的工序之一，其能耗約占氨廠總能耗的10%左右。因此，脫除CO2，工藝的能耗高低，對氨廠總能耗的影響很大，國外一些較為先進的合成氨工藝流程，均選用了低能耗脫碳工藝。我國合成氨工藝能耗較高，脫碳工藝技術也顯得比較落后，因此，結合具體情況，推廣應用低能耗的脫除CO2