【正文】 ? ? ?? ? ? 故為 層 流。12 1 0 9 7 . 2 0 . 1 5 20 . 7 8 5 3 6 0 0 14 /360 60 .G su mD?? ? ??? 泛點率為 %%100* ??ufu 經校核 D= 符合要求。14 1 0 9 7 . 2 1 . 5 7 33 6 0 0 0 . 7 8 5 0 . 1 5 7 3 6 0 0GDmu?? ? ??? 圓整取塔徑為 。 河南城建學院畢業(yè)設計 吸收過程的工藝計算 20 塔徑及氣速的計算 塔內氣體的密度 31 / mkgRTMPV ?????? 將進塔氣換成操作壓力下的體積流量，中壓以下由 PV nRT? 可知 1221PVPV? , 則 hmPGPG / 00 31 1039。 設計目標： 出脫碳塔凈化氣組分中 CO2含量 ? %； 再生氣組分中 CO2%回收率 ? 93% 脫碳塔壓差 20kPa? ； 氣提塔壓差 20kPa? 。因此，脫碳系統(tǒng)的大部河南城建學院畢業(yè)設計 總論 13 分設備 —— 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。然而帶來的缺點是不利于解吸過程，低溫管道設備多，冷量損失就大。另一種冷卻富液，即冷卻剛出脫碳塔的富液。兩種方法各有千秋。下表列出了在某工藝條件下，將 CO2由進口的 %脫到%的對比數據。下表中模式數據顯示了這種影響。但合成氨廠的脫碳壓力往往由壓縮機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到 以上，用 NHD脫碳都可以獲得良好的綜合技術經濟指標。 在這里脫碳塔的操作溫度選 27℃。 脫碳再生操作溫度的選定 在吸收壓力及進脫碳塔氣的 CO2濃度為定值時，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。在國外已經運轉的聚乙二醇二甲醚氣體凈化工業(yè)裝置，也多采用填料塔。 氣提劑的選擇 本設計采用氮氣作為氣提氣，因此，解決了溶液中硫化物的氧化析硫問題，改善了整個系統(tǒng)的可操作性，更是脫 碳 塔以預飽和 CO2的溶液作貧液這種先進工藝的采用的先決條件。 經閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進入脫碳塔中部 ，用以吸收進口氣體中大部分 CO2。 若降低吸收溫度，則一方面提高了 H 值 (即提高了 GK 值 )，另一方面溫度降低會使同樣的液相濃度的平衡分壓2COP?降低，吸收 2CO 的推動力 ? ?22CO COPP??將增大。閃蒸后的 NHD 溶液中還有少量的氣體i，此時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，可進一步降低 溶液中 i 氣體的濃度 iC ,達到溶液再生的目的，使之重復用于吸收。其物理性質 (25℃ )見表 1： 表 1 NHD 的物理性質 河南城建學院畢業(yè)設計 總論 8 計算的熱力學基礎 NHD 溶劑在脫碳過程具有典型的物理吸收特征。 (第 811 周 ) 完成 工藝流程圖 、車間布置圖與主體設備圖 的繪制 。 經過閃蒸的 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氣在填料層內逆流接觸進行氣提再生，經氣提再牛后的 NHD 貧液從氣提塔底排出，經脫碳貧液泵升壓后，再經氨冷器冷卻到一 5℃，然后去脫碳塔頂部循環(huán)使用。脫碳塔底排出的 NHD 富液經水力透平回收能量后去高壓閃蒸槽，其操作壓力為 1． 2 MPa。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 。,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)良的質量傳遞，提高了溶質在溶液中的質量傳遞速度，更有利于改進 氣一液相 平衡，更好的化學穩(wěn)定性 [1]； aMDEAR利用操作溫度上的不同，從而達到節(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 [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]。 隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國際經濟的迅速變化，合成氨工業(yè)的經濟性急需要提高，來降低成本，抵御風險，就不同的脫碳工藝進行深入研究，以達到成本最低化，資源有效化。因此，脫碳的工藝能耗的高低，對氨廠總能耗的影響很大，國內一些較先進的合成氨工藝流程，基本都選用了低能耗脫碳工藝。 (第 1516 周 ) 進行畢業(yè)答辯。 (第 23 周 ) 完成 物料衡算 、熱量衡算 。 要求： 1. 設計 合成氨原料氣凈化脫碳 的工藝流程框圖，并對工藝過程作說明 2. 進行物料衡算 、熱量衡算 3. 設備選型與布置 4. 繪制工藝流程圖 (2圖紙 )、車間 平面 布置圖 (1圖紙 )、 主體設備圖 (2圖紙 ) 5. 撰寫 設計說明書 （ 要求 請參考《本科 畢業(yè)設計（論文）工作手冊》 ） 。河南城建學院畢業(yè)設計 目錄 畢 業(yè) 設 計 題 目 5 萬 噸 /年 合成氨原料氣脫碳及再生工藝設計 畢業(yè)設計 (論文 )任務書 學生姓名 丁錦 專業(yè)班級 化工 1102 指導教師 姬喬娜 工作單位 化學與制藥工程系 設計 (論文 )題目 年產 5000 萬 m3 合成氨原料氣凈化脫碳工藝設計 河南城建學院畢業(yè)設計 總論 2 設計（論文）主要內容： 在合成氨工業(yè)中 不論用什么原料及方法造氣，經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，不僅耗費氣體壓縮功，空占設備體積，而且對后續(xù)工序有害。 要求完成的主要任務及其時間安排 ： 目標：完成 年產 5000 萬 m3合成氨原料氣凈化脫碳工藝設計 ，撰寫設計說明書。 (第 1 周 ) 提交正式開題報告， 制定 工藝流程。 (第 1214 周 ) 完成論文初稿，指導老師 審閱并交學生 修訂 ， 裝訂成冊。隨著科學技術的進步和生產能力的不斷發(fā)展，合成氨工業(yè)在國民經濟的 基礎作用會越來越重要，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。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，在合成氨中有著比較重要的地位。提高二氧化碳的回收率，簡化合成氨脫碳的流程，降低生產能耗，達到生產的較高的經濟效益指標 .現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) aMDEA174。 2．基本內容和技術方案： 在合成氨工業(yè)中 不論用什么原料及方法造氣，經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，不僅耗費氣體壓縮功，空占設備體積，而且對后續(xù)工序有害。 河南城建學院畢業(yè)設計 總論 5 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 一鼓風機； 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逆流接觸，從而脫除其中的 CO：，脫碳塔頂出來的凈化氣經過氣液分離器后，進入板式氣體換熱器升溫至 34℃左右后去甲烷化裝置。該項技術措施可回收 CO，體積分數為 98． 5％的低壓閃蒸氣送人尿素裝置生產尿素。 (第 47 周 ) 完成設備選型， 撰寫設計說明書。 河南城建學院畢業(yè)設計 總論 6 4．指導老師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 河南城建學院畢業(yè)設計 總論 7 原料氣脫碳的目的和意義 原料 氣脫碳 工藝概述 工藝的選擇 附錄 致謝 論文至少要包含上述四章內容， 請補充 NHD的脫碳原理 NHD 溶劑的物理性質 NHD 溶劑的主要成分是聚乙二醇二甲醚，分子式為 ? ?3 2 4 3nCH O C H O CH，式中 n=2~8，平均分子量為 250~270。反之，對已經溶解了大量二氧化碳的 NHD 溶劑，在溫度及 iH 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。可見，提高吸收壓力對提高吸收速率是有利的。 脫碳及再生工藝參數的選定 脫碳流程的選擇 鑒于聚乙二醇二甲醚脫除 CO2是個典型的物理吸收過程，從 1965 年至今二十多年來，世界上幾十個工業(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，逐級減壓，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可達到 93%以上，常用之于尿素生產。因此，不設溶劑洗滌回收裝置 。因此，我們選用了操作彈性較大的填料塔。由于此次設計的溫度不低，故為選用 聚丙烯階梯環(huán) 。 據計算，脫碳負荷，填料層高度，吸收壓力等條件均相同時，脫碳貧液溫度為 25℃ 時，凈化度為 %，貧液溫度降低到 1℃ ，凈化度可達 %。以下是兩套不同吸收壓力的工業(yè)裝置的運行數據： 從表中可以看出， 的吸收壓力明顯優(yōu)于 。 脫碳塔氣 液比的確定 在其它工藝條件不變時二氧化碳凈化度隨著氣液比的增大而降低。如表 3所示： 表 3 序 號 氣 液 比 溶劑吸收 CO2能力m3 (標 )/m3 CO2 mol% 進塔氣 凈化氣 1 2 3 4 河南城建學院畢業(yè)設計 總論 12 若要保證一定的 CO2凈化度，則氣液比提高所產生的不利影響，需通過提高填料層高度來彌補。 根據國外同類型運轉工廠的經驗，冷凝器的位置有兩種，一種冷卻貧液，一種是冷卻富液。缺點是傳熱溫差小，溶劑損耗大。(因為整個脫碳系統(tǒng)中，富液溫度最高 )整個脫碳系統(tǒng)操作溫度都較低，溶劑損耗少。但在高溫和有二氧化碳和水蒸汽存在的情況下，對設備有一定的腐蝕作用。 河南城建學院畢業(yè)設計 解吸過程的工藝計算 3 吸收過程的工藝計算 已知條件： 進口氣體組成： 組成 CO2 CO H2 N2 CH4 合 計 含量 /% 工藝參數： 原料氣壓力：常壓； 進脫碳塔氣體溫度： 25℃ ； 脫碳塔操作壓力： P=； 脫碳塔操作溫度： t=27℃ ； 進脫碳塔溶液含二氧化碳的量： 進脫碳塔溶液溫度： 25℃ ； 閃蒸槽操作壓力：常壓； 閃蒸槽操作溫度： 25℃ ； 進氣提塔氮氣溫度： 30℃ ； 氣提 塔操作壓力： ； 氣 提 塔操作溫度： 25℃ ； 年工作日 300 天，其余數據根據生產實際情況自定。 NHD 在同樣條件下 2CO 的溶解度是碳酸丙烯的 倍，則在 25℃， 下 NHD 的溶解度為 1. 15 13 .8 15 .8 7S ? ? ?3m （標） 3/m 凈化氣的流量為： ? ? ? ? hmYGG B / 6 1 5 5 81 322 ????? 凈化氣摩爾流量為： hk m olGq c / 2 ???