【正文】 ..... 1 合成氨工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................. 1 合成氨典型流程 ............................................................................................................. 1 脫碳在合成氨中的作用和地位 .....................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括生產(chǎn)工藝的確定和比較、物料衡算和能量衡算、主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型。特此鄭重聲明。畢業(yè)論文沒有剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和侵權(quán)行為，本人愿意承擔(dān)由此產(chǎn)生的各種后果，直至法律責(zé)任；并可以通過網(wǎng)絡(luò)接受公眾查詢。本設(shè)計(jì)采用改良的 碳酸丙烯酯 和兩段吸收兩段再生的工藝來脫除合成氣中的二氧化碳，并對(duì)吸收液進(jìn)行再生。并使用 CAD軟件繪制帶有工藝控制點(diǎn)的流程圖和二氧化碳吸收塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。 在各個(gè)國(guó)家 ，重要的支柱產(chǎn)業(yè) 基本上都是 氨 的合成 工業(yè) [1]。氨的其它工業(yè)用途也十分廣泛，例如，用作制冰、 液化 等系統(tǒng)的制冷濟(jì) 。 根據(jù) 各國(guó)現(xiàn)今 合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，其技術(shù)發(fā)展將會(huì) 繼續(xù) 圍繞 “ 降低 能耗 、提高 效益 ，改善 環(huán)境” 的基本目標(biāo)，進(jìn)一步集中在 “ 大 中 型化、低 耗能 、 高產(chǎn)量 、 無污染 、 運(yùn)行短 ” 等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā) [2]。農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的提高依賴于化肥的產(chǎn)量，然而，化肥中最重要的是氮肥，氮肥的主要作用是：提高農(nóng)作物的抗旱、抗倒，提高農(nóng)作物的生產(chǎn)速度。 合成氨工業(yè)的發(fā)展情況 第一個(gè)提出合成氨工業(yè)的人是德國(guó)人，他所用的方法是不通過別的過程 ，原始?xì)怏w氫氣和氮?dú)庠诖呋瘎┘訅焊邷氐淖饔孟轮苯雍铣砂保@個(gè)方法歷經(jīng)了一百多年。從一個(gè)高耗能、高污染、低效益的大型企業(yè)轉(zhuǎn)化成了一個(gè)低耗能、高效益的低碳環(huán)保型產(chǎn)業(yè)。所以中國(guó)為了找出更符合國(guó)情的可持續(xù)發(fā)展之路，那么必須發(fā)展合成氨工業(yè)來發(fā)展農(nóng)業(yè)問題 [3]。此時(shí)，一個(gè)年產(chǎn) 8 萬噸的合成氨化肥廠在國(guó)家低碳環(huán)保的大趨勢(shì)下生存下來。雖然 現(xiàn)在化工產(chǎn)業(yè)越來越多，但是隨著人民的需求，市場(chǎng)也越來越寬廣。近年，我國(guó)氨合成產(chǎn)量已躍居世界第一位，工藝流程以及技術(shù)設(shè)備都已經(jīng)相當(dāng)成熟，形成了一個(gè)既有大型氨生產(chǎn)廠又有小中型生產(chǎn)廠的合理格局。究竟如何改進(jìn)脫碳脫硫工段，國(guó)內(nèi)外都在力求做到更好。 脫硫：脫去原料氣中的二氧化硫等有 毒氣體。 其典型流程如圖 [8] 圖 合成氨典型流程 在氨生產(chǎn)工段 中，關(guān)鍵 在 脫碳單元， 為什么脫氮單元是關(guān)鍵呢？因?yàn)?，第一，脫碳可以凈化合成氣，防止催化劑中毒；第二，在脫碳工段可以回收二氧化碳，二氧化碳又可以用作尿素的生產(chǎn)；第三，脫去 二氧化碳可以提高合成氨的產(chǎn)量。 化學(xué)吸收主要有熱鉀堿法，烷基醇胺法，其中苯菲爾法和活性 MDEA法應(yīng)用最多 。一般吸收采用高壓及低溫，解吸時(shí)采用減壓或升溫，減壓解吸所需再生能量相當(dāng)少。 分析各種脫碳方法： 弛放池 變換 脫碳 合成氨 脫硫 甲醛 造氣 甲醇 4 MDEA 法 的主要原理是：利用一種物質(zhì)與二氧化碳反應(yīng)生成一種十分穩(wěn)定的鹽類，并且這種鹽類對(duì)設(shè)備沒有腐蝕性，一般的在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛，原因是：吸收二氧化碳的效率高，而且所用的溶劑價(jià)格低廉，無毒，產(chǎn)生的副產(chǎn)物可以充分利用，另外，所需的熱量較低，可以降低大部分能耗開支，產(chǎn)生的產(chǎn)物對(duì)大氣無污染，裝置比較簡(jiǎn)單，且易于維修和清理。此法所用的是自動(dòng)化裝置，但此自動(dòng)化裝置依然有很大缺陷，例如：當(dāng)吸收管道中出現(xiàn)壓力過高或過低時(shí)，真空泵無法應(yīng)對(duì)，就會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象，對(duì)此提出的解決方案是：可以安裝一個(gè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，以便保證工作人員的安全。低溫甲醇法具有一次性脫除 CO2，溶液 經(jīng)濟(jì) ，能耗低，適用范圍廣泛等特點(diǎn) [11]。 該法 CO2 的回收率 很高 ，能耗 很 低，但投資費(fèi) 稍 高。碳酸丙烯酯法是以碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。 碳丙脫碳純屬物理過程，因而 所耗能最高的部位在 輸送流體 時(shí) 所須的電能 上 。 然后 氣體出來進(jìn)入分離器，與塔頂噴淋下來的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至 所需要求 。 此時(shí)， 貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來，由塔底排出 的液體 稱為富液。 碳酸丙烯酯法脫除 CO2 的工藝流程 很多，基本都是分段吸收分段再生的。對(duì)于能量的綜合利用也比較充分 ，所以目前他能流行。此時(shí)通過每小時(shí)測(cè)量的二氧化碳含量知道的，那么就要想盡辦法降低二氧化碳含量，多數(shù)是通過控制 PC 裝置來增加吸收 時(shí)間。 本設(shè)計(jì)工藝流程簡(jiǎn)述 首先本工藝設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 12 萬噸的合成氨的設(shè)計(jì)，所選用的是 10 分米的煤將水蒸氣變換成半水煤氣，然后中含二氧化碳 28%變換氣進(jìn)入吸收塔中，吸收塔的溫度 125℃ 壓力是 。 再生氣流程： （ 1）流程圖如圖 圖 再生氣流程 （ 2）流程概述 從吸收塔出來的富液，進(jìn)入再生塔再生，通過解析溶劑和溫度壓強(qiáng)的變化使 CO2 從流體中解吸此過程需要溫度的改變，因?yàn)闇囟鹊蛪簭?qiáng)高有利于解析進(jìn)行。另外還可以減少氣蝕，起到保護(hù)管路的作用。 由于 pc 溶液能 對(duì) 陶瓷 的原料二氧化硅有 侵蝕 作用 因而一定要選擇優(yōu)質(zhì)的陶瓷做填料。 工藝條件 對(duì)工藝中變換器再沸器的設(shè)計(jì) 首先通過參考文獻(xiàn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的考慮我選取進(jìn)口變換氣的溫度為 170℃ ，選取操作過程中壓力為，出口變換氣的溫度為 125℃ ，選取的壓力為 ；選取的溫度和壓強(qiáng)符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) 在化工手冊(cè)上查到 170℃ 飽和水蒸汽壓為 ， 125℃ 飽和水蒸汽壓為 [5]。 同樣在化工手冊(cè)上查到 170℃ 飽和水蒸汽壓為 ， 125℃ 飽和水蒸汽壓為 [18]。首先選取理論狀態(tài)和操作狀態(tài)， 壓力為 ，溫度為 125℃。s 通過計(jì)算知液泛氣速 μF=操作氣速 u=[15]==在本文設(shè)計(jì)中用到的上段填料 塔中有關(guān)塔徑的計(jì)算如下 在塔徑計(jì)算中要用到的東西有流量： Vs 1=15103/3600=根據(jù)有關(guān)計(jì)算塔徑的方法知塔徑與流量成正比，與氣速成反比，所以根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)得到 D1 =[4（ ） ] =3069mm 根據(jù)有關(guān)要求所求出的半徑要通過圓的整改故取圓的半徑為 3700mm 我們?cè)谠O(shè)計(jì)中每一個(gè)數(shù)據(jù)有設(shè)計(jì)本身自己的要求所以對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)在算出后都要對(duì)其從新校核目的是使每一個(gè)數(shù)據(jù)都真實(shí)有工藝計(jì)算的價(jià)值，所以現(xiàn)在來對(duì) 泛點(diǎn)率進(jìn)行校核當(dāng)所計(jì)算的內(nèi)容符合允許范圍時(shí)就說明我們所設(shè)計(jì)的東西是合理的。 D1/d0=3100/50=628 通過計(jì)算知道我們所設(shè)計(jì)符合要求，所以我們可以選擇鮑爾環(huán)填料。 同理根據(jù)同樣的辦法計(jì)算得出下段塔徑也合理。 確定塔各部分的附屬高度 塔的內(nèi)部不僅有填料還有各種器件，如壓板，算子等，所以在計(jì)算塔高時(shí)要充分 考慮各部分的作用來確定各部分高度，如塔的上部要有足夠的空間留給緩沖所以預(yù)留空間為 [18]，通過參考各種文獻(xiàn)和查閱各種論文知液體分布器可取 米，再分布器也取為 [13]。選取這種分布器的好處是可以增大 噴淋表面積，使液體與氣體最大限度的接觸，增加反應(yīng)的時(shí)間，提高反應(yīng)速率。原因是填料塔是在高壓作用下工作，如果我們所設(shè)計(jì)的塔不能承受相應(yīng) 的壓力，那么他就不能完成所要求的任務(wù)，以此我們必須知道并計(jì)算出壓降。氣體密度為 ，液體密度為1187kg/m3。一般的設(shè)計(jì)書中計(jì)算壓降的方法為應(yīng)用 ?？颂胤狐c(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)式 （ WL/WV）（ ρG/ρL） = u2φPψ/g（ ρG/ρL） = 查埃克特泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)式可得 [21]： △ P/Z=80Pa/m 則填料層壓降為： △ P=8011=880Pa 6 車間 設(shè)計(jì) 車間的合理設(shè)計(jì) 12 如果把設(shè)計(jì)比喻成一個(gè)人，那我是這樣認(rèn)為的。從左到右依次是脫碳脫硫合成氨的廠房。 ② 年產(chǎn) 12 萬噸的合成氨工藝塔非常高，且設(shè)備繁多，所以必須合理分配廠房的分層方式。 （ 4）輔助室、生活室和生產(chǎn)區(qū)間 是人長(zhǎng)期工作的地方，考慮到安全問題 用防火防爆 防熱 墻隔離。 車間內(nèi)人員的分配 一個(gè)年產(chǎn) 12 萬噸的合成氨廠大概需要三百人左右，對(duì)于一個(gè)工廠或公司人員的合理安排與充分利用是非常重要的，因?yàn)橹挥腥藛T合理安排后各個(gè)人才能做到各司其能，各盡其職，這樣才可以是每個(gè)人堆自己的工作認(rèn)真負(fù)責(zé)。脫碳工段與脫硫工段基本一致，各需要工作人員十人，脫硫與脫碳工段都是雙工作工段所以自動(dòng)化操控人員需要四名，檢修一人，各工段檢查一人，班長(zhǎng)一人，段長(zhǎng)一人，車間主任一人，車間副主任一人，分析二氧化碳和二氧化硫溶度個(gè)一 名，所以各需二十名。自動(dòng)化操作人員的主要工作內(nèi)容是認(rèn)真查看自動(dòng)化系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)那個(gè)工段出現(xiàn)問題 ，立即報(bào)告，馬上修理。對(duì)于環(huán)境污染問題，是現(xiàn)在國(guó)家發(fā)展的頭等大事，所以各行各業(yè)都應(yīng)該堅(jiān)持低碳環(huán)保的政策，力爭(zhēng)做到污染少，效益高，經(jīng)濟(jì)好。每一項(xiàng)成果只有有了利潤(rùn)才會(huì)被市場(chǎng)、商家、買家所認(rèn)可。使經(jīng)濟(jì)上有可觀的回報(bào)。 設(shè)備安裝設(shè)備費(fèi)用如下表所示 14 表 7 設(shè)備費(fèi)用 [19] 序號(hào) 設(shè)備名稱 單位 數(shù)量 價(jià)格 /萬元 1 脫碳塔 臺(tái) 1 18 2 再生槽 臺(tái) 1 10 3 洗氣塔 臺(tái) 3 14 4 靜電除塵器 臺(tái) 1 14 5 富液槽 臺(tái) 1 6 貧液槽 臺(tái) 1 7 脫碳泵 臺(tái) 1 8 再生泵 臺(tái) 1 4 9 風(fēng) 機(jī) 臺(tái) 1 10 氣水分離器 臺(tái) 3 2 總計(jì) 72 設(shè)備安裝 約為設(shè)備費(fèi)用的 45%， 7245%= 萬元。 流動(dòng)資金 約為固定資金的 25%左右， 25%= 萬元。那么，這樣一來，不僅會(huì)帶來可觀的收益，增加廠子的收入，而且廢物再利用，響應(yīng)了全國(guó)變廢為寶號(hào)召，真正做到了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。另一方面，就是將如何分配各個(gè)管道問題和各個(gè)管道的維護(hù)和護(hù)理，由維護(hù)部門來做，這都是要解決的問題。 從前面的設(shè)計(jì)明顯可以看出：吸收塔的構(gòu)造采用了兩段吸收，兩段再生的結(jié)構(gòu)，相對(duì)于一般的脫碳吸收塔較復(fù)雜。只有這樣分層的工業(yè)才能在以后的社會(huì)發(fā)展中占有一席之地。而且采用變換氣帶來的熱量提供再生熱使流程能耗降低，達(dá)到了一定的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。首先在知識(shí)上是一個(gè)升華，做設(shè)計(jì)的時(shí)候基本上天天在查文獻(xiàn)看設(shè)計(jì)書，所以我在這段時(shí)間的學(xué)習(xí)中大部分的知識(shí)漏缺都被補(bǔ)上了，另一方面我在設(shè)計(jì)中真正感受到了自己設(shè)計(jì)東西的快樂，從那每一次的修改中都好像在照顧一個(gè)小孩，不斷的成長(zhǎng)，不斷的進(jìn)步，從時(shí)間上是一個(gè)豐富的過程。通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，我充分認(rèn)識(shí)到了在以后的工作中我要如何提升自己，并重新對(duì)自己的未來有了充分肯定，還有就是我似乎對(duì)未來有了更深層次的認(rèn)識(shí)，我想我基本上明確了未來的工作方向。在此，特對(duì)梁老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)的大力支持至以衷心的感謝。生活中她是益友，學(xué)習(xí)中她是良師。 限于自身水平有限，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師予以批評(píng)指正，真心感謝！