【正文】 .................................................. 26 閃蒸過程的物料恒算 ................................................................................................. 26 氣提過程的物料恒算 ................................................................................................. 26 熱量恒算 ........................................................................................................................ 27 閃蒸過程的熱量恒算 ................................................................................................. 27 氣提過程的熱量恒算 ................................................................................................. 27 氣提塔的工藝設計 ........................................................................................................ 28 塔徑及氣速的計算 ..................................................................................................... 28 填料層高度的計算 ..................................................................................................... 29 厚度的計算 ................................................................................................................. 30 塔壓降的計算 ............................................................................................................. 30 輔助設備的計算和選型 ............................................................................................. 31 塔體的強度校核 .......................................................................................................... 32 結論 .............................................................................................................................................. 36 致謝 ................................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。主要的設備是吸收塔和氣提塔。 氣提出的二氧化碳的量 3m/h ，氮氣的用量 3m/h ；塔底流出的貧液帶出的熱量 ，溶液溫度為 26℃ ；填料層高度為 9m，塔壓降為 。 the heat of liquidrich flow from tower bottom is temperature of solution rises 5℃ 。/h and the amount of nitwgen is 179。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎。經過近 百年的發(fā)展，合成氨技術趨于成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但都是由三個基本部分組成，即原料氣制備過程、凈化過程以及氨合成過程。 合成氨脫碳過程中， NHD 是種優(yōu)良的物理吸收溶劑。灑落底下是可被生物降解，對人及生物環(huán)境無毒害，因此 NHD 氣體凈化技術為清潔生產工藝。液氨或干燥的氨氣對大部分物質不腐蝕 ，在有水存在時，對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕。 除了在化肥工業(yè)以外，氨在工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學纖維及塑料。 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質，主要包括變換過程、脫硫、脫碳過程以及氣體精制過程。 ① 物理應用： CO2 作為人工降雨劑，可解決干旱地區(qū)的農田灌溉問題；在食品工業(yè)中作為冷凍劑，可保證魚類、肉類、奶類的長期保鮮和低溫運輸，同時用作清涼飲料的添加劑 [6][7]。 ② 化學應用：二氧化碳用于制造純堿、輕質碳酸鹽、化肥 (碳酸氫銨、尿素 )以及脂肪酸和水楊酸及其衍生物已有成熟的工藝，作為一種重要的有機合成原料，其應用也在不斷研究開發(fā)。 干法目前主要就是變壓吸附，濕法目前就比較多，現比較常用的有 MDEA、苯菲爾熱鉀堿、低溫甲醇洗、碳丙、 DEA、 NHD 等。碳丙 (PC)，用于脫硫尚缺少大廠實踐經驗，用于脫 CO2 始于六十年代美國弗絡系 (Fcour)公司，但在國內不少氨廠中使用經驗表明，其凈化度差，溶劑揮發(fā)損失較大，國內不少氨廠已轉向其他凈化方法，新建廠已很少采用。 ② 化學吸收法 具有吸收效果好、再生容易，同時還能脫硫化氫等優(yōu)點。在碳酸化法合成氨流程中，采用氨水脫除變換氣中的二氧化碳，同時又將氨水加工成碳酸氫銨。 ① 低溫甲醇洗又稱冷法凈化工藝，是利用甲醇溶液在 60℃ 低溫下洗滌變換氣，溶解分離混合氣中的 CO2。 該法的不足之處是低溫操作 (不小于 60℃ )，因此需要補充（ 40℃ ）以下的低溫冷量較大，此部分冷量折能耗較大，且甲醇溶劑蒸汽壓高，揮發(fā)損失較大，因此，尤其是在甲醇再生蒸餾過程中蒸汽消耗較大。另外甲醇本身有毒，揮發(fā)損失大，對人和環(huán)境均有污染。該工藝能耗低、消耗低、成本低。 ③ 低溫甲醇洗與 NHD 都是先脫硫后脫碳，脫硫后的溶劑采用熱再生，脫 CO2 后的溶劑均采用汽提，因此二者流程是相似的 [13]。作為一種典型的物理吸收過程， NHD 技術適合于硫化物和二氧化碳含量高的煤制氣凈化，因此在 化肥工業(yè)、煤碳一化學領域具有廣闊的前景，適合我國國情。它的主要成分是聚乙二醇二甲醚（國外稱 Seiexol），是一種有機溶劑。 對于二氧化碳的再生，再生方法是 NHD 溶液的采用多級減壓閃蒸和汽提法 (加熱汽提，惰性氣汽提 )，一般若凈化度要求不高，可采用多級減壓閃蒸，若凈化度要求高須采用惰性氣汽提或加熱汽提法 [14]。s) 比熱 [J／ (㎏ 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) [20][21]。 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： 10 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。下表列出了在 NHD工藝條件下，將進口含量為的 %的 CO2 脫到含量為 %的對比數據。兩種方法各有千秋。另一種冷卻富液，即冷 卻剛出脫碳塔的富液。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 本次設計脫碳系統(tǒng)的半貧液冷卻采用第一種裝置，貧液是由熱再生塔來，經溶液換熱后再用氨冷卻，屬于第一種裝置。 管道間墊片可用石棉，機械密封材料可選用硅橡膠，聚丙烯和聚四氟乙烯，一般的高分子材料慎用 [24]。 從脫碳塔底部出來的 NHD 富液，經減壓后進入閃蒸槽，將大部分溶劑中吸收的二氧化碳氣體閃蒸解吸出來，送尿素合成塔。 從氣提塔出來的貧液則經 泵加壓和流量調節(jié)后，進入氨冷管間，被液氨蒸發(fā)器冷卻后再送入脫碳塔頂部去吸收原料氣中的二氧化碳，如此循環(huán)使用，當循環(huán)溶劑吸水超標后，可部分送脫水塔進行脫水處理，脫水后的溶劑經溶液換熱降溫后送至氣提塔。 進塔氣的的平均摩爾質量為： 14 k m o lkgM / ??????????? 進塔氣的摩爾流量： hk m o lqn / 3 5 10247 ??? ?? hmG / 0 3 1 3 5 3 31 ??? 進塔氣中 2CO 的流量： hmG co / 32 ??? 惰性氣體的流量： hmG B / 4 2 5 0 6 0 3 1 8 3??? 則原料氣中各組分的物質的量為： hk m o lq con /, ??? hk m o lq con /, ??? hk m o lq Hn /2, ??? hk m o lq Nn / 3 5 2, ??? hk m o lq cHn / 3 5 30 1 4, ??? 其中惰性氣體的物質的量為： hk m o lqGq connVn /, ????? 進塔氣中 2CO 的摩爾比為： 111 ????? yyY 出塔氣中 2CO 的摩爾比為： 222 ????? yyY 進塔溶液中 2CO 的摩爾比為： 22 2 0 . 0 0 1 0 . 0 0 11 1 0 . 0 0 1xX x? ? ??? 塔操作壓力下 2CO 的分壓為： M PaPyP coco 22 ???? 以煤為原料的變換氣中 2CO 在 25℃ ， 下在碳酸丙烯的溶解度為 3m （標）3/m 。1, ????? ? 塔內氣體的質量流量為： hkgLq LLm / 51, ????? ? 采用?？颂赝ㄓ藐P聯圖計算泛點氣速，其橫坐標為： 0 2 , ??????????????????LVVmLmqq ?? 18 查 文獻 [20]得縱坐標為 ： 2 0 .2 LLu g ?? ????? ????? 27℃ 時， 水的密度 ： /W kg m? ? ， 則 9 9 6 . 8 0 . 9 71027WL?? ?? ? ? 查 文獻 [15]知： DN50 塑料階梯環(huán) 1127F m??? ， /ta m m? 2 0 . 21 2 7 0 . 9 7 1 2 . 5 7 4 . 3 0 . 0 1 49 . 8 1 1 0 2 7Fu ? ? ? ? ?? 解 得 smuF /? 擬定操作空塔氣速 ： smuu F / ?? 由 muGD 39。 此時，實際操作空塔氣速 : smDGu /1 4 6 0 07 8 1 9 43 6 0 042239。 ??????? 輔助設備的計算和選型 ① 吸收塔氣體的進料管管徑 進塔氣流速為： smGG SV / 39。查表選用 219 14mm mm? ? 鋼管，出塔液管徑選 219 9mm mm? ? 鋼管。 塔體的強度校核 ① 水壓試驗 16MnR 屈服極限為 325S MPa? ? ，則 325 M Pa?? ? ? ? ? 試驗壓力 ? ?? ?1. 25 1. 25 1. 4 1 1. 75T tP P M P a??? ? ? ? ? ? ? ? ?1 . 7 5 1 6 0 0 8 . 1 2 1 7 3 . 2 9 2 4 8 . 62 2 8 . 1 2T i eTePD M P a M P a?? ? ? ? ?? ? ? ?? 23 則水壓試驗合格。查表可知，平頂山的基本風壓 30 400 /q N m? ，風壓高度變化系數 1 ? ，對于圓柱體直立設備，體型系數1 ? ，對 于塔高小于 20m時，塔設備各計算段的風振參數 2 ? 籠式扶梯的當量寬度3 400K