【導讀】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。首先進行工藝流程分析并根據(jù)工藝參數(shù)及。有關(guān)標準進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。收機理、傳質(zhì)傳熱方程、溶液物性數(shù)據(jù)等方面的知識進行塔體的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算，設(shè)計出二氧化碳吸收塔的塔。核；最后對脫碳工段車間結(jié)構(gòu)布置進行合理的設(shè)計。存在的問題、確定問題的根源、提出解決問題的合理方案準備了充分的理論依據(jù)。導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致。含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻。的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔。涉密論文按學校規(guī)定處理。

　　

【正文】 KWh） 145 100 操作成本（元） 85 60 低溫 PC 法 實踐證明，低溫碳丙法具有以下優(yōu)點 ： （ 1） 氣體凈化度高 ； （ 2） 降低溶劑循環(huán)量 ； （ 3） 降低溶劑損耗 。 為了在較低操作壓力下獲得需要的氣體凈化度、降低溶劑循環(huán)量、節(jié)省動力消耗、降低溶劑蒸發(fā)損失 ， 吸收操作可在低于常溫條件下進行 ， 即低溫碳酸丙烯酯脫碳技術(shù)。 CO2 在溶劑中的溶解度可用下式表示： lgx*=lgp+B/T+C+lgζ 式中 ： x*——CO2 在含水溶劑中的飽和溶解度，摩爾分數(shù)； p——氣相 CO2 分壓， 105Pa； B、 C——常數(shù)， B=， C=； ζ——溶劑含水量的修正系數(shù)，當含水量為 2%時， ζ=， lgζ=； T———吸收溫度， K。 工藝設(shè)計的意義和目的 隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國際經(jīng)濟的迅速變化，合成氨工業(yè)的經(jīng)濟性急需要提高，來降低成本，抵御風險。就碳酸丙烯酯法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，在國際經(jīng)濟與 國家政策的前提下，將合成氨的風險和利潤投入到中間工序脫碳工段，對陷入困境的化工行業(yè)是一個很好的出路，對內(nèi)外交困的合成氨行業(yè)來說，可以避免風險，降低成本。此工藝能有效縮短流程，降低能源消耗，減少污染排放，在提高產(chǎn)品附加值的同時也填補了脫碳工藝的國內(nèi)空白，并且為合成氨領(lǐng)域的進步積累了難得經(jīng)驗。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 54 頁 2 全廠總平面 的布置和設(shè)計 全場總平面布置的任務 全廠平面設(shè)計為本設(shè)計的一項重要任務，總平面設(shè)計的是否合理，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的順利進行，影響到建廠后的生產(chǎn)，管理，成本，能耗等各個方面，同時還影響到全廠 的美觀和今后的發(fā)展。 總平面設(shè)計任務： 1 在滿足生產(chǎn)流程條件下，結(jié)合廠區(qū)地形情況，經(jīng)濟合理的安排場內(nèi)外各建筑物、構(gòu)筑物﹑堆場等的相對位置； 2 經(jīng)濟合理的豎向布置，正確選擇標高； 確定場內(nèi)外運輸方式﹑運輸布置，合理組織人流﹑物流； 3 布置綜合管線； 4 標高綠化美化，考慮衛(wèi)生﹑消防條件，創(chuàng)造美好的工作條件。 全廠總平面設(shè)計的原則 全廠總平面設(shè)計的基本原則為 1 建筑物之間相互配置應符合生產(chǎn)程序的要求，并能保證合理生產(chǎn)作業(yè)線； 2 原材料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應銜接協(xié)調(diào)，流程疏通，避免交叉和往返； 3 廠內(nèi)一切運輸系統(tǒng)布置應適合貨物運轉(zhuǎn)的特征，盡可能使貨運路線和人員路線不交叉； 4 適當劃分廠區(qū)，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛(wèi)生技術(shù)條件的要求； 5 在保證安全生產(chǎn)的前提下力求縮小廠房戰(zhàn)地面積，廠房布置盡量緊湊，根據(jù)生產(chǎn)的特點和設(shè)計擬建的工廠為中小型企業(yè)的情況，將工廠劃分為幾個區(qū)域，并按照區(qū)域進行布置，以保證各區(qū)域之間位置的協(xié)調(diào)配合，并符合衛(wèi)生防疫和環(huán)境美化。 全廠總平面布置內(nèi)容 全廠應主要包括廠前區(qū)、 動力區(qū)、 生產(chǎn)區(qū)、 倉庫區(qū)等 。 廠前區(qū)： 包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務室等主要建筑。 動力區(qū)：包括變電站、鍋爐房等。他們盡量靠近其服務的車間。這樣可以減少管路的鋪設(shè)和運輸過程的損耗。 生產(chǎn)區(qū)：應包括七大車間：原料車間、熱電車間、造氣車間、壓縮車間、碳化車間、合成車間和尿素車間。還應有 備件庫、機修車間、消防車間等輔助車間。 倉庫區(qū)：應靠近主干道以便于運輸。 全廠平面布置的特點 平面布置有以下幾個特點：廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應。原料﹑半成品和成品形成整個順序，盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；鍋爐房﹑水泵房﹑配電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短期間距離，節(jié)省投資；由前區(qū)到 生產(chǎn)區(qū)主要干道，應避免與主要運輸?shù)缆方徊?；盡量使大多數(shù)廠房向陽﹑背風﹑避免瓦斯等，盡可能使各廠區(qū)有條件采用自然采光和自然通風等；按防火規(guī)范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規(guī)定；根據(jù)衛(wèi)生規(guī)范的要求，保證廠區(qū)內(nèi)衛(wèi)生符合規(guī)定；根據(jù)環(huán)境發(fā)展的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)在有廢渣處理系統(tǒng)﹑廢水處理系統(tǒng)﹑廢氣處理系統(tǒng)等設(shè)施 ；考慮工廠今后的發(fā)展，在廠區(qū)留有建筑余地；盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間﹑行政樓和道路的安排。 全廠人員編制 企業(yè)實行廠長負責制，各部門負責人直接受廠長負責，并實行三級管理，廠、科、車間及人員編制 以組織好生產(chǎn)為原則。生產(chǎn)車間實行三班制，每班八小時，機械設(shè)備大修每二年一次，機械設(shè)備保養(yǎng)每一年一次。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 54 頁 表 合成氨全廠人員編制 工種 班制 男 女 總?cè)藬?shù) 熱電崗位 3 3 3 原料崗位 3 3 3 造氣崗位 3 3 3 變換崗位 3 3 3 脫碳崗位 3 3 3 甲烷化崗位 3 3 3 壓縮崗位 3 3 3 脫硫崗位 3 3 3 尿素崗位 3 3 3 司爐崗位 3 3 3 技術(shù)員 1 3 1 4 安全員 1 2 2 輔助人員 1 5 5 車間主 任 1 4 4 總計 32 13 45 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 54 頁 3 吸收塔和解吸塔的 物 料衡算和 熱量 衡算 設(shè)計條件： （ 1）每噸氨耗變換氣近似取 4278m(STP)，簡記為 4278Nm3/ t 氨（下同）。 （ 2）變換氣組成為： CO2： ； CO： ； H2： ； N2： （均為體積分數(shù)，下同 ； 其它組分被忽略）； （ 3）要求出塔凈化氣中 CO2 的濃度不超過 %； （ 4） PC 吸收劑的入塔濃度根據(jù)操作情況選取； （ 5）氣液兩相的入塔溫度均選定為 30℃ ； （ 6）操作壓強為 ； （ 7）年工作日 330d，每 天 24h 連續(xù)運行。 計算基準 ： 依照：年工作日以 330d，每天以 24h 連續(xù)運行計，有 33024=7920h，此處按 8000h 算。合成氨 ：（ 400000t/a） /（ 8000h/a） =。 變換氣： 4278Nm 變換氣 /t 氨。變換氣的組成見表 。 表 變換氣各組分體積分數(shù)及組分分壓 項目 CO2 CO H2 N2 合計 體積分數(shù)（ %） 100 （ MPa） （ Kgf/cm2） （ atm） 計算依據(jù) CO2的 PC中的溶解度關(guān)系 因為是高濃度氣體吸收，故吸收塔內(nèi) CO2 的溶解熱應予以考慮。現(xiàn)假設(shè)出塔氣體溫度與入塔液的溫度相同，為 TV2=30℃ ，出塔液的溫度為 TL1=35℃ ，并取吸收飽和度（定義為出塔溶液濃度對其平衡濃度的百分數(shù)）為 80%，然后利用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗證生疏溫度假設(shè)的正確性。 有人關(guān)聯(lián)出了 CO2 再 PC 中溶解的相平衡關(guān)系，因數(shù) 據(jù)來源不同，關(guān)聯(lián)式略有差異 [12]。 lgXco2=lgPco2+（ 1） 式中 ： Xco2——溶解度， kmolCO2 /kmolPC Pco2——CO2 分壓， kgf/cm2 T——PC 出塔溫度 ， K lgXco2=lgPco2+（ 2） 式中： Xco2— CO2 溶解度， kmolCO2 /kmolPC Pco2—CO2 分壓， atm T—PC 出塔溫度 ， K lgXco2=lgPco2+(3) 式中： Xco2—摩爾百分數(shù)， 無因次 Pco2—CO2 分壓， atm T—PC 出塔溫度 ， K 用關(guān)聯(lián)式（ 1）計算出塔溶液中 CO2 的濃度有 lgXco2=+Xco2= /kmolPC =（ ） = Nm3CO2/ m3PC 式中： —PC 的摩爾質(zhì)量， kg/kmol； 1187—出塔溶液的密度（近似取純 PC 的密度， kg/m3）。 PC 的密度與溫度的關(guān)系 PC 密度與溫度的關(guān)系： ρ= 式中： t—溫度， ℃ ； ρ—密度， kg/m3。 30℃ ： PL1=1192kg/ m3； 35℃ ： PL2=1187 kg/ m3 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 54 頁 PC 的蒸汽壓 查 PC 理化數(shù)據(jù)知， PC 蒸汽壓于操作總壓及 CO2 的氣相分壓相比均很小，故可認為 PC 不揮發(fā)。 PC 的黏度 logμ=+（ ） smPa? T—為熱力學溫度， K。 物料衡算 各組分在 PC 中的溶解量 各組分在操作總壓為 、操作溫度為 35℃ 下在 PC 中的溶解度數(shù)據(jù)，并取相對吸收飽和度為 80%，將計算結(jié)果列于表 中。 表 各組分在 PC 中的溶解度數(shù)據(jù) 項目 CO2 CO H2 N2 合計 組分分壓 (MPa) 溶解度 (Nm3/m3PC) 溶解量 (Nm3/m3PC) 溶解氣體積分數(shù) (%) 因溶解氣中的 CO2 占到了 %。其它氣體在 PC 中的溶解度很小，故也可將 CO2 以外的組分視為惰性氣體而忽略不計，而只考慮 CO2 的溶解吸收 ， 將多組分吸收簡化為單組份吸收的問題。 說明：進塔吸收液中 CO2 的殘值取 ，故計算的實際溶解量時應將其扣除。其他組分本身溶解度就很小，經(jīng)解吸后的殘值完全可被忽略。 CO2 溶解量的計算如下： 前已算出 ， 35℃ 時 CO2 在 PC 中的平衡溶解度 Xco2=， PC 對 CO2 的實際溶解能力為： = Nm3/m3PC。 溶劑夾帶量 以 Nm3/m3PC 計，各組分被夾帶的量如 下： CO2： = Nm3/m3PC CO： = Nm3/m3PC H2： = Nm3/m3PC N2： = Nm3/m3PC 溶液帶出的氣量 為夾帶量與溶解量之和 CO2： += Nm3/m3PC % CO： += Nm3/m3PC % H2： += Nm3/m3PC % N2： += Nm3/m3PC % Nm3/m3PC 100% 出脫碳塔凈化氣量 以 V V V3 分別代表進塔 （ 出塔 ） 及溶液帶出的總氣量，以 y y y3 分別代表 CO2 相應的體積分率，對 CO2 作物料衡算有： 1 2 3V V V?? 1 1 2 2 3 3V y V y V y?? 聯(lián)立兩式解之得 V1=1 1 232( )V y yyy = 0 0 5 0 )0 0 ( 2 7 8 ? ?? =62200Nm3/h V2= V1 V3=21390062200=151700 Nm3/h 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 54 頁 計算 PC 循環(huán)量 因每 1m3PC 帶出 CO2 為 Nm3，故有： L== 62200 ?=3757m3/h 37571187=4459560kg/h 操作的氣液比為 V1/L=213900/3757= Nm3/m3 入塔液中 CO2 夾帶量 L0= 4 43757=1476kg/h 帶出氣體的質(zhì)量流量 夾帶氣量： 3757=1127 Nm3/h 夾帶氣的平均摩爾質(zhì)量： M 1=44+28+2+28=夾帶氣的質(zhì)量流量： 1127247。=1017kg/h 溶解氣量： 622001127=61073kg/h 溶解氣的平均摩爾質(zhì)量： sM =44+28+2+28= kg/kmol 溶解氣的質(zhì)量流量： 61073247。=117552kg/h 帶出氣體的總質(zhì)量流量： 1017+117552=118569kg/h 驗算吸收液中凈化氣中 CO2 的含量 取脫碳塔阻力降為 ，則塔頂壓強為 = kgf/cm2，此時 CO2 的分壓為： Pco2==此時分壓呈平衡的 CO2 液相濃度為： lgXco2=+ = Xco2= CO2/kmolPC = 1192/ ? =＞ Nm3CO2/m3PC 式中： 1192 為吸收液在塔頂 30℃ 時的密度，近似取純 PC 液體的密度值。計算結(jié)果表明：要使得出塔凈化氣中 CO2 的濃度不超過 %，則入塔吸收液中 CO2 的極限濃度為 Nm3/m3PC，本設(shè)計的取值正好在其所要求的范圍 之內(nèi)，故選取值滿足要求。 出塔氣的組成 出塔氣體的體積流量應為入塔氣體的體積流量與 PC 帶走氣體的體積流量之差 。 CO2： 2139003757= Nm3/h % CO： 2139003757= Nm3/h % H2： 213900+3757= Nm3/h % N2： 213900+= Nm3/h % Nm3/h % 出塔氣的平均摩爾質(zhì)量：M 2=44+28+2+28=出塔氣的質(zhì)量流量： V2=247。=74427kg/h 熱量衡算 混合氣體的定壓比熱容 因難以查到真實氣體的定壓比熱容，但氣體的壓力并非很高，故可借助理想氣體