【正文】 選用16MnR鋼板，文獻(xiàn)[18]表94得：無損探傷檢查，焊接接頭系數(shù)，則由筒體的計(jì)算厚度為：封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，加上壁厚附加量，并圓整，還應(yīng)考慮剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體和裙座的名義厚度均為10mm。設(shè)地腳螺栓的直徑為，則由文獻(xiàn)[19]得取基礎(chǔ)材料的許用應(yīng)力基礎(chǔ)環(huán)厚度 取 取其中較大值（1）（2）取。最大組應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力 取其中最小值取因?yàn)? 故滿足要求。 筒體危險(xiǎn)截面22處的最大組合軸向壓應(yīng)力：許用軸向壓應(yīng)力：取其中較小值按GB150《鋼制壓力容器》組合的規(guī)定，由查文獻(xiàn)[19]材料圖得則取因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。 各塔段有效直徑塔段號(hào)123456塔段長度10004000350075007500750040000200111111111255622562393230423042304（3）水平風(fēng)力計(jì)算 由下使計(jì)算各塔段的水平風(fēng)力 。 各塔段的風(fēng)振系數(shù)塔段號(hào)123456計(jì)算截面距地面高度151630脈動(dòng)增大系數(shù)（B類）脈動(dòng)影響系數(shù)（B類）振型系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)（B類）（2）有效直徑設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90176。，接近于15，且塔高大于20m，所以必須考慮高振型影響。查文獻(xiàn)[17]得聚丙烯鮑爾環(huán)填料的堆積密度γp為，則填料層重量、法蘭、接管與附屬物質(zhì)量為封頭保溫層質(zhì)量、扶梯質(zhì)量式中：——扶梯高度，為36m；——籠式扶梯的單位質(zhì)量，為n——平臺(tái)數(shù)量。本設(shè)計(jì)由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡單的進(jìn)氣分布裝置。由于本塔的直徑大于800mm，所以采用分塊式柵板。填料支撐裝置對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。所以，設(shè)置再分布裝置是十分重要的。當(dāng)分布器工作時(shí)，液體從主管底部的小孔分流到各分管，最后通過各分管底部的小孔均勻地分布在填料上。由公式得則氣體進(jìn)塔口壓力將為：入塔口壓力降為：氣體通過填料層的壓力降采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算橫坐標(biāo)為：查表得：縱坐標(biāo)為：查圖得，填料層壓降為：其它塔內(nèi)件的壓力降比較小，在此可以忽略。所以108（）=105 cm2/s =106m2/h 108（）=105 cm2/s =106m2/h式中， 和為PC在25℃和30℃時(shí)的黏度。溫度分布可利用各區(qū)間的熱量衡算求出。出塔液平均摩爾質(zhì)量出塔氣密度入塔液平均摩爾質(zhì)量=AK則取Vs=119920m3/h= m3/sD==將入塔流量Vs= m3/s分為兩股，分別進(jìn)入兩個(gè)塔內(nèi)，則每個(gè)塔的入塔流量為Vs=。本設(shè)計(jì)采用圓筒形裙座。本設(shè)計(jì)由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡單的進(jìn)氣分布裝置。柵板條寬度S一般取10mm，高度取4mm。故。根據(jù)出塔液管徑為400mm，選取擋板寬度A=800mm，支架高度B=400mm，寬度t=4mm，重M1=。因而導(dǎo)致壁流增加、填料主體的流量減小，影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。當(dāng)分布器工作時(shí)，液體從主槽底部的小孔分流到各分槽，最后通過各分槽底部的小孔均勻地分布在填料上。于是得吸收塔的總壓力降為：液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。根據(jù)塑料鮑爾環(huán)填料的分段要求，可將填料層分為3段設(shè)置，每段分7m兩段之間再設(shè)置一個(gè)液體再分布器。， 得：=得根據(jù)有：按《化工原理》下冊(cè)式10－44的恩田等人提出的關(guān)聯(lián)式計(jì)算，公式如下： = = =塔底：塔頂：全塔： HOG==填料層的有效傳質(zhì)高度：H= NOG HOG==，設(shè)計(jì)取填料層高度為16m 。h）= kmol/（m2h）=其中m為關(guān)聯(lián)指數(shù)（） 常壓下氣體純組分的黏度組分 mCO2102CO102H2102N2102在常壓及操作溫度下。 CO2在各組分中的擴(kuò)散系數(shù)項(xiàng)目CO2COH2N2摩爾質(zhì)量4428228擴(kuò)散體積塔頂106106106塔底106106106平均106106106平均為平均溫度30℃。atm）液相：kL= CO2在兩相中的擴(kuò)散系數(shù)（1）CO2在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)DG首先計(jì)算CO2在各組分中的擴(kuò)散系數(shù)，然后再計(jì)算混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)?！妫?；= tn1+（xnxn1）。s）又溶劑的蒸汽壓很低，忽略溶劑的蒸發(fā)與夾帶損失，并視作為恒定不變，那么有L′=2229780/（3600）=（m2此時(shí)每個(gè)塔的塔徑。h）選擇d=50mm塑料鮑爾環(huán)（米字筋），其填料因子φ=120m1，ε=，比表面積at=，BainHougen關(guān)聯(lián)式常數(shù)A=，K=。文獻(xiàn)查的PC的定壓比熱容：CpL=+(t10) ；據(jù)此算得：CpL1=； CpL2=； CO2的熔解熱查得H CO2=14654kg/kmol CO2（實(shí)驗(yàn)測定值）CO2在PC中的溶解量為：3757=58820Nm3/h =2626kmol/h故QS=146562626=38479567kJ/h根據(jù)全塔熱量衡算有：帶出的熱量（QV1+QL2）+溶解的熱量（QS）=帶出的熱量（QV2+QVL1+QV夾）溶解氣體占溶液的質(zhì)量分率式中：L1=4459560+1476+117552=4578590 Kg/h熱量平衡：8978070+190843120+38479567=5899970+6571850TL1QV夾=55768kJ/hQL1=8978070+190843120+38479567589997055768得出：℃第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已知量：入塔氣： V1=213900 Nm3/h=192968kg/h，ρG1=， M1=，30℃ 出塔氣： V2=151700 Nm3/h=74427 kg/h，ρG2= kg/m3，2=，30℃ 出塔液： L1=4459560+117552+1476=4578590kg/h，ρL1=1187kg/m3 ，Pt1= 入塔液： L2=4459560+1476=4461040kg/h，ρL2=1192 kg/m3 ，30℃，Pt2=黏度：由公式logμ=+（）得：μL1==74427kg/h因難以查到真實(shí)氣體的定壓比熱容，但氣體的壓力并非很高，故可借助理想氣體的定壓比熱容公式進(jìn)行近似計(jì)算。=1017kg/h溶解氣量：622001127=61073kg/h溶解氣的平均摩爾質(zhì)量：=44+28+2+28= kg/kmol溶解氣的質(zhì)量流量：61073247。說明：，故計(jì)算的實(shí)際溶解量時(shí)應(yīng)將其扣除。 PC的黏度logμ=+（） T為熱力學(xué)溫度，K。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]傅家新,劉烈瓊. 碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔的工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算[J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù),2005,26（6）:57.[12]。1計(jì)算前的準(zhǔn)備依照：年工作日以330d，每天以24h連續(xù)運(yùn)行計(jì)，有33024=7920h，此處按8000h算。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(shí)也填補(bǔ)了脫碳工藝的國內(nèi)空白，并且為合成氨領(lǐng)域的進(jìn)步積累了難得經(jīng)驗(yàn)。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?jǐn)?shù)；p——?dú)庀郈O2分壓，105Pa；B、C——常數(shù)，B=，C=；ζ——溶劑含水量的修正系數(shù)，當(dāng)含水量為2%時(shí)，ζ=，lgζ=；T———吸收溫度，K。除此以外，復(fù)合溶劑為了達(dá)到操作特性要求所作的混合過程，還具有其它方面的靈活性，即復(fù)合溶劑的組成。具體辦法是將常解段改為篩板或填料塔型，并增設(shè)類似塔型的真空解析段。 PC法脫碳技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 塔器的優(yōu)化包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過程控制的技術(shù)改造，改造后往往可提高20%50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進(jìn)行:一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造，其目的是提高通氣量和強(qiáng)化氣液接觸效率，加大潤濕面積。由塔底出來經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入閃蒸氣洗滌塔的上部自上而下，由底部出來經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段自上而下，由底部出來經(jīng)一U型液封管進(jìn)入常解氣洗滌段繼續(xù)循環(huán)。汽提氣由汽提塔出來后進(jìn)入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將汽提氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴和飽和汽提氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。在使用日的上，有替代加壓水洗型、聯(lián)堿型、配尿素型、聯(lián)醇型、生產(chǎn)液氨型以及制氫等各類型；在凈化效率上，有的對(duì)CO2進(jìn)行粗脫，而大部分廠家，則進(jìn)行精脫；對(duì)脫碳?jí)毫Γ?、?幾種脫碳方法的能耗比較表（，單位KJ/m3CO2）方法名稱加壓水洗苯菲爾法位阻胺法改良MEDA法NHD法PC能耗284735585442334941871884104712561256 （1）原料氣流程，洗去變換氣中的大部分油污及部分硫化物，并將氣體溫度降到30℃以下，同時(shí)降低變換氣中飽和水蒸汽含量。因此，代替水洗法脫除變換氣中CO2不但滿足銅洗要求，而且回收CO2的濃度和回收率也能滿足尿素、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。為此，需要增設(shè)一套變換氣脫碳裝置，由于PC技術(shù)為典型的物理吸收過程，流程簡單，投資少，節(jié)能明顯，技術(shù)易于掌握。大部分用于氨廠變換氣脫碳。固體吸附是CO2在加壓時(shí)被吸附在多孔狀固體上,減壓時(shí)吸附的CO2被解吸,亦稱變壓吸附。但該法投資很大，我國鎮(zhèn)海煉化廠大化肥等四家以重油和煤為原料的合成氨裝置使用了低溫甲醇法脫除CO2。如四川什邡某氮肥廠為天然氣富氧造氣，變換氣脫碳采用我公司近年來開發(fā)的節(jié)能型變壓吸附脫碳新工藝，多塔進(jìn)料，多次均壓，并實(shí)現(xiàn)了吸附塔和真空泵的新組合，同時(shí)對(duì)吸附劑、程控閥門、控制系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備的配置都做了較大的改進(jìn)，從而使[10]姜宏,譙中惠,[J]. 低溫與特氣,2005,23(6):2831.HN2有效氣體回收率大大提高，能耗進(jìn)一步降低，裝置投資也有所減少[10]。可用此法改造小型氨廠，將低能耗，在大型氨廠使用顯得困難[9][J].山西化工,1995,3:3841.[9]。用碳丙作為溶劑來脫除合成氨變換氣中CO2工藝是一項(xiàng)比較適合我國國情的先進(jìn)技術(shù),與水洗工藝比較,除具有物理吸收過程顯著的節(jié)能效果外,在現(xiàn)有的脫碳方法中,由于它能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化氫及有機(jī)硫化物,加上再生無需熱能,能耗較低等優(yōu)勢(shì),在國外合成氨和制氫工業(yè)上已得到廣泛應(yīng)用。其原理是利用在同樣壓力、溫度下，二氧化碳、硫化氫等酸性氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度比氫、氮?dú)庠谔妓岜ブ械娜芙舛却蟮枚鄟砻摮趸己土蚧瘹涠叶趸荚谔妓岜ブ腥芙舛仁请S壓力升高和溫度的降低而增加的，CO2等酸性氣體在碳丙溶劑中溶解量一般可用亨利定律來表達(dá)，因而在較高的壓力下，碳酸丙烯酯吸收了變換氣中的二氧化碳等酸性氣體，在較低的壓力下二氧化碳能從碳酸丙烯酯溶液中解吸出來，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢復(fù)吸收二氧化碳等酸性氣體的能力。NHD是兗礦魯南化肥廠與南京化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司研究院、杭州化工研究所共同開發(fā)成功的一種物理吸收硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的高效溶劑[7]張敬忠. NHD脫碳改造運(yùn)行小結(jié)[J].山東化工,2008,37(7)2931.[7]。這就使得工藝投資省、能耗低、工藝流程簡單。苯菲爾法可在高溫下運(yùn)行，再生熱低，添加的V2O5可防腐蝕，但該工藝需對(duì)設(shè)備進(jìn)行釩化處理，要求工人的操作水平較高。國內(nèi)在20世紀(jì)70年代引進(jìn)的13套大型化肥裝置中，有10套采用苯菲爾脫碳工藝。我國棲霞山化肥廠就采用了這種工藝。相對(duì)上述脫除CO2的吸收劑溶液，碳酸鉀溶液更價(jià)廉易得，并具有低腐蝕，操作穩(wěn)定，吸收CO2能力較強(qiáng)等特性。在MDEA溶液中添加少量活化劑即為aMDEA法，活化劑為瞇哇、甲基咪哇等，濃度約為25%。[3]王之德,值得推廣的節(jié)能型MDEA脫碳新技術(shù)[J].四川化工,1995,2,51。MEA法是一種比較老的脫碳方法?；瘜W(xué)吸收法脫碳工藝中，有兩類溶劑占主導(dǎo)地位，即烷鏈醇胺和碳酸鉀。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置和尿素裝置的能力。為了提高脫碳效率和凈化反，主要進(jìn)行脫碳液酌組分分析和服碳塔出u凈化氣中二氧化碳的分析。由變換工序來的低變氣進(jìn)脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)物理吸收或者化學(xué)吸收法吸收二氧化碳。用天然氣(甲烷)為原料的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法所得的CO:量較少，合成氣中CO2濃度在1520%。在此過程中吸收塔壓降還應(yīng)維持在合理范圍內(nèi)以降低合成氣壓縮機(jī)的功耗。因