脱碳吸收塔设计

1、目录1概述.22工艺说明 .22.1工艺简介 .22.2物料性质 .22.3工作温度 .32.4工作压力 .32.5尺寸参数 .32.6其他说明 .33机械设计 .33.1材料选择 .33.2结构设计 .33.3设计计算 .33.3.1设计参数 .33.3.2塔径的计算 .33.3.3填料层高度的计算 .43.3.4气体和液体的进出口直径 .43.3.5封头厚度的计算 .44零部件选型.54.1填料支承装置 .54.2液体喷淋装置 .54 3液体再分布装置 .54.4填料压板和床层限制板 .54.5填料卸出口 .55总结.66参考文献 .71 概述本次课程设计是关于化工机械和设备一次过程考核，

2、 目标是借助工具书完成满足工艺需求的化工机械和设备设计或选型， 是对化工机械和设备这门课的学习的一次总结， 能够更好地学习这门课程， 让我们课堂上所学知识应用于实践， 提高综合应用理论知识分析、 解决实际问题的能力。 而完成这次课程设计我们需要查阅相关资料，更好地提升了我们的自主学习得能力。而此次的课程设计目标是通过查阅各种资料阅读各种文献来设计出一项有利于工业生产的作品。 而我们要通过小组的共同协商作业， 查阅相关资料以及经过周密计算按照工业设计的基本格式要求来完成这次的设计。此次的设计内容包括工艺参数的确定、 材料的选择和结构的确定、 相关计算、零部件选型等。2 工艺说明2.1工艺简介在合

3、成氨生产中， 由于制气原料主要碳和含碳化合物， 经制气和一氧化碳变换后，变换气中除含有对氨合成有用的氢气等， 同时还含有二氧化碳、 一氧化碳、甲烷、硫化氢等对氨合成有害的杂质组分。 在这些杂质组分中又以二氧化碳的含量最高。如在生产过程中， 不及时将二氧化碳从变换气中除去， 将会使后续工序无法正常进行。脱除原料气中大量二氧化碳的方法主要分为三大类： 化学吸收法、物理化学法和物理吸收法。本次设计中主要运用物理吸收法。2.2物料性质碳酸丙烯酯脱除CO2 到五十年代才有较系统的报导, 它具有许多有趣的性质, 而且原料易得 , 目前已广泛应用在石油化学工业中。碳酸丙烯酯为环状有机碳酸酯类化合物，在常温下

4、为略带芳香味的液体，纯净时无色透明，分子式为C4 H6O3 ，相对分子质量为 102.9 /kmol ，密度略大与水。它对二氧化碳、硫化氢及一些有机硫具有较大的溶解能力， 而对氢气、氮气、一氧化碳、甲烷、氧气等的溶解度要小得多。用碳酸丙烯酯作为吸收剂来吸收合成氨原料气中的二氧化碳的方法与其他脱碳方法相比，在净化度相同的情况下， 也以碳酸丙烯酯法的能耗和可比操作费最低。2.3工作温度此填料吸收塔一般工作温度为常温。2.4工作压力填料塔的一般工作压力为常压2.5尺寸参数设计填料吸收塔的高度为6m，选取直径为 600mm。2.6其他说明物料经过化学反应后所得到的产物，常与未反应物、副反应物混合在一起

5、，若为气态混合物也可以用用吸收方法加以分离，例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来；分离过程也是获得一定组分的过程。3 机械设计3.1材料选择综合考虑设备的强度和刚度、 介质的腐蚀性及选材的经济性， 按照设计参数，设备壳体材料选用Q5R+S 160复合钢板，开孔补强采用厚壁管整体补强，DN 00mm以上的接管材料为16Mn锻件堆焊奥氏体不锈钢，DN 00mm以下的接管采用 S 160锻件。3.2结构设计填料吸收塔的结构包括进出口、液体分布器、填料压板、液体在分配器、填料支承板3.3设计计算3.3.1设计参数进入

6、系统的变换气量：25000 N m 3 /h ，设计温度、压力条件t=32 ，p=2.5MPa，吸收塔顶出口净化气中 CO20.6%，入吸收塔再生后的 PC含 CO2 210 5。3.3.2塔径的计算塔径的计算公式： 4D3其中： Vs- 气体体积流量， m/s;u- 适宜的空塔气速， m/s4Vsu塔径的计算分为两个步骤：确定空塔气速，计算塔径D。填料层高度的计算填料层高度的计算通式为：填料层高度=传质单元数×传质单元高度此次设计中 CO2在 PC中溶解度相对较小，可近似作液膜控制系统则：H 0H OLNOLLX1K X aX2dXXX *其中： Z- 填料层高度， m；HOL-

7、液相总传质单元高度， m；NOL- 液相总传质单元数；Kxa- 液相的体积吸收总系数，kmol/(m 3 ·s) ；X*- 液相平衡浓度，摩尔比；2- 塔截面积， m塔截面积20. 785D4气体和液体的进出口直径流体的进出口结构设计首先要确定的是管口直径。根据管口所输送气体或液12体的流量大小，由下式计算管口直径：4VSdu其中： VS 流体的体积流量，3-m/s;u- 流体流速， m/s;封头厚度的计算选用标准椭圆封头（ a=2b）厚度： 16PDiC 21.1 2.52000d2 133 0.851.0 24.5mm2 t0.5P0.5 1.1 2.5名义厚度：n26mm ；4

8、 零部件选型4.1填料支承装置填料支撑结构是用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置，其基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气、液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。常用的填料支承板主要有栅板式和气体喷射式等结构， 此次设计我们选用梁型气体喷射式支承板。 它的结构特点是： 为气体和液体提供了不同的通道， 气体易于进入填料层，液体也可自由排出，避免了因液体积聚而发生液泛的可能性，并有利于液体的均匀再分配。 另外，梁型支承板用于大塔可分块制作或塔内组装。它可以提供超过90%的自由截面，保证气体通量大，阻力小。4.2

9、液体喷淋装置液体喷淋装置的结构形式很多， 此次设计我们根据塔的类型和塔径选择溢流槽式分布器。其特点是：结构简单，液体通过时的阻力小，其分布比较均匀。43液体再分布装置常用的塔顶除雾器有填料除雾器、折流板式除雾器和丝网除雾器等。其中丝网除雾器是一种分离效率高，阻力小，重量较轻，占用空间不大的除雾器。它主要是由丝网、丝网格栅组成丝网块和固定丝网块的支承装置构成，丝网为各种材质的气液过滤网该丝网除沫器不但能滤除悬浮于气流中的较大液沫，而且能滤除较小和微小液沫，所以此次设计，我们选用的是丝网除沫器。4.4填料压板和床层限制板当塔内汽液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏塔的正常

10、操作甚至损坏填料。 为此，一般在填料层顶部设压板或床层限制板。填料压板是借自身的质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻， 固定于塔壁上。 一般要求压板或限制板自由截面分率大于70%。4.5填料卸出口根据填料塔的特点， 需要设计填料卸出口， 以便于检修时将填料卸出， 鉴于我们塔径较大， 所以填料卸出口的结构与人孔相似， 选取直径为 400mm的标准人孔。5 总结整个工艺设计经过了各种分析、 调研、计算而得出， 在小组其他成员的帮助下将整个设计彻底完成， 整个设计对脱碳填料吸收塔进行全面的分析， 将填料吸收塔的基本结构和工作原理搞透彻， 经过这么长时间的设计， 对我们以后自主设计有很大的帮助。但在设计的过程中， 还是存在很多的问题， 由于自己本身水平的不足， 有很多简单的问题不能自主解决， 而是通过其他途径得到结果， 还有就是由于做设计的经验不足，很多地方还是有问题，请评阅老师指出。这个设计是对合成氨工艺里的脱碳填料吸收塔进行设计， 由于水平有限， 可行性需要更加精确的改正和计算才能投入使用。 而在合成氨生产中， 由于制气原料主要碳和含碳化合物， 经制气和一氧化碳变换后， 变换气中除含有对氨合成有用的氢气等，同时还含有二氧化碳