年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计

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年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计

[摘要]脱碳工段是合成氨工程中必不可少的工段之一，二氧化碳吸收塔和溶液再生塔是脱碳过程中不可缺少的塔设备。

本文权衡众多合成氨脱碳方法之利弊，最终选择碳酸丙烯酯脱碳法。首先进行工艺流程分析并根据工艺参数及有关标准进行二氧化碳吸收塔和解析塔内的物、热量衡算；其次就二氧化碳吸收塔、溶液再生塔等设备利用物理吸收机理、传质传热方程、溶液物性数据等方面的知识进行塔体的总体结构设计和计算，设计出二氧化碳吸收塔的塔径为2.1m，塔高为27m，二氧化碳解吸塔塔径2.4m，塔高29m；然后对二氧化碳吸收和解吸塔进行了必要的强度校核；最终对脱碳工段车间结构布置进行合理的设计。本设计作为理论上的准备工作，为分析工艺流程、设备设计上存在的问题、确定问题的根源、提出解决问题的合理方案准备了充分的理论依据。

[关键词]碳酸丙烯酯法；脱碳工艺；工程设计

I

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TheDesignoftheDecarbonizationSectionintheProductionofthe40thousandtonsSyntheticAmmonia

peryear

CarbondioxideabsorptiontowerandthesolutionregenerationtowerareindispensabletowerequipmentintheSyntheticAmmonia.

Thispapertradeoffadvantagesanddisadvantagesofmuchapproachtodecarbonization,propylenecarbonate(PC)decarboniza-tionareselectedfinally.Thetechnologicalprocesswasanalyzed,andthematerialandheatwasbalancedaccordingtoparametersandrelevantstandardsfirstly.ThetowerbodygeneralstructurewasdesignedcalculationbyusingphysicalabsorptionMechanism,masstransferandheattransferequation,solution-physicaldatastcsecondly.Thediameter

Abstract:DecarbonizingsectionisoneoftheabsolutelynecessarysectionsintheSyntheticAmmonia,andthe

ofabsorptiontoweris2.1m,theheightoftoweris27m,diameterofdesorptiontoweris2.4m,theheightoftoweris29m,whichweredesigned.,AndthenthestrengthoftheCarbondioxideabsorptiontowerandthesolution

regenerationtowerarechecked.Thedecarbonizingsectionstructuralarrangementwasreasonabledesignfinally.Asthetheoreticalpreparationwork,thisdesigningpreparesufficienttheoreticalbasisforpeopletoanalysistheproblemsoftechnologicalprocess,equipmentdesign,determinedrootofproblems,posingreasonableplantosolveproblems.

Keywords:Decarbonizationprocess;CarbondioxideremovalwithPCmethod;Proeessdesign

II

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目录

1绪论1

1.1合成氨工业概况1

1.1.1我国合成氨工业发展概况11.1.2发展趋势11.1.3合成氨生产工艺简述21.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用21.1.5脱碳方法概述21.2净化工序中脱碳方法2

1.2.1化学吸收法21.2.2物理吸收法31.2.3物理化学吸收法51.2.4固体吸附51.3碳酸丙烯酯（PC）法脱碳工艺基本原理5

1.3.1PC法脱碳技术国内外现状51.3.2发展过程51.3.3技术经济51.3.4工艺流程51.3.5存在的问题及解决的方法61.3.6PC法脱碳技术发展趋势61.4工艺设计的意义和目的72全厂总平面的布置和设计8

2.1全场总平面布置的任务82.2全厂总平面设计的原则82.3全厂总平面布置内容82.4全厂平面布置的特点82.5全厂人员编制83吸收塔和解吸塔的物料衡算和热量衡算10

3.1计算依据CO2的PC中的溶解度关系103.2PC的密度与温度的关系103.3PC的蒸汽压113.4PC的黏度113.5物料衡算11

3.5.1各组分在PC中的溶解量113.5.2溶剂夹带量112.5.3溶液带出的气量113.5.4出脱碳塔净化气量11

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3.5.5计算PC循环量123.5.6入塔液中CO2夹带量123.5.7带出气体的质量流量123.5.8验算吸收液中净化气中CO2的含量123.5.9出塔气的组成123.6热量衡算12

3.6.1混合气体的定压比热容123.6.2液体的比热容133.6.3CO2的溶解热133.6.4出塔溶液的温度13

4吸收塔和解吸塔的结构设计14

4.1确定吸收塔塔径及相关参数14

4.1.1求取泛点气速和操作气速144.1.2求取塔径144.1.3核算操作气速144.1.4核算径比144.1.5校核喷淋密度144.2填料层高度的计算15

4.2.1建立相应的操作线方程和向平衡方程154.2.2利用两线方程求取传质推动力154.2.3气相传质单元数的计算164.2.4气相总传质单元高度164.2.5塔附属高度204.2.6填料层压降计算204.2.7液体初始分布器214.2.8丝网除沫器224.2.9防涡流挡板的选取224.2.10填料支撑装置224.2.11填料床层限制器224.2.12裙座的设计计算与选取224.2.13填料吸收塔设计小结224.3确定解吸塔塔径及相关参数22

4.3.1求取解析塔操作气速234.3.2求取塔径234.3.3核算操作气速234.3.4核算径比234.3.5校核喷淋密度244.4填料层高度的计算24

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4.4.1建立相应的操作线方程和向平衡方程244.4.2利用两线方程求取传质推动力244.4.3传质单元数的计算254.4.4气相总传质单元高度254.4.5塔附属高度294.4.6填料层压降计算294.4.7初始分布器和再分布器设计294.4.8气体分布器304.4.9丝网除沫器314.4.10填料解吸塔设计小结31

5塔内件机械强度设计及校核32

5.1吸收塔机械强度设计及校核32

5.1.1吸收塔筒体和裙座壁厚计算325.1.2吸收塔塔的质量载荷计算325.1.3地震载荷计算335.1.4风载荷计算345.1.5各种载荷引起的轴向应力365.1.6筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核365.1.7裙座和筒体水压试验应力校核375.1.8基础环设计395.1.9地脚螺栓计算395.2解析塔机械强度设计及校核40

5.2.1吸收塔筒体和裙座壁厚计算405.2.2解析塔塔的质量载荷计算405.2.3塔自振周期计算415.2.4地震载荷计算415.2.5风载荷计算425.2.6各种载荷引起的轴向应力445.