年產30萬噸合成氨脫碳工段工藝設計本科畢業設計-資料下載頁

【導讀】是脫碳過程中不可缺少的塔設備。本文權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。流程分析并根據工藝參數及有關標準進行二氧化碳吸收塔和解析塔內的物、熱量衡算；塔進行了必要的強度校核；最后對脫碳工段車間結構布置進行合理的設計。解決問題的合理方案準備了充分的理論依據。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的學位或學歷而使用過的材料。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容。其他個人或集體已經發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。涉密論文按學校規定處理。

　　

【正文】 常溫條件下進行，即低溫碳酸丙烯酯脫碳技術 。 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； p——氣相 CO2 分壓， 105Pa； B、 C——常數， B=， C=； ζ——溶劑含水量的修正系數，當含水量為 2%時， ζ=， lgζ=； T———吸收溫度， K。 工藝設計的意義和目的 隨著合成氨工業的飛速發展與國際經濟的迅速變化，合成氨工業的經濟性急需要提高，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是一個很好的出路，對內外交困的合成氨行業來說，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，在提高產品附加值的同時也填補了脫碳工藝的國內空白，并且為合成氨領域的進步積累了難得經驗。 陜西理工學院畢業設計 第 8 頁 共 54 頁 2 全廠總平面的布置和設計 全場總平面布置的任務 全廠平面設計為本設計的一項重要任務，總平面設計的是否合理，直接影響新建廠能否節約而有效的順利進行，影響到建廠后的生產，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展。 總平面設計任務： 1 在滿足生產流程條件下，結合廠區地形情況，經濟合理的安排場內外各建筑物、構筑物﹑堆場等的相對位置； 2 經濟合理的豎向布置，正確選擇標高； 確定場內外運輸方式﹑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，考慮衛生﹑消防條件，創造美好的工作條件。 全廠總平面設計的原則 全廠總平面設計的基本原則為 1 建筑物之間相互配置應符合生產程序的要求，并能保證合理生產作業線； 2 原材料、半成品、成品的生產作業線應銜 接協調，流程疏通，避免交叉和往返； 3 廠內一切運輸系統布置應適合貨物運轉的特征，盡可能使貨運路線和人員路線不交叉； 4 適當劃分廠區，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛生技術條件的要求； 5 在保證安全生產的前提下力求縮小廠房戰地面積，廠房布置盡量緊湊，根據生產的特點和設計擬建的工廠為中小型企業的情況，將工廠劃分為幾個區域，并按照區域進行布置，以保證各區域之間位置的協調配合，并符合衛生防疫和環境美化。 全廠總平面布置內容 全廠應主要包括廠前區、動力區、生產區、倉庫區等。 廠前區： 包括行政樓 、研發樓、職工食堂、醫務室等主要建筑。 動力區：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和運輸過程的損耗。 生產區：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：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，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，節省投資；由前區到生產區主要干道，應避免與主要運輸道路交叉；盡量使大多數廠房向陽﹑背風﹑避免瓦斯等，盡可能使各廠區有條件采用自然采光和自然通風等；按防火規范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規定；根據衛生規范的要求，保證廠區內衛生符合規定；根據環境發展的要求，生產區設在有廢渣處理系統﹑廢水處理系統﹑廢氣處理系統等設施 ；考慮工廠今后的發展，在廠區留有建筑余地；盡量做到以生產區為軸線，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為原則。生產車間實行三班制，每班八小時，機械設備大修每二年一次，機械設備保養每一年一次。 陜西理工學院畢業設計 第 9 頁 共 54 頁 表 合成氨全廠人員編制 工種 班制 男 女 總人數 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 陜西理工學院畢業設計 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： ； CH4： （均為體積分數，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 連續運行。 計算基準 ： 依照：年工作日以 330d，每天以 24h 連續運行計，有 33024=7920h，此處按 8000h 算。合成氨 ：（ 300000t/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及組分分壓 項目 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 體積分數（ %） 100 （ MPa） （ Kgf/cm2） （ atm） 計算依據 CO2的 PC中的溶解度關系 因為是高濃度氣體吸收，故吸收塔內 CO2 的溶解熱應予以考慮。現假設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）為 80%，然后利用物料衡算結合熱量衡算驗證生疏溫度假設的正確性。 有人關聯出了 CO2 再 PC 中溶解的相平衡關系，因數據來源不同，關聯式略有差異 [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，無因次 Pco2—CO2 分壓， atm T—PC 出塔溫度， K 用關聯式（ 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 的密度與溫度的關系 PC 密度與溫度的關系： ρ= 式中： t—溫度， ℃ ； ρ—密度， kg/m3。 30℃ ： ρL1=1192kg/ m3； 35℃ ： ρL2=1187 kg/ m3 陜西理工學院畢業設計 第 11 頁 共 54 頁 PC 的蒸汽壓 查 PC 理化數據知， 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。 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℃ 下在數據，并取相對吸收飽和度為 80%， 并且甲烷 含量很少，而且其在 PC 中的溶解度 也很小，故將其近似處理。 將計算結果列于表 中。 表 各組分在 PC 中的溶解度數據 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 (%) 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： =N2： =CH4： = 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 % CH4： +0= Nm3/m3PC % N2： += Nm3/m3PC % 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?? 聯立兩式解之得 V3=1 1 232( )V y yyy = 0 0 5 0 )0 0 ( 2 7 8 ? ?? =62200Nm3/h V2= V1 V3=21390062200=151700 Nm3/h 陜西理工學院畢業設計 第 12 頁 共 54 頁 計算 PC 循環量 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= 443757=1476kg/h 帶出氣體的質量流量 夾帶氣量： 3757=1127 Nm3/h 夾帶氣的平均摩爾質量： M 1=44+28+2+28=夾帶氣的質量流量： 1127247。=1017kg/h 溶解氣量： 622001127=61073kg/h 溶解氣的平均摩爾質量： sM =44+28+2+28= kg/kmol 溶解氣的質量流量： 61073247。=117552kg/h 帶出氣體的總質量流量： 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，本設計的取值正好在其所要求的范圍之內，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量：M 2=44+28+2+28=出塔氣的質量流量： 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，故可借助理想氣體的定壓比熱容公式進行近似計算。理想氣體的定壓比熱容： CPV=ai+biT+ciT2+DdiT3，其溫度系數如表 。 陜西理工學院畢業設計 第 13 頁 共 54 頁 表 各組分溫度系數及其定壓比熱容 組分 溫度系數 定壓比熱容 a b c d C