发布时间 : 星期五 文章年产40万吨合成氨脱碳工段的设计毕业设计更新完毕开始阅读7b930dbe162ded630b1c59eef8c75fbfc77d94fb
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2.6.2液体的比热容 ..................................................................... 11 2.6.3 CO2的熔解热 ..................................................................... 11 2.6.4出塔溶液的温度 ................................................................. 11
第三章 结构设计 ............................................................................ 12
3.1确定吸收塔塔径及相关参数 ...................................................... 12
3.1.1求取泛点气速和操作气速 ................................................. 12 3.1.2求取塔径 ............................................................................. 12 3.1.3核算操作气速 ..................................................................... 12 3.1.4核算径比 ............................................................................. 12 3.1.5校核喷淋密度 ..................................................................... 12 3.2填料层高度的计算 ...................................................................... 13
3.2.1建立相应的操作线方程和向平衡方程 ............................. 13 3.2.2利用两线方程求取传质推动力 ......................................... 13 3.2.3 气相传质单元数的计算 .................................................... 14 3.2.4 气相总传质单元高度 ........................................................ 14 3.2.5塔附属高度 ......................................................................... 18 3.2.6填料层压降计算 ................................................................. 19 3.2.7液体初始分布器 ................................................................. 19 3.2.8丝网除沫器 ......................................................................... 20 3.2.9防涡流挡板的选取 ............................................................. 20 3.2.10填料支撑装置 ................................................................... 20 3.2.11填料床层限制器 ............................................................... 21 3.2.12裙座的设计计算与选取 ................................................... 21 3.3确定解吸塔塔径及相关参数 ...................................................... 21
3.3.1求取解析塔操作气速 ......................................................... 21 3.3.2求取塔径 ............................................................................. 22 3.3.3核算操作气速 ..................................................................... 22 3.3.4核算径比 ............................................................................. 22 3.3.5校核喷淋密度 ..................................................................... 23 3.4填料层高度的计算 ...................................................................... 23
3.4.1建立相应的操作线方程和向平衡方程 ............................. 23 3.4.2利用两线方程求取传质推动力 ......................................... 23 3.4.3传质单元数的计算 ............................................................. 24 3.4.4气相总传质单元高度 ......................................................... 24 3.4.5塔附属高度 ......................................................................... 28 3.4.6填料层压降计算 ................................................................. 28 3.4.7初始分布器和再分布器设计 ............................................. 29 3.4.8气体分布器 ......................................................................... 29
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3.4.9丝网除沫器 ......................................................................... 30
第四章 塔内件机械强度设计及校核 ............................................ 31
4.1吸收塔机械强度设计及校核 ...................................................... 31
4.1.1吸收塔筒体和裙座壁厚计算 ............................................. 31 4.1.2吸收塔塔的质量载荷计算 ................................................. 31 4.1.3地震载荷计算 ..................................................................... 32 4.1.4风载荷计算 ......................................................................... 33 4.1.5各种载荷引起的轴向应力 ................................................. 35 4.1.6筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核..................... 35 4.1.7裙座和筒体水压试验应力校核 ......................................... 36 4.1.8基础环设计 ......................................................................... 38 4.1.9地脚螺栓计算 ..................................................................... 38 4.2解析塔机械强度设计及校核 ...................................................... 39
4.2.1吸收塔筒体和裙座壁厚计算 ............................................. 39 4.2.2解析塔塔的质量载荷计算 ................................................. 39 4.2.3塔自振周期计算 ................................................................. 40 4.2.4地震载荷计算 ..................................................................... 40 4.2.5风载荷计算 ......................................................................... 41 4.2.6各种载荷引起的轴向应力 ................................................. 43 4.2.7筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核..................... 44 4.2.8裙座和筒体水压试验应力校核 ......................................... 44 4.2.9基础环设计 ......................................................................... 46 4.2.10地脚螺栓计算 ................................................................... 46
第五章 辅助设备设计与选取 ........................................................ 48
5.1储罐的选择 .................................................................................. 48 5.2泵的选择 ...................................................................................... 48 5.3风机的选择 .................................................................................. 49 5.4接管管径计算 .............................................................................. 49
5.4.1进气管径 ............................................................................. 49 5.4.2出塔气管径 ......................................................................... 49 5.4.3进料管径 ............................................................................. 49 5.4.4釜液排除管径 ..................................................................... 49
总论与评价 ...................................................................................... 51 参考文献 ............................................................................................ 1 致谢 ..................................................................................................... 2
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第一章 绪 论
1.1合成氨工业概况
1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨：
CaCN2＋3H2O→2NH3＋CaCO3
在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模(以合成塔单塔能力为依据)随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。50年代以前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个600吨/日和1000吨/日的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000吨/日规模的合成氨。
世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。
1.1.1我国合成氨工业发展概况
我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，而农业的发展离不开化肥。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥之一，合成氨则是氮肥的主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要的位置。
我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年的努力，我国的合成氨工业得到很大的发展，建国以来合成氨工业发展十分迅速，从六十年代末、七十年代初至今，我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置，已形成我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局。目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列。
但是，由于在我国合成氨工业中，中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展的迫切需要，因此，开发新技术的同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等的核算能力，促进设计、管理和生产操作的优化，从而推动合成氨工业发展，提升整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计的重要课题。
我国的合成氨原料主要集中在重油，天然气和煤，到目前为，中国化肥产量己居世界第一位。但人均耕地面积只有世界平均水平的47%，而人口在本世纪中叶将达到约16亿，粮食始终是至关重要的问题。化肥对农作物的增产作用己为大家所公认，中国施肥水平还有很大的提高空间，尤其是中西部市场。
与国外比较，我国氮肥行业主要存在一些比较严重的问题，集中表现为装置规模小，因而有效生产能力不足，致使行业整体竟争能力差。进入WTO后，氮肥行业这种结构性矛盾日趋显著，成为影响行业发展的一个主要因素。
对原有合成氨装置进行改扩建，利用国家对农业的倾斜政策，节能技术改造见效快、可很快提高企业生产规模，改扩建改造会给企业带来了巨大的经济和社会效益。 1.1.2发展趋势
原料路线的变化方向。从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和的10倍，自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到重视,但因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故,预计到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。
节能和降耗。合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。现在已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种，每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。
与其他产品联合生产。合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点。
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