大气课程设计--合成氨工艺尾气的处理

大气课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 --合成氨工艺尾气的处理 成绩 南 京 工 程 学 院 课 程 设 计 说 明 书(论 文) 题 目 合成氨工艺尾气的处理 课 程 名 称 大气污染控制工程课程设计 院(系、部、中心) 环境工程 专 业 环境工程 班 级 环境081 学 生 姓 名 王浩添 学 号 216080136 设 计 地 点 文理A404 指 导 教 师 谭文轶 设计起止时间:2011 年 06月20日至 2011 年 06月30日 南京工程学院课程设计说明书,论文， 大气污染控制工程课程设计 目 录 第一章 绪 言 .......................................... 2 第一节 废气来源 ....................................................................................................................... 2 第二节 去除方法 ....................................................................................................................... 2 一、 CO的去除方法 ...................................................................................................... 2 二、 CO的去除方法 ..................................................................................................... 2 2 第二章 本次课程设计所采取工艺的特点 ..................... 3 第一节 原始参数 ....................................................................................................................... 3 第二节 工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的选择 .......................................................................................................... 3 一、 CO脱除工艺 ............................................................................................................ 3 二、 CO脱除工艺 ........................................................................................................... 3 2 第三章 基本计算书 ........................................ 4 一、 铜氨液脱除一氧化碳系统计算 .......................................................................... 4 二、 水洗脱除二氧化碳系统计算 ............................................................................ 39 第四章 图纸绘制 ......................................... 50 第五章 设计结论 ......................................... 51 一、 工艺计算主要参数 .............................................................................................. 51 二、 心得体会 ............................................................................................................... 53 第六章 主要参考文献 ..................................... 53 1 南京工程学院课程设计说明书,论文， 第一章 绪 言 第一节 废气来源 在合成氨工艺中，我国主要采用固体、液体或气体原料，所制成的合成氨原料气中都含有一氧化碳、二氧化碳。对于小氮肥厂大多数以块煤为原料，其中一氧化碳的体积分数为12%~40%，二氧化碳的体积分数为18%~40%，故主要废气来源为原料块煤。 一氧化碳和二氧化碳都不是合成氨的直接原料，而且对氨的合成有不利影 ,C左右时，在铁催化剂存在的条件下，一氧化碳能和氢气响。当温度达到300 反应生成甲烷和水，造成惰性气体增加，对合成反应不利。其中水还会使合成催化剂中毒。二氧化碳的存在会使氨合成催化剂中毒，同时还会给清除少量一氧化碳的过程带来困难。例如，采用铜氨液洗涤法，当原料气体中二氧化碳的含量超过一定限量时，它就会在铜洗系统与铜氨液中的氨作用而生成碳酸铵盐的结晶，从而堵塞设备和管道。 因此，在送往合成工序之前必须将一氧化碳、二氧化碳脱除。 第二节 去除方法 一、 CO的去除方法 一氧化碳的脱除主要分为两步:首先利用一氧化碳和水蒸汽作用生成二氧化碳和氢气，将大部分一氧化碳除去;然后残余的一氧化碳再通过铜氨液洗涤法清除。 二、 CO的去除方法 2 二氧化碳的去除主要也分为两步:先用水洗法吸收原料气的大部分的二氧化碳，然后原料气中尚残留的少量二氧化碳在铜氨液清除少量一氧化碳后再用苟性钠或氨水脱除。 2 南京工程学院课程设计说明书,论文， 第二章 本次课程设计所采取工艺的特点 第一节 原始参数 因所需原始数据及相关资料较多，具体原始参数详见第三章设计计算书部分。 第二节 工艺方案的选择 一、 CO脱除工艺 本次课程设计选择铜氨液洗涤法。该法是目前在合成氨厂广泛采用的一种方法。铜氨液洗涤法是利用亚铜盐的氨溶液在加压下洗涤原料气以吸收一氧化碳生成一氧化碳的配合物。吸收后，一氧化碳的含量降到10ppm以下。在常压 ,C和低压下，加热至50~80，使不稳定的配合物中的一氧化碳解吸，从而达到溶液的再生。再生的铜氨液循环使用，再生时释放的一氧化碳可作为再生气回收。铜氨液洗涤法工艺成熟、操作弹性大，在中小型合成氨厂占据主导地位。铜氨液洗涤法适用于中温变换后一氧化碳含量相对较高的转化气。 铜氨液洗涤法最大的缺陷在于环境污染严重。一般中型氮肥厂每小时约产 CO生10t废水，废水除含有氨外，还含有。此外，生产过程中经常出现严重2 的铜液跑冒滴漏和铜液渗漏，不利于企业环保工作的提高。另外，铜氨液洗涤法消耗高，主要表现在运行、维修、操作费用高、物料消耗大。铜液在净化过 COCOH程吸收了(+)，同时也溶解了，即使设置了再生回收，仍然存在着22 气体的损失，且精制度较低。 二、 CO脱除工艺 2 本次课程设计采用水洗法脱除CO。，即采用加压水洗的方法脱除CO，经22减压将水再生。水洗法应用最早，具有流程简单、运行可靠、溶剂水廉价易得等优点，但其设备庞大、电耗高、产品纯度低，而且会造成污染，所以目前已 3 南京工程学院课程设计说明书,论文， 很少使用。目前国外常采用的物理吸收法主要有低温甲醇洗法、碳酸丙烯酯法及聚乙二醇二甲醚法。本次课程设计重在理解基本过程和原理，故采用水洗法无妨。 第三章 基本计算书 一、 铜氨液脱除一氧化碳系统计算 一、物料及热量衡算 计算基准:1吨氨 (一) 铜洗部分 1、 已知条件 (1)干原料气的组成及数量: 成分 H CO CO O N CH Ar NH 合计 222243 % 71.41 3.33 0.2 0.05 23.79 0.85 0.31 0.06 100 3 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 米 2499.35 116.55 7.00 1.75 832.65 29.75 10.85 2.10 3500 公斤分子 111.58 5.20 0.31 0.078 37.17 1.33 0.48 0.09 156.25 (2)铜洗塔进气温度 35? (3)铜液组成 见下表中?组成 (4)铜液进塔温度 10? (5)平均操作压力 120大气压 2、物料衡算 (1)铜液用量计算 设铜液进塔温度为28?(此值需尚待以后验证是否正确)，由图8-3-1查得Ι组成铜液在28?时吸收系数α=0.415，进塔气体中一氧化碳分压,0.0333×120,3.996，大气压由下式得 4 南京工程学院课程设计说明书,论文， ,,,p,，CO,, V22.4[Cu(NH)CO]22.4Am22.4A,,,33CO,,1,p， ,,CO 0.415，3.99633,22.4，2.04，,28.5标准米/米铜液1，0.415，3.996 式中 2.04——Ι组成铜液中一价铜离子得浓度，克离子/升 取一氧化碳吸收量达到平衡时的70%(包括气体中氧气消耗一价铜离子的 3因素在内)，每米铜液的吸收量为 33V,28.5，0.7,19.95标准米/米CO 于是可得铜液用量为 116.553,5.84米19.95 (2)溶解气体量及出塔气体量计算 设CO、CO2、O2、NH3全部为铜液吸收，出塔气中所含微量略去不计。 因缺乏H、N、CH、Ar在铜液中溶解度的数据，现假设其溶解情况与在水中224 5 南京工程学院课程设计说明书,论文， 相同。H、N等的分压为 22 p,120，0.7141,85.69大气压 H2 p,120，0.2379,28.55大气压 N2 p,120，0.0085,1.02大气压 CH4 p,120，0.0031,0.372大气压 Ar 由表5-1-1差得各气体在28?时在水中的吸收系数为 33,,0.0172标准米/米 H2 33,,0.01353标准米/米 N2 33,,0.02852标准米/米 CH4 33,0.0299标准米/米,Ar 各气体的溶解量分别为 H 2 N 2 CH 4 Ar 从进塔气速中扣除被吸收气体量，水汽含量甚微克忽略不计，于是得出塔气体量为: 成分 H N CH Ar 合计 224 3标准米 2490.74 830.39 29.85 10.79 3363.77 % 74.1 24.7 0.88 0.32 100 3、热量衡算 (1)气体给出热 设气体出塔温度为15? 6 南京工程学院课程设计说明书,论文， 15，35塔内气体平均温度= ,25?2 假设气体是冷却到15?再吸收。根据附录所载高压下混合气热熔计算法和热熔数据，计算的25?时气体的真实分子热熔为9.92千卡/公斤分子.? 气体给出热,134.82，9.92，(35,15),26748.3千卡 (2)吸收热 因缺乏氨在铜液中的溶解热数据，现取用在水中的熔解热数据。 Q,0.08，8430,674千卡 NH3 Q,4.49，12600,56574千卡 CO Q,0.27，16750,4522千卡 CO2 Q,0.07，8330,5831千卡 O2 Q,67601千卡 , (3)出塔铜液温度计算 由图8-2-1查得10?时Ι组成铜密度为1.181克/毫克 进塔铜液重量,5.84，1.181，1000,6897.04公斤 7 南京工程学院课程设计说明书,论文， 26748.3，67601 铜液混升,,18?6897.04，0.76 式中 0.76——Ι组成铜液比热。 ,10，18,28?铜液出塔温度 计算得铜液出塔温度与物料计算中假设的混度相同，故前面的计算皆为有效。 (二)再生部分 1、已知条件 (1)再生流程及温度分布 2、物料衡算 (1)再生气量计算 38.5标准米/吨氨吹空气量为 3N6.63标准米/吨氨其中 2 8 南京工程学院课程设计说明书,论文， 3O1.785标准米/吨氨 2 30.085标准米/吨氨 Ar 再生气量为 3H8.61标准米 2 3N2.26，6.63,8.89标准米 2 30.17标准米CH 4 30.06，0.085,0.145标准米 Ar 3CO116.55,(1.75，1.785)，2,109.48标准米 3CO27，(1.75，1.785)，2,14.07标准米 3NHx标准米3 3HOy标准米2 28?时铜液上方的氨与水蒸汽分压分别由下式计算: 1850p ,,log7.896NH3T 2150p ,,log8.47CO2T 1850logp,7.896,,1.7499NH3273，28计算得 p,56.22毫米汞柱,764.6毫米水柱 NH3 2150logp,8.47,,1.3271HO2273，28 p,21.23毫米汞柱,288.7毫米水柱HO2 于是可分别计算出当吸收达到平衡时气相中的氨与水蒸汽含量 764.63v,，(8.61，8.89，0.17，0.145，109.48，14.07),11.52标准米NH310432,(764.6，288.7) 764.63 v,，(8.61，8.89，0.17，0.145，109.48，14.07),11.52标准米HO210432,(764.6，288.7) 取吸收效率为80%，则 11.523 x,,14.4标准米0.8 4.353 y,,5.44标准米0.8 9 南京工程学院课程设计说明书,论文， 每生产1吨氨需向铜液补充氨量为 1717 14.4，,2.1，,9.33公斤22.422.4 需补充水量为 18 5.44，,4.37公斤22.4 (2)回流塔中吸收氨与水蒸汽量的计算 ?回流塔中吸收氨与水蒸汽量的计算 再生器中铜液温度 78? 78?时铜液上方氨与水蒸汽的分压分别由下式计算: 1850p ,,log7.896NH3T 2150p ,,log8.47CO2T 1850计算得 logp,7.896,,2.6254NH3273，78 p,422.1毫米汞柱,5740.6毫米水柱? NH3 2150 logp,8.47,,2.3447HO2273，78 p,221.2毫米汞柱,3008.3毫米水柱? HO2 再生器压力为100毫米水柱，回流塔阻力取为100毫米水柱 ? 进回流塔气体压力=200毫米水柱 设铜液中吸收的一氧化碳由50%在回流塔中解吸 3铜液中一氧化碳量,116.55,1.75，2,113.53标准米 113.533在回流塔中解吸的一氧化碳量,,56.77标准米,2.53公斤分子,70.96公斤2 3出回流塔铜液中一氧化碳量,113.53,56.77,56.76标准米 在再生器中铜液中一氧化碳被股入的空气所氧化，出再生器的一氧化碳量 为 356.76,1.785，2,53.19标准米 3除氨与水蒸汽的进塔气体量,8.61，8.89，0.17，0.145，53.19，14.07,85.075标准米 10 南京工程学院课程设计说明书,论文， 5740.63 进塔气中氨含量,，85.075,273.9标准米,207.87公斤10532,5740.6,3008.3 3再生器中氨含量,14.4标准米,10.93公斤 回流塔中吸收氨量,207.87,10.93,196.94公斤 3008.33进塔气中水蒸汽含量,，85.075,143.53标准米,115.34公斤10532,5740.6,3008.3 3再生气中水蒸汽含量=5.44标准米=4.37公斤 回流塔中吸收水蒸汽量=115.34,4.37=110.97公斤 ?进出回流塔铜液量的计算 进塔铜液量应为进铜塔铜液量加上铜液在铜塔中所吸收的气体重量。 1进塔铜液量6897.04，8.61，2，2.26，28，0.17，16，0.06，40，? 22.4 ，，116.55，28，7，44，2.1，17，1.75，32,7064.39公斤出塔铜液量=进塔铜液量+(吸收的氨气量+水蒸汽量),脱吸的一氧化碳 量 7064.39，196.94，110.97,70.96,73-1.34公斤? 出塔铜液量= (3)再生器(包括加热器)物料计算 进器铜液量=出回流塔铜液量=7301.34公斤 出器铜液量=进铜塔铜液量,补充氨量,补充水量 ，，6897.04,9.33，4.37,6883.34公斤 = 3吹入空气量=8.5标准米=10.98公斤 脱吸气体量=无氨干再生气,回流塔脱吸CO +脱吸NH +脱吸水 3 18.61，2，8.89，28，109.48，28，14.07，44，0.17，16，无氨干再生气= 22.4 ，，0.145，40,176.74公斤 ? 脱吸气体量=176.74,70.96+207.87+115.34=428.98公斤 总计进入物料=7301.34+10.98=7312.32公斤 总计出塔物料=6883.34+428.98=7312.32公斤 11 南京工程学院课程设计说明书,论文， 3.热量衡算 (1)回流塔热量衡算 蒸汽保温夹套对热量的影响略去不计 入热:1.铜液带入热 7064.39×0.76×28=150330千卡 2.干气体带入热 13.96×8.3×78=9038千卡 式中 13.96—干气公斤分子数量; ,千卡公斤分子,C 。 8.3—干气体0?78 平均分子热容， 3.水蒸汽带入热115.34×630.5=72722千卡 196.94 4.氨溶解热 千卡 ，8430,9765917 合计 329749千卡 7301.34，0.76，t,5549.02t 出热:1.铜液带出热 千卡 2.干再生气带出热 6.0467×7.04×32=1382千卡 式中 6.0467—干再生气量，公斤分子; 7.14—干再生气0?32 平均分子热容， 。 3.水蒸汽带出热 4.73×611.3=2891千卡 4.一氧化碳解吸热 2.53×12600=31878千卡 5549.02t 合计 +36151千卡 5549.02t平衡:329749= +36151 293598,C t,,535549.02 ,C? 铜液出回流塔温度为53。 (2)换热器热量衡算 冷铜液进换热器后部分气体脱吸，现为计算方便假设为无脱吸产生 入热:1.冷铜液带入热 293598千卡 2.热铜液带入热 6883.34×0.76×78=408044千卡 合计 701642千卡 ,,CC出热:冷铜液在换热器中温升取为10 ，故冷铜液出口温度为63 1. 冷铜液带出热 7301.34×0.76×63=349588千卡 6883.34，0.76，t,5231.34t 2. 热铜液带出热 千卡 3. 热损失取为入热的1% 7016千卡 12 南京工程学院课程设计说明书,论文， 5231.34t合计 +356229千卡 5231.34t平衡:701642=+356229 345413 t,,665231.34 ,C?热铜液出换热器温度为66。 (3)加热器与再生器热量衡算 入热:1.铜液带入热 349588千卡 643.1x2.蒸汽带入热 千卡 3.吹入空气带入热略去不计 1.7854.氧化反应热 千卡 ，83300,663822.4 643.1x合计 +356226千卡 出热:1.铜液带出热 6883.34×0.76×78=408044千卡 2.干气带出热 9038千卡 3.水蒸汽带出热 72722千卡 53.19 4.气体脱吸热 千卡 Q,，12600,29919CO22.4 14.07 千卡 Q,，16750,10521CO222.4 273.9 千卡 Q,，8430,103078NH322.4 合计 143519千卡 90x5.冷凝液带出热 千卡 16.08x6.热损失取为入热的2.5% +8905千卡 106.08x合计 +642228千卡 643.1x平衡: +356226=106.08+642228 =532.6 x 2公斤厘米? 每吨氨耗用1.5(绝)蒸汽量为532.6公斤 当不开铜液换热器时加热器的热量计算 入热:1.铜液带入热 293598千卡 643.1x 2.蒸汽带入热 千卡 3.氧化反应热 6638千卡 643.1x 合计 +300236千卡 13 南京工程学院课程设计说明书,论文， 出热:1.铜液带出热 408044千卡 2.干气带出热 9038千卡 3.水蒸汽带出热 72722千卡 4.气体脱吸热 143519千卡 90x5.冷凝液带出热 千卡 16.08x6.热损失取为入热的2.5% +7505千卡 106.08x+640828千卡 合计 643.1x106.08x平衡: +300236= +640828 =634.2 x ? 当不开用换热器时每吨氨耗蒸汽634.2公斤，即使用换热器每吨氨可节 省蒸汽101.6公斤。 (4)水冷器热量衡算 入热:1.铜液带入热 345413千卡 30，1000，W2.冷却水带入热 千卡 8.143.气氨溶解热 千卡 ，8430,403617 30000W合计 349449+千卡 出热:1.铜液带出热 6897.04×0.76×36=188703千卡 30000W2.冷却水带出热 34×千卡 (冷却水的蒸发略去不计) 3.热损失略去不计 34000W合计 188703+ 千卡 30000W34000W平衡:340449+=188703+ W =40.2 ? 冷却水耗量为每吨氨40.2吨 当不开铜液换热器时水冷器的热量计算 入热:1.铜液带入热 408044千卡 30000W2.冷却水带入热 千卡 3.气氨溶解热 4036千卡 30000W合计 412080+千卡 14 南京工程学院课程设计说明书,论文， 出热:同前 30000W34000W平衡:412080+= 188703+ W=55.8 ? 当不开换热器时冷却水耗量为每吨氨55.8吨 (5)氨冷器热量衡算 入热:1.铜液带入热 188703千卡 133.88x千卡 2.液氨带入热 ,千卡公斤C式中 133.88—30 时液氨的焓， 。 133.88x合计 +188703千卡 出热:1.铜液带出热 6897.04×0.76×9=47175千卡 400.12x2.气氨带出热 千卡 ,C式中 133.88—6 时气氨的焓， 。 3.冷损失取为铜液热量差的3%(因系冷损失故为负值) ，，47175,188703，0.03,,4246 千卡 400.12x合计 +42929千卡 133.88x400.12x平衡:+188703=+42929 145774 x,,547.5266.24 ? 每吨氨需冷冻量145774千卡，耗用液氨547.5公斤 二、设备计算 计算基准:生产能力1.5吨氨/小时 。 (一)铜液洗涤塔 1. 已知条件 (1)进塔气量及成分 3进塔气量=3500×1.5=5250标准米 进塔气体成分: 成分 HCO COONCHAr NH合计 2 2 2 2 4 3 % 71.41 3.33 0.2 0.05 23.79 0.85 0.31 0.06 100 15 南京工程学院课程设计说明书,论文， 进塔气中水汽含量甚微，略去不计。 (2)出塔气量及成分 3出塔气量=3363.77×1.5=5045.66标准米 出塔气体成分: HNCHA2r24成分 % 74.1 24.7 0.88 0.32 (3)操作压力:120大气压 (4)进出塔气体温度:进塔35? ，出塔15? (5)进出塔铜液温度:进塔10?，出塔28? (6)铜液流量:5.84×1.5=8.76 (7)塔型:填料塔，填料规格 钢制鲍尔环乱堆 16 南京工程学院课程设计说明书,论文， 2.泛速的计算 用图11,1,4计算泛速 W,8.76，1176,10301.76公斤小时铜液流量 L 17 南京工程学院课程设计说明书,论文， 3,,1.1755克毫升,1176公斤米,由图8,2,1查得:铜液温度19 C时， L ,,,2.83C由图8,2,2查得:铜液温度19 时，厘泊 L 塔内气体平均体积: 气体的压缩系数=1.025 18 南京工程学院课程设计说明书,论文， 11.025273，253 ，，V,5250，5045.66，，,48米小时2120273塔内气体平均重量: 进塔气体平均分子量=9.317 5250进塔气体重量= 公斤 9.317，,2183.722.4 出塔气体平均分子量=8.667 5045.66出塔气体重量=公斤 8.667，,1952.322.4 2183.7，1952.3塔内气体平均重量 W,,2068公斤小时G2 W20683G气相重度: ,,,,43.08公斤米GV48 于是得横坐标上数据 1122,,,W10301.7643.08,,GL,,,,0.95 ,,,,W,20681176,,GL,, 查图11,1,4得 2,,,,,w0.2GF,,,,0.0225 ,,g,,L, 由常用填料特性表得 ,1,160米, 1000 ,,,0.85031176 0.0225，9.812,w,0.036? F 0.2，，160，0.8503，43.081176，2.83 w,0.19米秒 F 19 南京工程学院课程设计说明书,论文， 3.塔径的计算 实际操作速度取为泛速的70% ,0.19，0.7,0.133, 0 48? D,,0.357米,，3600，0.1334 取塔内径为360毫米 4.填料高度计算 (1)传质系数的计算 因为铜氨液吸收一氧化碳的过程是在大喷淋密度下进行的，化学阻力和液 相阻力可以忽略，因此用气相传质系数求取 填料高度已可以达到足够的准确 度。于是 k''G K,Gpi ? 计算一氧化碳通过惰性气体的动力扩散系数D G 因为CO、CH、Ar、O等气体的浓度很低，一氧化碳通过这些气体的扩散242 可以忽略不计。 由表查得有关气体的分子体积为 V=30.7;V=14.3;V=31.2 COH2N2 CO与H的混合物在273?K、1绝对大气压力下的动力扩散系数可由下式2 计算 32T11D0.00155,，，ai11MM2ai33P(VV)，ai 32(273)112D,0.00155，，,0.1655米/小时 CO,H2112822331(30.7，14.3) CO与H的混合物在273?K、1绝对大气压力下的动力扩散系数也可由上2 式计算 32(273)112D,0.00155，，,0.0474米/小时 CO,N21128282331(30.7，31.2) 20 南京工程学院课程设计说明书,论文， CO于273?K、1绝对大气压下在H2和N2的混合物中的混合物中的动力 扩散系数由下式计算 y,1CO D,COyyN2H2，DDCO,H2CO,N2由进出口气体的组成可知吸收的CO气量不大，因此可按气体的平均组成 来计算。 有关气体的平均体积分数为: 0.7141，0.741y,,0.7276H22 0.2379，0.247y,,0.2425N22 0.0333，0y,,0.01665CO2 1,0.016652? D,,0.1034米/小时CO0.72760.2425，0.16550.0474 283CO在标准状态下的重度 ,,1.25公斤/标准米22.4 气体平均温度=273+25=298K T298 D,,,D,1.25，0.1034,0.135公斤/米,小时GCOCO273273 ? 气相传质系数计算 气相传质系数由下式计算 D0.80.33G k,0.11ReSc,Gmd1Re的计算: m 20682 G,,20316.8公斤/米,小时,2，0.364 11 d,,,0.00478米za209 用虚临界常数法计算得 ,,0.047公斤/米,小时 ,Gd20316.8，0.00478z Re,,,2066m,0.047 21 南京工程学院课程设计说明书,论文， Sc的计算: 9.317，8.667气体的平均分子量 ,,8.992 M28CO m,,,3.11M8.99G m3.11，0.047, Sc,,,1.083D0.135G 0.1350.80.332? k,0.11(2066)(1.0838),,273.73公斤/米,小时G0.025? 总传质系数 p,120,120，0.01665,118大气压 i k273.73G''2? K,,,2.32公斤/米,小时,大气压Gp118i ? 吸收一氧化碳量计算 5250，0.0333，28 ,218.53公斤22.4 ? 吸收推动力计算 一氧化碳的浓度很低，其溶解基本符合亨利定律，平衡线可认为是直线， 出口气体中一氧化碳含量设为10ppm，则吸收推动力为 ，，1200.0333,0.00001 ,P,,0.4925大气压m3.332.303lg0.001 ? 填料面积计算 218.532 A,,205.4米2.16，0.4925 ? 填料高度计算 205.4 H,,9.66米,2209，，0.364 取备用系数为20% 实填高度,9.66×1.2=11.6米 22 南京工程学院课程设计说明书,论文， (二)铜液再生塔 1.回流塔 (1)塔径的计算 回流塔最大气体流量为无氨干再生气与再生器蒸发的氨和水蒸气的流量之和。 由物料衡算可知，每吨氨的最大气体量, 3(161.205,5.44,14.4)+273.9+143.53,558.8标准米 3生产1.5吨氨之最大气体量,558.8×1.5,838.2标准米/小时 7064.39，7301.34塔内铜液平均流量 W,，1.5,10774公斤/小时L2 28，53塔内铜液平均温度,,40.5? 2 进塔铜液与再生气间的温差,32,28,4? 出塔铜液与进塔气的温度差,78,53,25? 25，4平均温度差,,14. 5? 2 塔内气体平均温度,40. 5+14. 5,55? 混合气体的平均分子量通过计算得M,20.05 838.2? 气体流量 W,，20.05,750.26公斤/小时G22.4 1.0332273，553气体体积 V,838.2，，,992.7米/小时G1.0482273 2式中 1.0482―塔内平均压力，公斤/厘米。 750.263 气体重度,,,0.7558公斤/米G992.7 3,1.163克/毫升,1164公斤/米,由图8-2-1查得铜液温度40. 5?时， L ,,1.56厘泊L由图8-2-2查得，铜液温度40. 5?时， 用下式计算泛速 11428,，，,,,,,,aW,,p0.2GLG,,,,, log,,0.022,1.75,,,,L2,,,,g,,W,,,,,LGL,,,,，， a,选用25×25×0.8钢制拉西环，由常用填料特性表查得 ,290, 将以上各数据带入上式得 23 南京工程学院课程设计说明书,论文， 11428，，,0.7558107740.7558,,,,0.2Flog，290，，1.56,0.022,1.75 ,,,,,,g1163750.261163,,,,，， ,,1.476米/秒 F 取操作速度为泛速的60% ,1.476，0.6,0.8856米/秒, 0 取备用系数为15%，则 V1141.6G,,,0.6752米 D,,，3600，，3600，0.8856,044 取塔径为700毫米 (2)填料高度计算 回流塔中的反应比较复杂，传质或传热系数的计算都比较困难，填料面 32积可根据一般生产实际经验按每米铜液需16~20米计算。 32 现取每米需填料面积18米 23 由常用填料特性表查得填料比表面积为220米/米 107743铜液体积 ,,9.26米1163 取备用系数为15% 3,9.26，1.15,10.65米则铜液体积 10.65，18? 填料高度,,2.26米,2220，，(0.7)4 实际取填料高度为2.5米 2.热换器 (1)进出口铜液温度和流量 冷铜液进口温度 53? 冷铜液出口温度 63? 冷铜液重量流量 7301.34×1.5,10952.01公斤/小时 53，63冷铜液平均温度,? ,582 由图8-2-1外推，58?时铜氨液重度为1.152克/毫升 24 南京工程学院课程设计说明书,论文， 10952.013?冷铜液平均体积流量 ,,9.5米/小时1152 冷铜液进口温度 78? 冷铜液出口温度 66? 冷铜液重量流量 6883.34×1.5,10325.01公斤/小时 78，66冷铜液平均温度,,72? 2 (2)壳径与列管数计算 冷铜液走管程，热铜液走壳程 ,换热管选用25×3，正六角形排列，列管中心距取为32毫米 9.5 需要管子数,,233根,23600，(0.019)，0.044 ,,0.8管板充满系数取为 由下式估算管板直径 233n ,1.05,1.05，0.032,0.573米Dt,0.8 取换热器壳内径为0.55米 D,D，(2~3)d,t(n,1)，(2~3)d排管层数由下式估算 000 0.58,2，0.0251得 n,，,8.30.0322 取为9层，由下表查得可排管301根，扣除安排拉杆位置4根后实际可排 25 南京工程学院课程设计说明书,论文， 管297根 (3)传热系数计算 ?管内给热系数计算 10952.012 G,,130059公斤/米,小时,2297，，(0.019)4 由图8-2-2查得，58? 时铜液粘度为1.04厘泊 130059，0.019Gd Re,,,660,1.04，3.6 铜液在管内作层流流动，换热器系垂直安装。给热系数用下式计算 1 3N,,0.128(Gr,Pr) Gr值计算 管壁温度设为是载热体的平均温度 液膜温度 查铜液在61.5?时的物性数据 3 由图8-2-1外推 γ=1.15克/毫升=1150公斤/米由图8-2-2查得 μ=0.95厘泊=3.42公斤/米?小时 缺铜液的β数据，现用水的体积膨胀系数暂代，由附表2-1-1查得 ,4β=5.23×10 l/? 82 g=1.27×10米/小时 26 南京工程学院课程设计说明书,论文， Δt=65,58=7? ? 值计算 缺铜液的导热系数数据，用水的同温度下导热系数的0.9倍暂代。 λ=0.568×0.9=0.51千卡/米?小时?? 27 南京工程学院课程设计说明书,论文， ?管间给热系数计算 管间装圆缺形挡板，挡板间距取400毫米，给热系数用下式计算 当量直径计算 流道基准截面积由下式计算 由下式计算 由下式计算 挡板缺口开在第4层管子处，于是缺口高度为 由下式计算 ? 28 南京工程学院课程设计说明书,论文， 由图8-2-2查得72?时铜液粘度为0.79厘泊 λ值取为同温度水的0.9倍，λ=0.575×0.9=0.5175千卡/米?小时?? 项可以略去不计 因铜液温度变化不大 ?因小氮肥厂气体净化程度较差，铜液中油污等含量较多，污垢热阻取为0.002 (4)平均温度差 (5)热负荷 由物料及热量衡算可知 (6)传热面积和列管高度计算 管内外给热系数相差不大，故传热面积可以用平均管径计算 管高 备用系数取15, 29 南京工程学院课程设计说明书,论文， 2实际取管高2.3米，换热面积40米 3.加热器 (1)生产能力按铜液全部走近路计算(即不经过换热器)，壳径、换热管规格、 数量取与换热器相同。 铜液走管程，蒸汽走壳程。 铜液进口温度53?，出口温度78? 加热蒸汽为0.5公斤/厘米2(表)饱和蒸汽 蒸汽进口温度110.79?，凝水排出温度90? (2)传热系数计算 ?管内给热系数计算 管内铜液平均温度 铜液在管内作层流流动，给热系数用式(12-3-1)计算。 壳程中为蒸汽冷凝，给热系数显著大于管程，管壁温度应接近壳程中载热体温度，故管壁温度估计为95?。 铜液液膜温度 查出78?时铜液的物性数据 30 南京工程学院课程设计说明书,论文， ?管外给热系数计算 蒸汽流量=634.2×1.5=951.3公斤/小时 单位管周边凝液量 ? ? 给热系数用下式计算 管外载热体平均温度 冷凝液膜温度 由表12-3-6数据内插，B=19160 31 南京工程学院课程设计说明书,论文， ?管外蒸汽冷凝，污垢热阻取为0.0001，管内取为0.001. (3)平均温度差 (4)热负荷 由热量计算得 (5)传热面积和列管高度计算 管内给热系数远小于管外给热系数，应以管内径计算传热面积 因热负荷已是最大值，故加热器不再考虑备用系数，加热器取与换热器高 2度相同。在再生器中再安装加热面3米。 4.再生器 (1)铜液在再生塔中停留时间取为18分钟。 (2)铜液体积流量按平均温度下的热铜液计算 式中1147.5——65?时的铜液重度。 (3)铜液在换热器、加热器中的停留时间 换热器、加热器及连接筒的容积计算 32 南京工程学院课程设计说明书,论文， 连接筒直径550毫米，高400毫米 ? 停留时间。 (4)再生器直径取为1500毫米; 筛孔盘直径定为，中心管; 承液盘直径定为，中心管，堰高45毫米。 筛孔盘上存液高度设为10毫米。 每组筛盘上存液体积 筛盘上停留时间取为3分钟，则需筛盘组数为 取5组(每组一块筛孔盘，一块承液盘) 实际停留时间 (5)再生器贮液高度计算 贮液桶中停留时间=18,4.93,3.4=9.67分 贮液桶直径为，中心管 ? 贮液高度 备用系数取为15,，则H=0.553×1.15=0.636米 取贮液高度为1米 33 南京工程学院课程设计说明书,论文， (三)铜液水冷器 1.已知条件 (温度对体积的影响略去不计) (1)铜液流量 (2)铜液进口温度 78?(按不开换热器计) 铜液出口温度 36? (3)冷却水进口温度 30? 冷却水出口温度 34? (4)热负荷按不开换热器计算 2(排管规格选择 选用钢管，管长取为每根直管长5米，铜液在管内流速取为0.3 米/秒 管子排数 = 取8排 3(传热系数计算 (1)管内给热系数计算 铜液平均温度 = 铜液在管内作湍流，给热系数用下式计算 = 34 南京工程学院课程设计说明书,论文， 铜液导热系数取为同温度水的0.9倍 (2)管外给热系数计算 由下式计算 冷却水用量计算: 被蒸发水量用下式计算 因排管设在室外，取为150公斤/ 传热面积设为60，则蒸发面积 ? 由热平衡计算冷却水用量 式中 612.2—34水蒸气焓。 W=74660公斤/小时 35 南京工程学院课程设计说明书,论文， (3)污垢热阻，内外壁都取为0.001 4(平均温度差 5. 传热面积计算 计算冷却水蒸发时假设的传热面积与计算结果基本相符，故计算有效，热负荷已按最大负荷计算，不加备用系数。 6(每排排管的管道列数计算 因管内给热系数较小，用管内径计算传热面积 因弯连接管未计算在内，故实取13列。 (四)铜液氨冷器 1.已知条件 (1)铜液流量 8.76/小时或10345.56公斤/小时 (2)铜液进口温度 36 铜液出口温度 9 (3)液氨温度 30 (4)液氨蒸发温度 -6 (5)热负荷 (188703,47175)×1.5 =212292千卡/小时 2.采用立式沉浸盘管型 盘管选用，管内铜液流速选用0.5米/秒 36 南京工程学院课程设计说明书,论文， 盘管头数 = 选用5根盘管。 中心盘管圈盘直径取为8 d。 米 ? 中心盘管圈盘直径 = 每盘盘管中心间距取为0.16米。 最外圈盘管圈盘直径 = 0.36，0.163 = 0.84 米 壳外内径 = 0.84 + 0.16 = 1 米 3.传热系数计算 (1)管内给热系数计算 铜液平均温度 = 公斤/米小时 铜液在管内属过渡流，给热系数先由式(12-3-8)计算后，再用图12-3-1 的校正系数进行校正。 铜液导热系数取为同温度水的0.9倍 由图12-3-1查得校正系数 ? 37 南京工程学院课程设计说明书,论文， 盘管是弯管应再加弯管校正，弯管校正系数由下式计算 取盘管的平均圈盘直径计算 ? (2)管外给热系数计算 管外为液氨蒸发，给热系数由下式计算 =80 设传热面积为25 (3)污垢系数取为管内0.001，管外0.0005，合计0.0015 4.平均温度差 38 南京工程学院课程设计说明书,论文， 计算管外给热系数时假设传热面积20与计算结果相差不多，可以认为 计算有效。 备用系数取为15% 实取传热面积 二、 水洗脱除二氧化碳系统计算 一、物料衡算 计算基准:1吨氨。 1、已知条件 (考虑水洗流程气体损耗大，变换气 (1) 变换气流量5000标准 单耗亦较走碳化流程大些); (2) 进水洗塔气体成分 成 分 合计 % 28.23 2.4 51.73 16.85 0.58 0.21 100 (3) 出塔气体中含量:1.0%; (4) 水洗压力:水洗塔入口15.0，水洗塔出口 ; (5) 吸收温度; (6) 进水洗塔水中含量:; (7) 水洗饱和度:70% 2、物料衡算 由平衡和总的气体物料平衡可计算得溶于水中的气体量V: 各下标表示: 39 南京工程学院课程设计说明书,论文， 设溶于水中的气体成分为: 惰性气溶于水中的成分 总 惰性混合气在水中的溶解度 溶解于水中的量为 溶解于水中的其他组分的量为 其中 40 南京工程学院课程设计说明书,论文， 出水洗塔的气体量()和成分(%) 合计: 计算水洗塔的用水量 由图5-2-1查得分压为4.23大气压，温度30?时在水中的溶解度为2.65。 进塔水浓度 用水量为 如假设溶解度符合亨利定律，由表5-1-1查得30?时溶解度为 ，则溶解度为 用水量为 误差为 水洗塔出口气体压力为14.5绝对大气压，塔顶达到平衡时溶解于水中的惰性气体分压和气量计算 41 南京工程学院课程设计说明书,论文， 塔顶气体中各组分的分压 溶于水中的惰性气量 合计: 根据生产实际数据，出水洗塔的水中惰性气含量往往比塔顶收到平衡时之值稍高，可能是因水中夹带小量微气泡所致。现计算的塔顶平衡溶解量小于按假设溶于水中气体成分计算得溶解量约6.9%，故原假设的溶解气成分是合适的。 42 南京工程学院课程设计说明书,论文， 二、水洗塔计算 1、 已知条件 ; (1) 生产能力: (2) 气体成分 成分 合计 交换气 51.73 2.4 28.23 16.85 0.58 0.21 100 水洗气 71.2 3.27 1.0 23.49 0.77 0.27 100 (3) 水洗压力:绝对大气压 入口 15 出口14.5 (4) 吸收温度:30? (5) 气液体重度 液体重度 气体重度 式中 19.05----气体平均分子量 (6) 液体表面张力 液体粘度 (7) 进塔气量 式中 5000----变换气单耗，。 (8) 进塔水量 式中 746.7----用水量单耗，。 43 南京工程学院课程设计说明书,论文， 2、 初选塔径 (1) 气体工作截面 查图5-5-1得: 得代入 式中 C——经验常数 操作气速 代入公式得: 44 南京工程学院课程设计说明书,论文， (2) 降液管截面积 式中 0.4----降液管内流速， (3) 全塔截面积 全塔截面积按公式计算得 塔径 取 塔径取整数以后，全塔截面积比原来的计算值增加，气体工作截 面积仍取，降液管面积增至,降液管中的流速降至 。 3、 塔板间距及降液管的其他参数 筛孔直径取6毫米，孔中心距t取14毫米。 自由截面 据 溢流堰长 堰高取35毫米 降液管底部与下一块塔板的距离，按流速计算 板间距参考表5-5-1，取800毫米。 45 南京工程学院课程设计说明书,论文， 4、 校核液泛 计算降液管内液面高度 式中 ——降液管内液面高度，米水柱; ——气体通过每层板地压力降，米水柱; ——外堰高，米水柱; ——液流高度，米水柱; ——液体流出降液管的局部阻力，米水柱。 式中 ——干板压力降，米水柱; 46 南京工程学院课程设计说明书,论文， ——板上液层的阻力，米水柱。 由图11-4-21查得 代入 注:一般设计时，不宜超过60,70毫米，过大时宜采用双流型或 多流型。 47 南京工程学院课程设计说明书,论文， K由图5-5-2查得K=0.78 校核最小板间距() 板间距取800毫米可以。 5、 塔板数的计算 (1) 操作线 进塔气中 出塔气中 进塔水，以分子分率表示 48 南京工程学院课程设计说明书,论文， 出塔水 以分子分率表示为 以;, ，连结点1与点2的直线即为操作线。 (2) 平衡线 绝对大气压 塔操作压力 由图5-2-1查得30?时不同溶解度时的平衡分压,用下式 计算，将液体浓度折算成分子分率单位，即得。 计算得平衡数据列于下表，绘成曲线即平衡曲线见图13-4-1 由作图得出需理论板6.5块，板效率一般在28,32%，取板效率为28%，共需板数为块，取塔板数为23块。 49 南京工程学院课程设计说明书,论文， 图1 筛板水洗塔塔板计算图 第四章 图纸绘制 主流工艺简要流程图、气体净化工艺图、主要设备构型图分别见附图 一、附图二、附图三 50 南京工程学院课程设计说明书,论文， 第五章 设计结论 一、 工艺计算主要参数 表5-1 铜氨液脱除一氧化塔工艺计算所得设备主要参数 项目 结论 铜 塔型 填料塔 液 填料规格 φ25×25×0.6钢管鲍尔环乱堆 洗 0.19 泛速(米/秒) 涤 360 塔径(毫米) 塔 11.6 塔高(米) 塔型 填料塔 填料规格 φ25×25×0.8 回流塔 钢制拉西环 1.476 泛速(米/秒) 700 塔径(毫米) 2.5 塔高(米) 铜 0.55 壳内径(米) 液 换热器 297 列管数(根) 再 2.3 管高(米) 2生 40 换热面积(米) 塔 壳内径(米) 同换热器 加热器 列管数(根) 同换热器 2.03 管高(米) 236 换热面积(米) 1500 内径(毫米) 再生器 1 贮液高(米) 18 停留时间(分钟) 51 南京工程学院课程设计说明书,论文， 排管规格 φ45×3.5铜管 铜液水冷器 8 排管排数 13 排管列数 260.81 传热面积(米) 盘管型号 立式沉浸盘管型φ45×3.5 铜液氨冷气 5 盘管头数(根) 1 壳体内径(米) 229.21 传热面积(米) 表5-2 水洗脱除二氧化碳工艺计算结果 序号 项目 数值 31 水塔用水量(米) 746.7 32 溶于水中惰性气体量(标准米) 174.74 33 出水洗塔气体量(标准米/小时) 3435.1 24 气体工作截面积(米) 1.12 25 降液管截面积(米) 0.867 26 全塔截面积(米) 2.772 7 塔径(米) 1.88 8 板间距(毫米) 700 9 溢流形式 单溢流 10 降液管形式 弓形 11 堰长(米) 1.86 12 堰高(毫米) 35 13 塔板数 23 14 筛孔孔径(毫米) 6 15 孔中心距(毫米) 14 16 降液管液面高度(米) 0.5755 17 降液管底与下一塔板间距(米) 0.16 52 南京工程学院课程设计说明书,论文， 二、 心得体会 通过这两周的课程设计，我学会了综合运用专业知识和相关知识，工程实践能力有所提高;在查阅相关文献、资料收集及研究、工程计算及图纸绘制、设计说明书的撰写等方面的能力得到一定程度的提高，使我们更加理解所学知识，进而为毕业设计打下坚实的基础。 这次课程设计也让我体会到了书本学的东西运用到实际中还是蛮困难的。所学的知识不仅要表面上的看懂，最重要的是要理解并能运用，举一反三。 同时，这次课程设计也让我体会到了团体的力量，同学间的互相帮助，让我们体会到了友情。本次设计虽然结束了，但留给我们的回忆很多很多。 第六章 主要参考文献 ?《大气污染控制工程》，郝吉明、马广大主编，高等教育出版社，2002 ?《大气污染控制工程课程设计指导书》，谭文轶编，南京工程学院，2011.2 ?《化工原理》，钟琴、王娟等编著，国防工业出版社，2001 ?《小氮肥厂工艺设计手册》，化学工业出版社，1979 ?《合成氨工学》，姜圣阶主编，化学工业出版社，1976 53