化工原理课程设计-清水吸收变换气的填料塔装置设计.doc

化工原理课程设计任务书指导老师：张先龙老师设计时间：2011.12.26-2012.1.06一、设计题目：清水吸收变换气的填料塔装置设计二、设计任务及操作条件：1.变换气量1220标准m3/h。变换气组成(体积)为：组分CO2COH2N2进塔气体%27.72.547.522.33.吸收剂采用清水。4.要求出塔净化气中CO2<1%。5.吸收温度：30，连续操作。6.操作压力：2.0MPa。三、设计内容1)流程的确定与论证；2)吸收塔技术指标与操作指标确定，包括：塔径、填料层的高度、填料层的压力降等；3)工艺计算、结构设计；4)辅助设备选型。四、设计成果1.设计说明书一份2.工艺流程图（3#图纸）1张3.填料吸收塔的装配图（1#图纸）1张合肥工业大学化工原理课程设计说明书3目录中文摘要4英文摘要51引言62工艺流程73物料衡算134气液平衡曲线及操作线145最小液气比及吸收剂（水）的用量计算156塔径计算167填料层高度计算198填料层压降计算239辅助设备选型2510设计汇总30结论31谢辞31参考文献32附录33附录1主要符号注释说明33附录2常用数据35心得体会36合肥工业大学化工原理课程设计说明书4清水吸收变换气的填料塔装置设计摘要:本次课程设计我们的任务是设计一个处理变换气量为1220L/h的填料吸收塔，选用的材料是塑料阶梯环。用水吸收CO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。且CO2不作为产品，故采用纯溶剂水作为吸收剂,继而用空气进行解吸使部分水得以循环利用。水吸收二氧化碳为气体单纯溶解于液相的物理吸收过程，因此选择较低的操作温度和较高的操作压力有利于吸收进行。填料塔的经济优化和设备设计是关键部分，通过优化得到的最小液气比为70.128，从而得到塔径、填料层高度及填料层压降.通过对喷淋密度及塔径比的校核,最终确定整塔高为15.625m，填料层高度为12.5m，塔径为0.8m，则完成了主体设备的计算。辅助设备也是填料吸收塔的重要组成组分，综合考虑各个参数，我们选择的液体分布器、液体再分布器、除沫器、裙座及填料支撑装置分别为溢流型盘式分布器，分配锥再分布器，丝网除沫器、圆筒形裙座和栅板支撑结构。关键词：变换气，清水，填料塔，校核合肥工业大学化工原理课程设计说明书5DesignofthepackedtowerincludingconverterofpurewaterabsorptionAbstract:Ourtaskofthiscourseistodesignapackedcolumnwhichcanhandlethereforminggasof1220L/h,andthepackingwechooseisplasticladderringpacking.ItisamoderatelysolubleabsorptionprocesstousepurewatertoabsorbCO2,sowechooseoppositeflowtoimprovethetransferefficiency.AsCO2isnotthedesiredproduct,purewaterisusedasabsorbent,thenthehotairisusedasthedesorptiontoletpartofthewatercycle.PurewateraborbingCO2isaphysicalprocessofgassimpledissolvingfluidphase,soitisadvantageousintheabsorptiontochoosealoweroperatingtemperatureandhigheroperatingpressure.Theeconomicoptimizationandequipmentdesignofthepackedcolumnarethekeyparts,andthesmallestliquid-gasratiois70.128,thenwefigureoutthetowerdiameter,theheightofpackedlayerandthepressurereductionofpackedlayer.Bycheckinginthesprinklingdensityandtheratiooftowerdiameter,theultimateheightofthewholetoweris15.625m,withthepackedlayer12.5m,thetowerdiameter0.8m,sowecompletedthecalculationofthemainequipment.Auxiliaryequipmentisalsoimportantcomponent.Consideringalltheparameters,theliquiddistributor,liquidre-distributor,skirt,anddemisterwechooseareoverflowdiskdistributor,conesidewiperre-distributor,Mo-screen,cylindricalskirtsupportandgridtray.Keywords:reforminggas,purewater,packedcolumn,check合肥工业大学化工原理课程设计说明书61引言化工厂变换气是将煤或天然气或石脑油可重油焦油等其它原料经蒸汽转化成合成气后，进入变换系统，进一步将合成气的中的CO（一氧化碳）经蒸汽转换成CO2（二氧化碳）与H2，转换后气体称为“变换气”，变换气组成，一般天然气为原料为H2：54.5%、CH4：1.91%、CO：2.87%、CO2：12.38%、H2O：28.24%、N2：0.09%，还有其它如未反应完全的C2H6、C3H8、O2等等。变换气进一步将水冷却并排掉，再进一步分离可以得到纯的H2,CO,CO2，下一步的关联产品主要有合成氨，甲醇，氨加工产品有尿素、各种铵盐(如氮肥和复合肥料)、硝酸、乌洛托品、三聚氰胺等。它们都是重要的化工原料。甲醇继续经氧化脱氢加工可得到甲醛，甲醇羰基化制得醋酸，由醋酸甲酯羰基化生产醋酐，还可由甲醇生产低碳烯烃，由甲醇同系化生产乙醇。还可以只提取H2做产品。交换气中的CO2的吸收方法主要分为三类：化学吸收法，物理吸收法和物理化学吸收法。用清水作为吸收剂吸收交换气中的CO2属于单纯的气体溶解于液相的物理吸收法，并且在吸收过程中，近似二氧化碳在交换气中的温度升高并不显著，热效应很小，近似认为是单组分等温吸收过程。填料塔是一种连续接触式的气液传质设备，结构简单，压降低，易用耐腐蚀材料制造，近年来，国内外对填料的研究及开发进展迅速，性能优良的新型填料不断涌现，使填料塔的应用更加广泛，本课程设计中根据烟道气流量及一系列参数设计的填料塔，吸收剂利用率高，对二氧化硫吸收彻底，且处理费用低，使社会经济效益得到进一步提高。合肥工业大学化工原理课程设计说明书72工艺流程2.1吸收工艺流程的确定工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同的角度进行分类，从所用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两部吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程，从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（一）一步吸收流程和两部吸收流程一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）（三）逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显着优点而广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件。本设计采用单塔逆流操作。合肥工业大学化工原理课程设计说明书82.2吸收工艺流程图及工艺过程说明尾气温度计温度计离心泵清水解吸后部分循环塔底取样变换气吸收CO2的流程包括吸收和解吸两大部分。混合气体冷却至20下进入吸收塔底部，水从塔顶淋下，塔内装有填料以扩大气液接触面积。在气体与液体接触的过程中，气体中的CO2溶解于水，使离开吸收塔顶的气体CO2含量降低至允许值，而溶有较多CO2的液体由吸收塔底排出。为了回收CO2并再次利用水，需要将水和CO2分离开，称为溶剂的再生。解吸是溶剂再生的一种方法，含CO2的水溶液经过加热后送入解吸塔，与上升的过热蒸汽接触，CO2从液相中解吸至气相。CO2被解吸后，水溶剂得到再生，经过冷却后再重新作为吸收剂送入吸收塔循环使用。设计填料吸收塔实体主体结构示意图如下：