大氣課程設(shè)計--合成氨工藝尾氣的處理

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書（論 文）</p><p>　　題 目 合成氨工藝尾氣的處理 </p><p>　　課 程 名 稱 大氣污染控制工程課程設(shè)計 </p><p>　　院（系、部、中心） 環(huán)境工程 </p><p>　　專 業(yè) 環(huán)境工程

2、 </p><p>　　班 級 環(huán)境081 </p><p>　　設(shè)計起止時間：2011 年 06月20日至 2011 年 06月30日</p><p>　　大氣污染控制工程課程設(shè)計</p><p><b>　　目 錄</b></p>&

3、lt;p>　　第一章 緒 言2</p><p>　　第一節(jié) 廢氣來源2</p><p>　　第二節(jié) 去除方法2</p><p>　　一、CO的去除方法2</p><p>　　二、CO2的去除方法2</p><p>　　第二章 本次課程設(shè)計所采取工藝的特點3</p>&l

4、t;p>　　第一節(jié) 原始參數(shù)3</p><p>　　第二節(jié) 工藝方案的選擇3</p><p>　　一、CO脫除工藝3</p><p>　　二、CO2脫除工藝3</p><p>　　第三章 基本計算書4</p><p>　　一、銅氨液脫除一氧化碳系統(tǒng)計算4</p><p&

5、gt;　　二、水洗脫除二氧化碳系統(tǒng)計算39</p><p>　　第四章 圖紙繪制50</p><p>　　第五章 設(shè)計結(jié)論51</p><p>　　一、工藝計算主要參數(shù)51</p><p>　　二、心得體會53</p><p>　　第六章 主要參考文獻53</p><p>

6、;　　第一章 緒 言</p><p><b>　　第一節(jié) 廢氣來源</b></p><p>　　在合成氨工藝中，我國主要采用固體、液體或氣體原料，所制成的合成氨原料氣中都含有一氧化碳、二氧化碳。對于小氮肥廠大多數(shù)以塊煤為原料，其中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為12%~40%，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為18%~40%，故主要廢氣來源為原料塊煤。</p><

7、p>　　一氧化碳和二氧化碳都不是合成氨的直接原料，而且對氨的合成有不利影響。當(dāng)溫度達到300左右時，在鐵催化劑存在的條件下，一氧化碳能和氫氣反應(yīng)生成甲烷和水，造成惰性氣體增加，對合成反應(yīng)不利。其中水還會使合成催化劑中毒。二氧化碳的存在會使氨合成催化劑中毒，同時還會給清除少量一氧化碳的過程帶來困難。例如，采用銅氨液洗滌法，當(dāng)原料氣體中二氧化碳的含量超過一定限量時，它就會在銅洗系統(tǒng)與銅氨液中的氨作用而生成碳酸銨鹽的結(jié)晶，從而堵塞設(shè)備和

8、管道。</p><p>　　因此，在送往合成工序之前必須將一氧化碳、二氧化碳脫除。</p><p><b>　　第二節(jié) 去除方法</b></p><p><b>　　CO的去除方法</b></p><p>　　一氧化碳的脫除主要分為兩步：首先利用一氧化碳和水蒸汽作用生成二氧化碳和氫氣，將大部分一氧

9、化碳除去；然后殘余的一氧化碳再通過銅氨液洗滌法清除。</p><p><b>　　CO2的去除方法</b></p><p>　　二氧化碳的去除主要也分為兩步：先用水洗法吸收原料氣的大部分的二氧化碳，然后原料氣中尚殘留的少量二氧化碳在銅氨液清除少量一氧化碳后再用茍性鈉或氨水脫除。</p><p>　　第二章 本次課程設(shè)計所采取工藝的特點<

10、/p><p><b>　　第一節(jié) 原始參數(shù)</b></p><p>　　因所需原始數(shù)據(jù)及相關(guān)資料較多，具體原始參數(shù)詳見第三章設(shè)計計算書部分。</p><p>　　第二節(jié) 工藝方案的選擇</p><p><b>　　CO脫除工藝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計選擇銅氨

11、液洗滌法。該法是目前在合成氨廠廣泛采用的一種方法。銅氨液洗滌法是利用亞銅鹽的氨溶液在加壓下洗滌原料氣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。在常壓和低壓下，加熱至50~80，使不穩(wěn)定的配合物中的一氧化碳解吸，從而達到溶液的再生。再生的銅氨液循環(huán)使用，再生時釋放的一氧化碳可作為再生氣回收。銅氨液洗滌法工藝成熟、操作彈性大，在中小型合成氨廠占據(jù)主導(dǎo)地位。銅氨液洗滌法適用于中溫變換后一氧化碳含量相對較高的

12、轉(zhuǎn)化氣。</p><p>　　銅氨液洗滌法最大的缺陷在于環(huán)境污染嚴(yán)重。一般中型氮肥廠每小時約產(chǎn)生10t廢水，廢水除含有氨外，還含有。此外，生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的銅液跑冒滴漏和銅液滲漏，不利于企業(yè)環(huán)保工作的提高。另外，銅氨液洗滌法消耗高，主要表現(xiàn)在運行、維修、操作費用高、物料消耗大。銅液在凈化過程吸收了(+)，同時也溶解了，即使設(shè)置了再生回收，仍然存在著氣體的損失，且精制度較低。</p><p

13、><b>　　CO2脫除工藝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計采用水洗法脫除CO2。，即采用加壓水洗的方法脫除CO2，經(jīng)減壓將水再生。水洗法應(yīng)用最早，具有流程簡單、運行可靠、溶劑水廉價易得等優(yōu)點，但其設(shè)備龐大、電耗高、產(chǎn)品純度低，而且會造成污染，所以目前已很少使用。目前國外常采用的物理吸收法主要有低溫甲醇洗法、碳酸丙烯酯法及聚乙二醇二甲醚法。本次課程設(shè)計重在理解基本過程和原理，

14、故采用水洗法無妨。</p><p>　　第三章 基本計算書</p><p>　　銅氨液脫除一氧化碳系統(tǒng)計算</p><p><b>　　一、物料及熱量衡算</b></p><p><b>　　計算基準(zhǔn)：1噸氨</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┿~洗部分&

15、lt;/b></p><p><b>　　1、已知條件</b></p><p>　?。?）干原料氣的組成及數(shù)量：</p><p>　　（2）銅洗塔進氣溫度 35℃</p><p>　?。?）銅液組成 見下表中Ⅰ組成</p><p>　?。?）銅液進塔溫度

16、 10℃</p><p>　?。?）平均操作壓力 120大氣壓</p><p><b>　　2、物料衡算</b></p><p><b>　?。?）銅液用量計算</b></p><p>　　設(shè)銅液進塔溫度為28℃（此值需尚待以后驗證是否正確），由圖8-3-1查得Ι組成銅液在28℃時吸收系

17、數(shù)α=0.415，進塔氣體中一氧化碳分壓＝0.0333×120＝3.996，大氣壓由下式得</p><p>　　式中 2.04——Ι組成銅液中一價銅離子得濃度，克離子/升</p><p>　　取一氧化碳吸收量達到平衡時的70%（包括氣體中氧氣消耗一價銅離子的因素在內(nèi)），每米3銅液的吸收量為</p><p><b>　　于是可得銅液用量為<

18、/b></p><p>　　（2）溶解氣體量及出塔氣體量計算</p><p>　　設(shè)CO、CO2、O2、NH3全部為銅液吸收，出塔氣中所含微量略去不計。</p><p>　　因缺乏H2、N2、CH4、Ar在銅液中溶解度的數(shù)據(jù)，現(xiàn)假設(shè)其溶解情況與在水中相同。H2、N2等的分壓為</p><p>　　由表5-1-1差得各氣體在28℃時在水中

19、的吸收系數(shù)為</p><p>　　各氣體的溶解量分別為</p><p>　　從進塔氣速中扣除被吸收氣體量，水汽含量甚微克忽略不計，于是得出塔氣體量為：</p><p><b>　　3、熱量衡算</b></p><p><b>　?。?）氣體給出熱</b></p><p>　　

20、設(shè)氣體出塔溫度為15℃</p><p>　　塔內(nèi)氣體平均溫度= </p><p>　　假設(shè)氣體是冷卻到15℃再吸收。根據(jù)附錄所載高壓下混合氣熱熔計算法和熱熔數(shù)據(jù)，計算的25℃時氣體的真實分子熱熔為9.92千卡/公斤分子.℃</p><p><b>　?。?）吸收熱</b></p><p>　　因缺乏氨在銅液中的溶解熱數(shù)據(jù)

21、，現(xiàn)取用在水中的熔解熱數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）出塔銅液溫度計算</p><p>　　由圖8-2-1查得10℃時Ι組成銅密度為1.181克/毫克</p><p>　　式中 0.76——Ι組成銅液比熱。</p><p><b>　　銅液出塔溫度</b></p><p>　　計算得銅液出塔溫

22、度與物料計算中假設(shè)的混度相同，故前面的計算皆為有效。</p><p><b>　?。ǘ┰偕糠?lt;/b></p><p><b>　　1、已知條件</b></p><p>　?。?）再生流程及溫度分布</p><p><b>　　2、物料衡算</b></p>&l

23、t;p><b>　?。?）再生氣量計算</b></p><p><b>　　吹空氣量為</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p><b>　　再生氣量為<

24、/b></p><p><b>　　CH4 </b></p><p><b>　　Ar </b></p><p>　　28℃時銅液上方的氨與水蒸汽分壓分別由下式計算：</p><p><b>　　計算得 </b></p><p>

25、;　　于是可分別計算出當(dāng)吸收達到平衡時氣相中的氨與水蒸汽含量</p><p>　　取吸收效率為80%，則</p><p>　　每生產(chǎn)1噸氨需向銅液補充氨量為</p><p><b>　　需補充水量為</b></p><p>　　（2）回流塔中吸收氨與水蒸汽量的計算</p><p>　?、倩亓魉形?/p>

26、收氨與水蒸汽量的計算</p><p>　　再生器中銅液溫度 78℃</p><p>　　78℃時銅液上方氨與水蒸汽的分壓分別由下式計算：</p><p>　　計算得 </p><p>　　∴ </p><p>　　∴ </p&g

27、t;<p>　　再生器壓力為100毫米水柱，回流塔阻力取為100毫米水柱</p><p>　　∴ 進回流塔氣體壓力=200毫米水柱</p><p>　　設(shè)銅液中吸收的一氧化碳由50%在回流塔中解吸</p><p>　　在再生器中銅液中一氧化碳被股入的空氣所氧化，出再生器的一氧化碳量為</p><p>　　再生氣中水蒸汽含量=5

28、.44標(biāo)準(zhǔn)米3=4.37公斤</p><p>　　回流塔中吸收水蒸汽量=115.34－4.37=110.97公斤</p><p>　?、谶M出回流塔銅液量的計算</p><p>　　進塔銅液量應(yīng)為進銅塔銅液量加上銅液在銅塔中所吸收的氣體重量。</p><p><b>　　∴ </b></p><p&

29、gt;　　出塔銅液量=進塔銅液量+（吸收的氨氣量+水蒸汽量）－脫吸的一氧化碳量</p><p><b>　　∴ 出塔銅液量=</b></p><p>　　（3）再生器（包括加熱器）物料計算</p><p>　　進器銅液量=出回流塔銅液量=7301.34公斤</p><p>　　出器銅液量=進銅塔銅液量－補充氨量－補充水

30、量</p><p><b>　　= </b></p><p>　　吹入空氣量=8.5標(biāo)準(zhǔn)米3=10.98公斤</p><p>　　脫吸氣體量=無氨干再生氣－回流塔脫吸CO +脫吸NH3 +脫吸水</p><p><b>　　無氨干再生氣= </b></p><p>　　∴

31、脫吸氣體量=176.74－70.96+207.87+115.34=428.98公斤</p><p>　　總計進入物料=7301.34+10.98=7312.32公斤</p><p>　　總計出塔物料=6883.34+428.98=7312.32公斤</p><p><b>　　3.熱量衡算</b></p><p>　?。?/p>

32、1）回流塔熱量衡算</p><p>　　蒸汽保溫夾套對熱量的影響略去不計</p><p>　　入熱：1.銅液帶入熱 7064.39×0.76×28=150330千卡</p><p>　　2.干氣體帶入熱 13.96×8.3×78=9038千卡</p><p>　　式中 13.96—干氣公斤分子數(shù)量；&

33、lt;/p><p>　　8.3—干氣體0→78 平均分子熱容， 。</p><p>　　3.水蒸汽帶入熱115.34×630.5=72722千卡</p><p>　　4.氨溶解熱 千卡</p><p>　　合計 329749千卡</p><p>　　出熱：1.銅液帶出熱 千卡</p><

34、;p>　　2.干再生氣帶出熱 6.0467×7.04×32=1382千卡</p><p>　　式中 6.0467—干再生氣量，公斤分子；</p><p>　　7.14—干再生氣0→32 平均分子熱容， 。</p><p>　　3.水蒸汽帶出熱 4.73×611.3=2891千卡</p><p>　　4

35、.一氧化碳解吸熱 2.53×12600=31878千卡</p><p>　　合計 +36151千卡</p><p>　　平衡：329749= +36151</p><p>　　∴ 銅液出回流塔溫度為53。</p><p>　?。?）換熱器熱量衡算</p><p>　　冷銅液進換熱器后部分氣體脫吸，現(xiàn)為

36、計算方便假設(shè)為無脫吸產(chǎn)生</p><p>　　入熱：1.冷銅液帶入熱 293598千卡</p><p>　　2.熱銅液帶入熱 6883.34×0.76×78=408044千卡</p><p>　　合計 701642千卡</p><p>　　出熱：冷銅液在換熱器中溫升取為10 ，故冷銅液出口溫度為63 </p&g

37、t;<p>　　1.冷銅液帶出熱 7301.34×0.76×63=349588千卡</p><p>　　2.熱銅液帶出熱 千卡</p><p>　　3.熱損失取為入熱的1% 7016千卡</p><p>　　合計 +356229千卡</p><p>　　平衡：701642=+356229<

38、/p><p>　　∴熱銅液出換熱器溫度為66。</p><p>　?。?）加熱器與再生器熱量衡算</p><p>　　入熱：1.銅液帶入熱 349588千卡</p><p>　　2.蒸汽帶入熱 千卡</p><p>　　3.吹入空氣帶入熱略去不計</p><p>　　4.氧化反應(yīng)熱 千卡<

39、;/p><p>　　合計 +356226千卡</p><p>　　出熱：1.銅液帶出熱 6883.34×0.76×78=408044千卡</p><p>　　2.干氣帶出熱 9038千卡</p><p>　　3.水蒸汽帶出熱 72722千卡</p><p>　　4.氣體脫吸熱 千卡</

40、p><p><b>　　千卡</b></p><p><b>　　千卡</b></p><p>　　合計 143519千卡</p><p>　　5.冷凝液帶出熱 千卡</p><p>　　6.熱損失取為入熱的2.5% +8905千卡</p><p>

41、　　合計 +642228千卡</p><p>　　平衡： +356226=106.08+642228</p><p><b>　　=532.6</b></p><p>　　∴ 每噸氨耗用1.5（絕）蒸汽量為532.6公斤</p><p>　　當(dāng)不開銅液換熱器時加熱器的熱量計算</p><p>

42、;　　入熱：1.銅液帶入熱 293598千卡</p><p>　　2.蒸汽帶入熱 千卡</p><p>　　3.氧化反應(yīng)熱 6638千卡</p><p>　　合計 +300236千卡</p><p>　　出熱：1.銅液帶出熱 408044千卡</p><p>　　2.干氣帶出熱 9038千卡</p&

43、gt;<p>　　3.水蒸汽帶出熱 72722千卡</p><p>　　4.氣體脫吸熱 143519千卡</p><p>　　5.冷凝液帶出熱 千卡</p><p>　　6.熱損失取為入熱的2.5% +7505千卡</p><p>　　合計 +640828千卡</p><p>　　平衡： +

44、300236= +640828</p><p><b>　　=634.2</b></p><p>　　∴ 當(dāng)不開用換熱器時每噸氨耗蒸汽634.2公斤，即使用換熱器每噸氨可節(jié)省蒸汽101.6公斤。</p><p>　　(4)水冷器熱量衡算</p><p>　　入熱：1.銅液帶入熱 345413千卡</p>

45、<p>　　2.冷卻水帶入熱 千卡</p><p>　　3.氣氨溶解熱 千卡</p><p>　　合計 349449+千卡</p><p>　　出熱：1.銅液帶出熱 6897.04×0.76×36=188703千卡</p><p>　　2.冷卻水帶出熱 34×千卡</p>&l

46、t;p>　　（冷卻水的蒸發(fā)略去不計）</p><p><b>　　3.熱損失略去不計</b></p><p>　　合計 188703+ 千卡</p><p>　　平衡：340449+=188703+</p><p><b>　　=40.2</b></p><p>　　

47、∴ 冷卻水耗量為每噸氨40.2噸</p><p>　　當(dāng)不開銅液換熱器時水冷器的熱量計算</p><p>　　入熱：1.銅液帶入熱 408044千卡</p><p>　　2.冷卻水帶入熱 千卡</p><p>　　3.氣氨溶解熱 4036千卡</p><p>　　合計 412080+千卡</p>

48、<p><b>　　出熱：同前 </b></p><p>　　平衡：412080+= 188703+</p><p><b>　　=55.8</b></p><p>　　∴ 當(dāng)不開換熱器時冷卻水耗量為每噸氨55.8噸</p><p>　　(5)氨冷器熱量衡算</p><

49、;p>　　入熱：1.銅液帶入熱 188703千卡</p><p>　　2.液氨帶入熱 千卡</p><p>　　式中 133.88—30 時液氨的焓， 。</p><p>　　合計 +188703千卡</p><p>　　出熱：1.銅液帶出熱 6897.04×0.76×9=47175千卡</p>

50、<p>　　2.氣氨帶出熱 千卡</p><p>　　式中 133.88—6 時氣氨的焓， 。</p><p>　　3.冷損失取為銅液熱量差的3%（因系冷損失故為負(fù)值）</p><p><b>　　千卡</b></p><p>　　合計 +42929千卡</p><p>　　平衡

51、：+188703=+42929</p><p>　　∴ 每噸氨需冷凍量145774千卡，耗用液氨547.5公斤</p><p><b>　　二、設(shè)備計算</b></p><p>　　計算基準(zhǔn)：生產(chǎn)能力1.5噸氨/小時 。</p><p><b>　　（一）銅液洗滌塔</b></p>

52、<p><b>　　1.已知條件</b></p><p>　　（1）進塔氣量及成分</p><p>　　進塔氣量=3500×1.5=5250標(biāo)準(zhǔn)米3</p><p><b>　　進塔氣體成分：</b></p><p>　　進塔氣中水汽含量甚微，略去不計。</p>

53、<p>　　（2）出塔氣量及成分</p><p>　　出塔氣量=3363.77×1.5=5045.66標(biāo)準(zhǔn)米3</p><p><b>　　出塔氣體成分：</b></p><p>　?。?）操作壓力：120大氣壓</p><p>　　（4）進出塔氣體溫度：進塔35℃ ，出塔15℃</p>

54、<p>　　（5）進出塔銅液溫度：進塔10℃，出塔28℃</p><p>　?。?）銅液流量：5.84×1.5=8.76</p><p>　?。?）塔型：填料塔，填料規(guī)格 鋼制鮑爾環(huán)亂堆</p><p><b>　　2.泛速的計算</b></p><p>　　用圖11－1－4計算泛速</p&g

55、t;<p><b>　　銅液流量 </b></p><p>　　由圖8－2－1查得：銅液溫度19 時，</p><p>　　由圖8－2－2查得：銅液溫度19 時，厘泊</p><p><b>　　塔內(nèi)氣體平均體積：</b></p><p>　　氣體的壓縮系數(shù)=1.025</p&g

56、t;<p><b>　　塔內(nèi)氣體平均重量：</b></p><p>　　進塔氣體平均分子量=9.317</p><p>　　進塔氣體重量= 公斤</p><p>　　出塔氣體平均分子量=8.667</p><p><b>　　出塔氣體重量=公斤</b></p><p

57、><b>　　塔內(nèi)氣體平均重量 </b></p><p><b>　　氣相重度： </b></p><p><b>　　于是得橫坐標(biāo)上數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　查圖11－1－4得</b></p><p>　　由常用填料特性表得 <

58、;/p><p>　　∴ </p><p><b>　　塔徑的計算</b></p><p>　　實際操作速度取為泛速的70%</p><p>　　∴ </p><p>　　取塔內(nèi)徑為360毫米</p><p><b

59、>　　填料高度計算</b></p><p>　?。?）傳質(zhì)系數(shù)的計算</p><p>　　因為銅氨液吸收一氧化碳的過程是在大噴淋密度下進行的，化學(xué)阻力和液相阻力可以忽略，因此用氣相傳質(zhì)系數(shù)求取 填料高度已可以達到足夠的準(zhǔn)確度。于是</p><p>　　計算一氧化碳通過惰性氣體的動力擴散系數(shù)DG</p><p>　　因為CO2

60、、CH4、Ar、O2等氣體的濃度很低，一氧化碳通過這些氣體的擴散可以忽略不計。</p><p>　　由表查得有關(guān)氣體的分子體積為</p><p>　　VCO=30.7；VH2=14.3；VN2=31.2</p><p>　　CO與H2的混合物在273°K、1絕對大氣壓力下的動力擴散系數(shù)可由下式計算</p><p>　　CO與H2的混

61、合物在273°K、1絕對大氣壓力下的動力擴散系數(shù)也可由上式計算</p><p>　　CO于273°K、1絕對大氣壓下在H2和N2的混合物中的混合物中的動力擴散系數(shù)由下式計算</p><p>　　由進出口氣體的組成可知吸收的CO氣量不大，因此可按氣體的平均組成來計算。</p><p>　　有關(guān)氣體的平均體積分?jǐn)?shù)為：</p><p

62、>　　∴ </p><p>　　CO在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的重度</p><p>　　氣體平均溫度=273+25=298K </p><p><b>　　氣相傳質(zhì)系數(shù)計算</b></p><p>　　氣相傳質(zhì)系數(shù)由下式計算</p><p><b>　　Re

63、m的計算：</b></p><p>　　用虛臨界常數(shù)法計算得</p><p><b>　　Sc的計算：</b></p><p><b>　　氣體的平均分子量</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p><

64、;b>　　總傳質(zhì)系數(shù)</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　吸收一氧化碳量計算</b></p><p><b>　　吸收推動力計算</b></p><p>　　一氧化碳的濃度很低，其溶解基本符合亨利定律，平衡線

65、可認(rèn)為是直線，出口氣體中一氧化碳含量設(shè)為10ppm，則吸收推動力為</p><p><b>　　填料面積計算</b></p><p><b>　　填料高度計算</b></p><p><b>　　取備用系數(shù)為20%</b></p><p>　　實填高度＝9.66×1.

66、2=11.6米</p><p><b>　?。ǘ┿~液再生塔</b></p><p><b>　　1.回流塔</b></p><p><b>　　（1）塔徑的計算</b></p><p>　　回流塔最大氣體流量為無氨干再生氣與再生器蒸發(fā)的氨和水蒸氣的流量之和。</p>

67、;<p>　　由物料衡算可知，每噸氨的最大氣體量＝</p><p>　　（161.205－5.44－14.4）+273.9+143.53＝558.8標(biāo)準(zhǔn)米3</p><p>　　生產(chǎn)1.5噸氨之最大氣體量＝558.8×1.5＝838.2標(biāo)準(zhǔn)米3/小時</p><p><b>　　塔內(nèi)銅液平均流量</b></p>

68、;<p>　　塔內(nèi)銅液平均溫度＝＝40.5℃</p><p>　　進塔銅液與再生氣間的溫差＝32－28＝4℃</p><p>　　出塔銅液與進塔氣的溫度差＝78－53＝25℃</p><p>　　平均溫度差＝＝14. 5℃</p><p>　　塔內(nèi)氣體平均溫度＝40. 5+14. 5＝55℃</p><p&g

69、t;　　混合氣體的平均分子量通過計算得M＝20.05</p><p><b>　　∴ 氣體流量</b></p><p><b>　　氣體體積</b></p><p>　　式中 1.0482―塔內(nèi)平均壓力，公斤/厘米2。</p><p>　　由圖8-2-1查得銅液溫度40. 5℃時，</p

70、><p>　　由圖8-2-2查得，銅液溫度40. 5℃時，</p><p><b>　　用下式計算泛速</b></p><p>　　選用25×25×0.8鋼制拉西環(huán)，由常用填料特性表查得</p><p>　　將以上各數(shù)據(jù)帶入上式得</p><p>　　取操作速度為泛速的60% &l

71、t;/p><p>　　取備用系數(shù)為15%，則 </p><p><b>　　取塔徑為700毫米</b></p><p><b>　?。?）填料高度計算</b></p><p>　　回流塔中的反應(yīng)比較復(fù)雜，傳質(zhì)或傳熱系數(shù)的計算都比較困難，填料面積可根據(jù)一般生產(chǎn)實際經(jīng)驗按每米3銅液需16~20米2計算。&l

72、t;/p><p>　　現(xiàn)取每米3需填料面積18米2</p><p>　　由常用填料特性表查得填料比表面積為220米2/米3</p><p><b>　　銅液體積</b></p><p><b>　　取備用系數(shù)為15%</b></p><p><b>　　則銅液體積<

73、;/b></p><p>　　∴ </p><p>　　實際取填料高度為2.5米</p><p><b>　　熱換器</b></p><p>　?。?）進出口銅液溫度和流量</p><p>　　冷銅液進口溫度 53℃</p><p>　　冷

74、銅液出口溫度 63℃</p><p>　　冷銅液重量流量 7301.34×1.5＝10952.01公斤/小時</p><p>　　冷銅液平均溫度＝℃ </p><p>　　由圖8-2-1外推，58℃時銅氨液重度為1.152克/毫升</p><p>　　∴冷銅液平均體積流量</p><p>　　冷銅液進

75、口溫度 78℃</p><p>　　冷銅液出口溫度 66℃</p><p>　　冷銅液重量流量 6883.34×1.5＝10325.01公斤/小時</p><p>　　冷銅液平均溫度＝＝72℃</p><p>　?。?）殼徑與列管數(shù)計算</p><p>　　冷銅液走管程，熱銅液走殼程</p&

76、gt;<p>　　換熱管選用25×3，正六角形排列，列管中心距取為32毫米</p><p><b>　　需要管子數(shù)＝</b></p><p><b>　　管板充滿系數(shù)取為</b></p><p><b>　　由下式估算管板直徑</b></p><p>　

77、　取換熱器殼內(nèi)徑為0.55米</p><p>　　排管層數(shù)由下式估算 </p><p>　　得 </p><p>　　取為9層，由下表查得可排管301根，扣除安排拉桿位置4根后實際可排 管297根</p><p><b>　?。?）傳熱系數(shù)計算</b></p><p

78、><b>　　①管內(nèi)給熱系數(shù)計算</b></p><p>　　由圖8-2-2查得，58℃ 時銅液粘度為1.04厘泊</p><p>　　銅液在管內(nèi)作層流流動，換熱器系垂直安裝。給熱系數(shù)用下式計算</p><p><b>　　Gr值計算</b></p><p>　　管壁溫度設(shè)為是載熱體的平均溫度

79、</p><p><b>　　液膜溫度</b></p><p>　　查銅液在61.5℃時的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　由圖8-2-1外推 γ=1.15克/毫升=1150公斤/米3</p><p>　　由圖8-2-2查得 μ=0.95厘泊=3.42公斤/米·小時</p><p>　　缺銅

80、液的β數(shù)據(jù)，現(xiàn)用水的體積膨脹系數(shù)暫代，由附表2-1-1查得</p><p>　　β=5.23×10－4 l/℃</p><p>　　g=1.27×108米/小時2</p><p>　　Δt=65－58=7℃</p><p><b>　　∴</b></p><p><b&

81、gt;　　值計算</b></p><p>　　缺銅液的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)，用水的同溫度下導(dǎo)熱系數(shù)的0.9倍暫代。</p><p>　　λ=0.568×0.9=0.51千卡/米·小時·℃</p><p><b>　　②管間給熱系數(shù)計算</b></p><p>　　管間裝圓缺形擋板，擋板間

82、距取400毫米，給熱系數(shù)用下式計算</p><p><b>　　當(dāng)量直徑計算</b></p><p>　　流道基準(zhǔn)截面積由下式計算</p><p><b>　　由下式計算</b></p><p><b>　　由下式計算</b></p><p>　　擋板缺

83、口開在第4層管子處，于是缺口高度為</p><p><b>　　由下式計算</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　由圖8-2-2查得72℃時銅液粘度為0.79厘泊</p><p>　　λ值取為同溫度水的0.9倍，λ=0.575×0.9=0.5175千卡

84、/米·小時·℃</p><p>　　因銅液溫度變化不大 項可以略去不計</p><p>　?、垡蛐〉蕪S氣體凈化程度較差，銅液中油污等含量較多，污垢熱阻取為0.002</p><p><b>　?。?）平均溫度差</b></p><p><b>　?。?）熱負(fù)荷</b></

85、p><p>　　由物料及熱量衡算可知</p><p>　?。?）傳熱面積和列管高度計算</p><p>　　管內(nèi)外給熱系數(shù)相差不大，故傳熱面積可以用平均管徑計算</p><p><b>　　管高 </b></p><p><b>　　備用系數(shù)取15％</b></p>

86、<p>　　實際取管高2.3米，換熱面積40米2</p><p><b>　　3.加熱器</b></p><p>　?。?）生產(chǎn)能力按銅液全部走近路計算（即不經(jīng)過換熱器），殼徑、換熱管規(guī)格、數(shù)量取與換熱器相同。</p><p>　　銅液走管程，蒸汽走殼程。</p><p>　　銅液進口溫度53℃，出口溫度78

87、℃</p><p>　　加熱蒸汽為0.5公斤/厘米2（表）飽和蒸汽</p><p>　　蒸汽進口溫度110.79℃，凝水排出溫度90℃</p><p><b>　　（2）傳熱系數(shù)計算</b></p><p><b>　?、俟軆?nèi)給熱系數(shù)計算</b></p><p><b&

88、gt;　　管內(nèi)銅液平均溫度 </b></p><p>　　銅液在管內(nèi)作層流流動，給熱系數(shù)用式（12-3-1）計算。</p><p>　　殼程中為蒸汽冷凝，給熱系數(shù)顯著大于管程，管壁溫度應(yīng)接近殼程中載熱體溫度，故管壁溫度估計為95℃。</p><p><b>　　銅液液膜溫度 </b></p><p>　　查出

89、78℃時銅液的物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　?、诠芡饨o熱系數(shù)計算</b></p><p>　　蒸汽流量=634.2×1.5=951.3公斤/小時</p><p><b>　　單位管周邊凝液量 </b></p><p><b>　　∵ </b></p&g

90、t;<p>　　∴ 給熱系數(shù)用下式計算</p><p>　　管外載熱體平均溫度 </p><p><b>　　冷凝液膜溫度 </b></p><p>　　由表12-3-6數(shù)據(jù)內(nèi)插，B=19160</p><p>　?、酃芡庹羝淠?，污垢熱阻取為0.0001，管內(nèi)取為0.001.</p>&l

91、t;p><b>　　（3）平均溫度差</b></p><p><b>　?。?）熱負(fù)荷</b></p><p><b>　　由熱量計算得</b></p><p>　?。?）傳熱面積和列管高度計算</p><p>　　管內(nèi)給熱系數(shù)遠小于管外給熱系數(shù)，應(yīng)以管內(nèi)徑計算傳熱面積&

92、lt;/p><p>　　因熱負(fù)荷已是最大值，故加熱器不再考慮備用系數(shù)，加熱器取與換熱器高度相同。在再生器中再安裝加熱面3米2。</p><p><b>　　4.再生器</b></p><p>　　（1）銅液在再生塔中停留時間取為18分鐘。</p><p>　?。?）銅液體積流量按平均溫度下的熱銅液計算</p>

93、<p>　　式中1147.5——65℃時的銅液重度。</p><p>　?。?）銅液在換熱器、加熱器中的停留時間</p><p>　　換熱器、加熱器及連接筒的容積計算</p><p>　　連接筒直徑550毫米，高400毫米</p><p><b>　　∴ 停留時間 。</b></p><p

94、>　?。?）再生器直徑取為 1500毫米；</p><p>　　篩孔盤直徑定為 ，中心管 ；</p><p>　　承液盤直徑定為 ，中心管 ，堰高45毫米。</p><p>　　篩孔盤上存液高度設(shè)為10毫米。</p><p>　　每組篩盤上存液體積 </p><p>　　篩盤上停留時間取為3分鐘，則需篩盤組數(shù)為&

95、lt;/p><p>　　取5組（每組一塊篩孔盤，一塊承液盤）</p><p><b>　　實際停留時間 </b></p><p>　?。?）再生器貯液高度計算</p><p>　　貯液桶中停留時間=18－4.93－3.4=9.67分</p><p>　　貯液桶直徑為 ，中心管 </p>

96、<p><b>　　∴ 貯液高度 </b></p><p>　　備用系數(shù)取為15％，則H=0.553×1.15=0.636米</p><p><b>　　取貯液高度為1米</b></p><p><b>　?。ㄈ┿~液水冷器</b></p><p><

97、;b>　　1.已知條件</b></p><p>　?。?）銅液流量 （溫度對體積的影響略去不計）</p><p>　?。?）銅液進口溫度 78℃（按不開換熱器計）</p><p>　　銅液出口溫度 36℃</p><p>　　（3）冷卻水進口溫度 30℃</p><p>　　冷卻水出口溫度 34℃&l

98、t;/p><p>　?。?）熱負(fù)荷按不開換熱器計算</p><p><b>　　2．排管規(guī)格選擇</b></p><p>　　選用 鋼管，管長取為每根直管長5米，銅液在管內(nèi)流速取為0.3米/秒</p><p><b>　　管子排數(shù) = </b></p><p><b>

99、;　　取8排</b></p><p><b>　　3．傳熱系數(shù)計算</b></p><p>　?。?）管內(nèi)給熱系數(shù)計算</p><p>　　銅液平均溫度 = </p><p>　　銅液在管內(nèi)作湍流，給熱系數(shù)用下式計算</p><p><b>　　= </b&

100、gt;</p><p>　　銅液導(dǎo)熱系數(shù)取為同溫度水的0.9倍</p><p>　?。?）管外給熱系數(shù)計算</p><p><b>　　由下式計算</b></p><p><b>　　冷卻水用量計算：</b></p><p>　　被蒸發(fā)水量用下式計算</p>&

101、lt;p>　　因排管設(shè)在室外， 取為150公斤/ </p><p>　　傳熱面積設(shè)為60 ，則蒸發(fā)面積 </p><p>　　∴ </p><p>　　由熱平衡計算冷卻水用量</p><p>　　式中 612.2—34 水蒸氣焓。</p><p>　　W=74660公斤/小時</p

102、><p>　　（3）污垢熱阻，內(nèi)外壁都取為0.001</p><p><b>　　4．平均溫度差</b></p><p><b>　　5. 傳熱面積計算</b></p><p>　　計算冷卻水蒸發(fā)時假設(shè)的傳熱面積與計算結(jié)果基本相符，故計算有效，熱負(fù)荷已按最大負(fù)荷計算，不加備用系數(shù)。</p>

103、<p>　　6．每排排管的管道列數(shù)計算</p><p>　　因管內(nèi)給熱系數(shù)較小，用管內(nèi)徑計算傳熱面積</p><p>　　因彎連接管未計算在內(nèi)，故實取13列。</p><p><b>　?。ㄋ模┿~液氨冷器</b></p><p><b>　　1.已知條件</b></p>&

104、lt;p>　　（1）銅液流量 8.76 /小時或10345.56公斤/小時</p><p>　?。?）銅液進口溫度 36 </p><p>　　銅液出口溫度 9 </p><p>　?。?）液氨溫度 30 </p><p>　　（4）液氨蒸發(fā)溫度 -6 </p><p>　?。?）熱負(fù)荷 （18870

105、3－47175）×1.5 =212292千卡/小時</p><p>　　2.采用立式沉浸盤管型</p><p>　　盤管選用 ，管內(nèi)銅液流速選用0.5米/秒</p><p><b>　　盤管頭數(shù) = </b></p><p><b>　　選用5根盤管。</b></p>&

106、lt;p>　　中心盤管圈盤直徑取為8 d。</p><p>　　∴ 中心盤管圈盤直徑 = 米</p><p>　　每盤盤管中心間距取為0.16米。</p><p>　　最外圈盤管圈盤直徑 = 0.36＋0.16 3 = 0.84 米</p><p>　　殼外內(nèi)徑 = 0.84 + 0.16 = 1 米</p><

107、;p><b>　　3.傳熱系數(shù)計算</b></p><p>　?。?）管內(nèi)給熱系數(shù)計算</p><p>　　銅液平均溫度 = </p><p><b>　　公斤/米 小時</b></p><p>　　銅液在管內(nèi)屬過渡流，給熱系數(shù)先由式（12-3-8）計算后，再用圖12-3-1的校正系數(shù)進

108、行校正。</p><p>　　銅液導(dǎo)熱系數(shù)取為同溫度水的0.9倍</p><p>　　由圖12-3-1查得校正系數(shù) </p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　盤管是彎管應(yīng)再加彎管校正，彎管校正系數(shù)由下式計算</p><p>　　取盤管的平均圈盤直徑計算</p>

109、;<p>　　∴ </p><p>　?。?）管外給熱系數(shù)計算</p><p>　　管外為液氨蒸發(fā)，給熱系數(shù)由下式計算</p><p><b>　　=80 </b></p><p><b>　　設(shè)傳熱面積為25 </b></p>

110、<p>　?。?）污垢系數(shù)取為管內(nèi)0.001，管外0.0005，合計0.0015</p><p><b>　　4.平均溫度差</b></p><p>　　計算管外給熱系數(shù)時假設(shè)傳熱面積20 與計算結(jié)果相差不多，可以認(rèn)為計算有效。</p><p><b>　　備用系數(shù)取為15%</b></p><

111、;p>　　實取傳熱面積 </p><p>　　水洗脫除二氧化碳系統(tǒng)計算</p><p><b>　　物料衡算</b></p><p><b>　　計算基準(zhǔn)：1噸氨。</b></p><p><b>

112、;　　已知條件</b></p><p>　　變換氣流量5000標(biāo)準(zhǔn) （考慮水洗流程氣體損耗大，變換氣 單耗亦較走碳化流程大些）；</p><p><b>　　進水洗塔氣體成分</b></p><p>　　出塔氣體中 含量：1.0%；</p><p>　　水洗壓力：水洗塔入口15.0 ，水洗

113、塔出口</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　吸收溫度 ；</b></p><p>　　進水洗塔水中 含量： ；</p><p><b>　　水洗飽和度：70%</b></p><p><b>　　物料衡算<

114、/b></p><p>　　由 平衡和總的氣體物料平衡可計算得溶于水中的氣體量V：</p><p>　　各下標(biāo)表示： </p><p>　　設(shè)溶于水中的氣體成分為： </p><p>　　惰性氣溶于水中的成分</p><p>　　總 </

115、p><p>　　惰性混合氣在水中的溶解度</p><p><b>　　溶解于水中的 量為</b></p><p>　　溶解于水中的其他組分的量為</p><p><b>　　其中 </b></p><p>　　出水洗塔的氣體量（ ）和成分（%）</p><

116、;p><b>　　合計： </b></p><p><b>　　計算水洗塔的用水量</b></p><p>　　由圖5-2-1查得 分壓為4.23大氣壓，溫度30℃時 在水中的溶解度為2.65 。</p><p><b>　　進塔水 濃度 </b></p><p><

117、;b>　　用水量為</b></p><p>　　如假設(shè) 溶解度符合亨利定律，由表5-1-1查得30℃時 溶解度為 ，則 溶解度為</p><p><b>　　用水量為</b></p><p><b>　　誤差為</b></p><p>　　水洗塔出口氣體壓力為14.5絕對大氣壓，塔

118、頂達到平衡時溶解于水中的惰性氣體分壓和氣量計算</p><p>　　塔頂氣體中各組分的分壓</p><p><b>　　溶于水中的惰性氣量</b></p><p><b>　　合計： </b></p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)，出水洗塔的水中惰性氣含量往往比塔頂收到平衡時之值稍高，可能是因水中夾

119、帶小量微氣泡所致?，F(xiàn)計算的塔頂平衡溶解量小于按假設(shè)溶于水中氣體成分計算得溶解量約6.9%，故原假設(shè)的溶解氣成分是合適的。</p><p><b>　　水洗塔計算</b></p><p><b>　　已知條件</b></p><p><b>　　生產(chǎn)能力： ；</b></p><p&

120、gt;<b>　　氣體成分</b></p><p>　　水洗壓力：絕對大氣壓</p><p>　　入口 15 出口14.5</p><p><b>　　吸收溫度：30℃</b></p><p><b>　　氣液體重度</b></p><

121、;p><b>　　液體重度 </b></p><p><b>　　氣體重度</b></p><p>　　式中 19.05----氣體平均分子量</p><p><b>　　液體表面張力 </b></p><p><b>　　液體粘度 </b>&l

122、t;/p><p><b>　　進塔氣量</b></p><p>　　式中 5000----變換氣單耗， 。</p><p><b>　　進塔水量</b></p><p>　　式中 746.7----用水量單耗， 。</p><p><b>　　初選塔徑</

123、b></p><p><b>　　氣體工作截面 </b></p><p>　　查圖5-5-1得： </p><p><b>　　得代入</b></p><p>　　式中 C——經(jīng)驗常數(shù)</p><p><b>　　操作氣速 </b></p&

124、gt;<p><b>　　代入公式得：</b></p><p><b>　　降液管截面積 </b></p><p>　　式中 0.4----降液管內(nèi)流速， </p><p><b>　　全塔截面積 </b></p><p>　　全塔截面積按公式計算得<

125、/p><p><b>　　塔徑</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　塔徑取整數(shù)以后，全塔截面積比原來的計算值增加，氣體工作截</p><p>　　面積仍取 ，降液管面積增至 ,降液管中的流速降至 。</p><p>　　塔板間距及降液管的其他參數(shù)

126、</p><p>　　篩孔直徑 取6毫米，孔中心距t取14毫米。</p><p><b>　　自由截面 </b></p><p><b>　　據(jù) </b></p><p><b>　　溢流堰長 </b></p><p><b>　

127、　堰高 取35毫米</b></p><p>　　降液管底部與下一塊塔板的距離 ，按流速 計算</p><p>　　板間距參考表5-5-1，取800毫米。</p><p><b>　　校核液泛</b></p><p>　　計算降液管內(nèi)液面高度</p><p>　　式中 ——降液管內(nèi)液

128、面高度，米水柱；</p><p>　　——氣體通過每層板地壓力降，米水柱；</p><p>　　——外堰高，米水柱；</p><p>　　——液流高度，米水柱；</p><p>　　——液體流出降液管的局部阻力，米水柱。</p><p>　　式中 ——干板壓力降，米水柱；</p><p>　

129、　——板上液層的阻力，米水柱。</p><p>　　由圖11-4-21查得 </p><p><b>　　代入 </b></p><p>　　注：一般設(shè)計時， 不宜超過60～70毫米，過大時宜采用雙流型或多流型。</p><p>　　K由圖5-5-2查得K=0.78</p><p>　　校核最小板

130、間距 （ ）</p><p>　　板間距取800毫米可以。</p><p><b>　　塔板數(shù)的計算</b></p><p><b>　　操作線</b></p><p><b>　　進塔氣中 </b></p><p><b>　　出塔氣中 &l

131、t;/b></p><p>　　進塔水 ，以分子分率表示</p><p><b>　　出塔水 </b></p><p><b>　　以分子分率表示為 </b></p><p><b>　　以 ； , </b></p><p>　　，連結(jié)點1與點2的

132、直線即為操作線。</p><p><b>　　平衡線</b></p><p>　　塔操作壓力 絕對大氣壓</p><p>　　由圖5-2-1查得30℃時不同 溶解度時的平衡分壓 , 用下式</p><p>　　計算 ，將液體濃度折算成分子分率單位，即得 。</p><p>　　計算得平衡數(shù)據(jù)列于下

133、表，繪成曲線即平衡曲線見圖13-4-1</p><p>　　由作圖得出需理論板6.5塊，板效率一般在28～32%，取板效率為28%，共需板數(shù)為 塊，取塔板數(shù)為23塊。</p><p>　　圖1 篩板水洗塔塔板計算圖</p><p><b>　　第四章 圖紙繪制</b></p><p>　　主流工藝簡要流程圖、氣體凈化工

134、藝圖、主要設(shè)備構(gòu)型圖分別見附圖一、附圖二、附圖三</p><p><b>　　第五章 設(shè)計結(jié)論</b></p><p><b>　　工藝計算主要參數(shù)</b></p><p>　　表5-1 銅氨液脫除一氧化塔工藝計算所得設(shè)備主要參數(shù)</p><p>　　表5-2 水洗脫除二氧化碳工藝計算結(jié)果&l

135、t;/p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過這兩周的課程設(shè)計，我學(xué)會了綜合運用專業(yè)知識和相關(guān)知識，工程實踐能力有所提高；在查閱相關(guān)文獻、資料收集及研究、工程計算及圖紙繪制、設(shè)計說明書的撰寫等方面的能力得到一定程度的提高，使我們更加理解所學(xué)知識，進而為畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　這次課程設(shè)計也讓我體會到了

136、書本學(xué)的東西運用到實際中還是蠻困難的。所學(xué)的知識不僅要表面上的看懂，最重要的是要理解并能運用，舉一反三。</p><p>　　同時，這次課程設(shè)計也讓我體會到了團體的力量，同學(xué)間的互相幫助，讓我們體會到了友情。本次設(shè)計雖然結(jié)束了，但留給我們的回憶很多很多。</p><p>　　第六章 主要參考文獻</p><p>　?、拧洞髿馕廴究刂乒こ獭?，郝吉明、馬廣大主編，高等

137、教育出版社，2002</p><p>　?、啤洞髿馕廴究刂乒こ陶n程設(shè)計指導(dǎo)書》，譚文軼編，南京工程學(xué)院，2011.2</p><p>　　⑶《化工原理》，鐘琴、王娟等編著，國防工業(yè)出版社，2001</p><p>　?、取缎〉蕪S工藝設(shè)計手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，1979</p><p>　　⑸《合成氨工學(xué)》，姜圣階主編，化學(xué)工業(yè)出版社，197