胡雪莹毕业设计说明书.docx

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胡雪莹毕业设计说明书

平顶山工学院

毕业设计说明书

题目：

40000m3/h合成氨原料气净化脱硫工艺设计

学生姓名：

胡雪莹

院系：

化学化工系

专业：

化学工程与工艺

学号：

1112061-08

指导教师：

宋军超

平顶山工学院

2008年05月23日

引言------------------------------------------------------------------------------------------------5

摘要------------------------------------------------------------------------------------------------9

正文----------------------------------------------------------------------------------------------12

第一部分综述-----------------------------------------------------------------------------12

1合成氨净化气脱硫的意义-----------------------------------------------------------12

1.1合成氨净化气中硫化物的主要形态------------------------------------------12

1.2硫化物对合成氨工艺过程的影响---------------------------------------------12

1.2.1对催化剂的影响-------------------------------------------------------------12

1.2.2对脱碳过程的影响----------------------------------------------------------14

1.2.3对产品质量的影响----------------------------------------------------------14

1.2.4对全球环境的影响----------------------------------------------------------15

2脱硫方法分类及主要方法概述-----------------------------------------------------16

2.1脱硫方法分类---------------------------------------------------------------------16

2.2煤气脱硫方法概述---------------------------------------------------------------16

2.2.1干法脱硫技术----------------------------------------------------------------17

2.2.2湿法脱硫技术----------------------------------------------------------------18

2.2.3干法脱硫与湿法脱硫技术综合比较-------------------------------------18

3脱硫设计方法的选择及综述--------------------------------------------------------20

3.1栲胶的化学性质------------------------------------------------------------------20

3.2栲胶法脱硫工艺------------------------------------------------------------------21

3.2.1栲胶脱硫及再生反应过程-------------------------------------------------21

3.2.2栲胶脱硫及再生工艺流程-------------------------------------------------22

3.3栲胶法脱硫反应机理------------------------------------------------------------23

3.4栲胶法脱硫主要操作条件------------------------------------------------------24

3.5栲胶法脱硫的工艺特点---------------------------------------------------------25

3.5.1栲胶法脱硫的优点----------------------------------------------------------25

3.5.2栲胶法脱硫的缺点----------------------------------------------------------25

3.5.3栲胶法脱硫的生产管理----------------------------------------------------25

4栲胶法脱硫工艺流程简图及主要设备介绍--------------------------------------27

4.1工艺流程简图---------------------------------------------------------------------27

4.2主要设备介绍---------------------------------------------------------------------27

4.2.1脱硫塔设备的选择----------------------------------------------------------27

4.2.2氧化槽-------------------------------------------------------------------------29

4.2.3硫泡沫槽----------------------------------------------------------------------30

4.2.4过滤器-------------------------------------------------------------------------30

4.2.5熔硫釜-------------------------------------------------------------------------33

4.2.6压滤机-------------------------------------------------------------------------33

4.3填料塔中塔填料的介绍与选择------------------------------------------------33

4.3.1填料塔中塔填料的类型----------------------------------------------------34

4.3.2填料塔中塔填料的选择----------------------------------------------------35

4.3.3聚丙烯阶梯环填料的相关性能参数-------------------------------------35

第二部分主要设备的设计计算---------------------------------------------------------37

5设计题目---------------------------------------------------------------------------------37

5.1物料衡算---------------------------------------------------------------------------38

5.2热量衡算---------------------------------------------------------------------------40

5.2.1冷却塔热量衡算-------------------------------------------------------------40

5.2.2硫泡沫槽热量衡算----------------------------------------------------------41

5.2.3熔硫釜热量衡算-------------------------------------------------------------41

5.3主要设备工艺尺寸的计算------------------------------------------------------42

5.3.1填料吸收塔的计算----------------------------------------------------------42

5.3.1.1塔径的计算--------------------------------------------------------------42

5.3.1.2填料层高度的计算-----------------------------------------------------46

5.3.2填料塔的辅助设备选用----------------------------------------------------47

5.3.2.1液体分布装置-----------------------------------------------------------47

5.3.2.2液体再分布装置--------------------------------------------------------47

5.3.2.3填料支撑板--------------------------------------------------------------48

5.3.2.4填料压板-----------------------------------------------------------------48

5.3.2.5封头-----------------------------------------------------------------------48

5.3.2.6入口接口管--------------------------------------------------------------48

5.3.2.7人孔，手孔--------------------------------------------------------------48

5.3.3强度校核----------------------------------------------------------------------48

5.3.3.1风载荷的计算-----------------------------------------------------------48

5.3.3.2地震载荷-----------------------------------------------------------------49

5.3.3.3偏心载荷-----------------------------------------------------------------50

5.3.3.4壁厚-----------------------------------------------------------------------50

5.3.3.5加强圈--------------------------------------------------------------------50

5.3.4喷射再生槽的计算----------------------------------------------------------50

5.3.4.1槽体的计算--------------------------------------------------------------50

5.3.4.1.1再生槽直径的计算----------------------------------------------50

5.3.4.1.2再生槽扩大部分直径的计算-----------------------------------51

5.3.4.1.3再生槽高度的计算-----------------------------------------------51

5.3.4.2喷射器的计算-----------------------------------------------------------51

5.3.4.2.1喷嘴的计算---------------------------------------------------------51

5.3.4.2.2混合管的计算------------------------------------------------------52

5.3.4.2.3吸气室的计算------------------------------------------------------52

5.4重要符号一览表------------------------------------------------------------------54

主要参考文献----------------------------------------------------------------------------------60

后记----------------------------------------------------------------------------------------------62

引言

鉴于毕业实习所在单位是平顶山平煤集团飞行化工有限公司，在实习期间，我们主要了解了有关合成氨生产过程中各个工段的工艺流程，故在此次毕业设计题目选择时，我选择了和实习内容相关联的一个题目，即40000m3/h合成氨原料气净化脱硫工艺设计。

通过此次设计不仅可以使我加深对实习内容的理解，而且使我对所学的理论知识加以实际应用有着非常重要的意义。

目前，在合成氨的生产过程中，原料气净化脱硫是非常重要的一步，作为原料气的半水煤气中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物（主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等）,能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒,增加液态溶剂的黏度,腐蚀、堵塞设备和管道,影响产品质量。

燃烧物和工业装置排放的气体进入大气,造成环境污染,危害人体健康。

因此为了保持人们优良的生存环境和提高企业最终产品质量，对半水煤气进行脱硫是非常必要的。

脱硫是氮肥企业气体净化工作中的重点。

在合成氨的生产工艺过程中，变换、氨合成的催化剂都对气体中的H2S含量有严格的要求。

如有联醇生产工艺，联醇催化剂也要求原料气中的H2S含量不大于1ppm。

因此，不管产品是碳铵还是尿素，不管工艺过程中有联醇还是没有联醇，为了达到一定的脱硫要求，一般都采用湿法脱硫加干法精脱硫工艺相结合的方法。

而湿法脱硫运行的好坏，不仅对干法脱硫的效率、效果有很大影响，更是保证整个工艺过程脱硫目标实现的关键。

煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：

热煤气脱硫和冷煤气脱硫。

在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。

冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。

干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但脱硫剂再生较困难，需周期性生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的煤气，一般与湿法脱硫相配合，作为第二级脱硫使用。

湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。

现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。

其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。

但此法在操作中易发生堵塞，而且药品价格昂贵，近几年来，在改良A.D.A的基础上开发的栲胶法是以纯碱作为吸收剂，以栲胶为载氧体，以NaVO2为氧化剂，克服了这两项缺点。

基于此,在此次合成氨脱硫工艺的设计中我采用湿式栲胶法工艺。

栲胶法脱硫具有净化度高，副反应少，硫磺回收率高，栲胶资源丰富，运行工况稳定等优点，不足之处是对有机硫基本无脱除功能。

至于操作中是否堵塔，这与工艺设计

及操作管理有直接关系，栲胶法脱硫本身不是造成堵塔的主要原因。

湿法脱硫工艺系统包括吸收、脱硫液再生、硫沫处理三大部分，其涉及的内容有脱硫塔的吸收工艺及装置的设计选用、脱硫剂的选择、脱硫液的再生装置设计选用及管理、硫沫回收处理的方法及管理。

脱硫工艺系统的主要设备有脱硫塔、喷射再生槽、贫液槽、富液槽、各种机泵、硫回收装置等。

对于贫液槽、富液槽一般根据溶液循环量及合理的停留时间即可确定好其体积。

而其中的脱硫塔、喷射再生器则是装置中关键的部分。

下面我将对此次设计的内容进行详细的说明。

摘要

【摘要】根据此次设计题目的选择和毕业设计的要求，我将对合成氨原料气净化脱硫的意义进行阐述，并对脱硫工艺的方法进行概述，选择此次设计所采用的工艺方法为栲胶法。

对于栲胶法脱硫工艺的原理、工艺、反应机理、主要操作条件和工艺特点等内容将一一分述，并根据设计题目给定的物料组成和工艺参数主要进行物料横算，热量横算，填料塔塔径、填料高度、塔高的计算、辅助设备的选择和强度校核，以及喷射再生槽的计算，并在计算的过程中对设备及管道的材料进行选择。

随后根据设计计算完成物料衡算简图、车间布置图、带控制点的工艺流程图、工艺流程图、主体设备结构图和装置平面布置图的绘制。

栲胶法脱硫工艺是将碱性栲胶溶液打入溶液循环槽，自循环槽出来，经过滤加压后进入系统的裂脱塔，吸收气体中的H2S，由裂脱塔出来的溶液进入裂脱再生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循环槽，经过滤加压循环使用；脱硫溶液从循环槽出来后经过滤加压送到变脱塔，吸收气体中的H2S，由变脱塔出来的溶液进入变脱溶液再生塔，再生好的溶液由变脱再生塔出来，进入变脱溶液循环槽，再经过滤加压，如此循环使用,吸收率高于“ADA”法脱硫；无堵塔堵管现象，延长了生产周期；因不堵塔堵管，可在吸收塔内加装填料进一步提高吸收率；成本比“ADA”低。

在计算过程中，首先根据所给的物料组成和工艺条件进行物料横算和热量横算，再进行设备计算，主要的设备有脱硫塔和喷射再生槽。

物料衡算的结果如下：

H2S脱除量G1为61.74Kg/h，溶液循环量LT为514.5m3/h、540225Kg/h，生成Na2S2O3消耗H2S的量G2为4.94Kg/h，Na2S2O3生成量G3为11.48Kg/h，理论硫回收量G4为53.46kg/h，理论硫回收率φ为86.6﹪，生成Na2S2O3消耗纯碱的量G5为7.7Kg/h，硫泡沫生成量G6为1.782m3/h，入熔硫釜硫膏量G7为267.3Kg/h，回收率η为98﹪。

热量衡算主要包括：

冷却塔热量衡算、硫泡沫槽热量横算和熔硫釜热量衡算。

具体计算结果为冷却塔热负荷Q1为48019.8KJ/tNH3，冷却水消耗量

为0.821m3/tNH3，硫泡沫槽热负荷Q2为24662KJ/tNH3，蒸汽消耗量W2为11.2Kg/tNH3，熔硫釜热负荷Q3为978270.6KJ/釜，蒸汽消耗量W3为458.148KJ/釜。

脱硫塔的计算主要包括：

填料塔及塔填料的选择，塔径、填料高度的计算，塔高的确定，辅助设备的选取以及强度校核。

经过对比分析脱硫塔选择填料塔，其中的塔填料选用φ50mm×50mm×1.5mm聚丙烯阶梯环。

利用贝恩-霍根关联式计算塔径，并计算液体喷淋密度验算塔径的正确性，最后确定塔径为3800mm。

塔径确定之后再采用Eckert通用关联图计算填料层压降为440Pa，塔截面积为11.3354m2，填料个数为6160个/m3，持液量为36.54m3液体/m3填料。

填料高度的计算接下来通过吸收过程传质系数KG、吸收过程平均推动力ΔPm和所需传质面积AP的计算来确定填料层高度HP，计算结果为10080mm，圆整后的填料层高度HP为11000mm，根据阶梯环的塔高取值方法得塔高为30400mm。

在塔高和填料高度确定之后再对辅助设备进行选取，其中液体分布装置采用溢流槽式布液器，液体再分布装置采用梁型再分布器，填料支承板采用梁型气体喷射式支承板，填料压板采用床层限制板，封头选用椭圆型封头，加上封头后的塔的总高31900mm；入口接口管选用φ108×4长度150mm的管，人孔选用φ600，手孔选用标准尺寸DN250。

最后是强度校核，通过计算风速V，空气动力系数K1，迎风面积Ai和风振系数K2i算得风载荷Pi是43666.56Pa；地震载荷考虑当地具体情况，抗震级别定为7级；偏心载荷由于缺少数据，不做计算；壁厚选30mm厚；加强圈选用8个，每3.75m一个。

喷射再生槽的计算主要包括：

槽体即再生槽直径D1、再生槽扩大部分直径D2、再生槽高度的计算，和喷射器即喷嘴、混合管、吸气室的计算。

其中槽体计算中算得再生槽直径D1为3966mm、再生槽扩大部分直径D2为4396mm、再生槽高度H1圆整后为5000mm；喷射器的计算中喷嘴个数圆整后为6个，实际设计时安装组数应比所计算组数多两组为宜，故安装时为8个，喷嘴孔径为38.4mm，溶液入口管直径dL为115mm，喷嘴入口收缩段长度L5为312mm，喷嘴喉管长度L6为3mm，喷嘴总长度L7为315mm；混合管直径dm为112mm，混合管长度L3为2802mm；吸气室的计算中空气入口管直径da为144mm，吸气室直径dM为176mm，吸气室高度L1为350mm，吸气室收缩长度L2为126.89mm，尾管直径de为188mm，扩张管长度L4为637.644mm。

以上是此次设计的主要工艺介绍和计算结果简述，在下面的正文内容中我将对次一一进行详细的分述过程说明。

【关键词】栲胶法、脱硫、工艺、计算、设备、脱硫塔、喷射再生槽

【Abstract】Accordingtothetopicofchoiceanddesigngraduatedesignrequirements,Iwillammoniagaspurificationmaterialsdesulfurizationonthemeaningandmethodsofthedesulfurizationprocessoutlined,selectthedesignofmethodsusedto