胡雪莹毕业设计说明书.docx

1、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2 0 0 8 年0 5 月 2 3 日引言-5摘要-9正文-12第一部分 综述- 121合成氨净化气脱硫的意义- 121.1合成氨净化气中硫化物的主要形态-121.2硫化物对合成氨工艺过程的影响-121.2.1对催化剂的影响-121.2.2对脱碳过程的影响-141.2.3对产品质量的影响-141.2.4对全球环境的影响-1

2、52脱硫方法分类及主要方法概述- 162.1脱硫方法分类-162.2煤气脱硫方法概述-162.2.1干法脱硫技术-172.2.2湿法脱硫技术-182.2.3干法脱硫与湿法脱硫技术综合比较-183脱硫设计方法的选择及综述-203.1栲胶的化学性质-203.2栲胶法脱硫工艺-213.2.1栲胶脱硫及再生反应过程-213.2.2栲胶脱硫及再生工艺流程-223.3栲胶法脱硫反应机理-233.4栲胶法脱硫主要操作条件-243.5栲胶法脱硫的工艺特点-253.5.1栲胶法脱硫的优点-253.5.2栲胶法脱硫的缺点-253.5.3栲胶法脱硫的生产管理-254栲胶法脱硫工艺流程简图及主要设备介绍-274.1工

3、艺流程简图-274.2主要设备介绍-274.2.1脱硫塔设备的选择-274.2.2氧化槽-294.2.3硫泡沫槽-304.2.4过滤器-304.2.5熔硫釜-334.2.6压滤机-334.3填料塔中塔填料的介绍与选择-334.3.1填料塔中塔填料的类型-344.3.2填料塔中塔填料的选择-354.3.3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-375设计题目-375.1物料衡算-385.2热量衡算-40 5.2.1冷却塔热量衡算-405.2.2硫泡沫槽热量衡算-415.2.3熔硫釜热量衡算-415.3主要设备工艺尺寸的计算-425.3.1填料吸收塔的计算-425.3.1

4、.1塔径的计算-425.3.1.2填料层高度的计算-465.3.2填料塔的辅助设备选用-475.3.2.1液体分布装置-475.3.2.2液体再分布装置-475.3.2.3填料支撑板-485.3.2.4填料压板-485.3.2.5封头-485.3.2.6入口接口管-485.3.2.7人孔，手孔-485.3.3强度校核-485.3.3.1风载荷的计算-485.3.3.2地震载荷-495.3.3.3偏心载荷-505.3.3.4壁厚-505.3.3.5加强圈-505.3.4喷射再生槽的计算-505.3.4.1槽体的计算-505.3.4.1.1再生槽直径的计算 -505.3.4.1.2再生槽扩大部分直

5、径的计算-515.3.4.1.3再生槽高度的计算-515.3.4.2喷射器的计算-515.3.4.2.1喷嘴的计算-515.3.4.2.2混合管的计算-525.3.4.2.3吸气室的计算-525.4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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、料衡算的结果如下：H2S脱除量G1为61.74 Kg/h，溶液循环量LT为514.5m3/h、540225 Kg/h，生成Na2S2O3消耗H2S的量G2为4.94 Kg/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/t NH3，冷却水消耗量为0.821 m3/t NH

13、3 ，硫泡沫槽热负荷Q2为24662KJ/tNH3，蒸汽消耗量W2为11.2 Kg/t NH3，熔硫釜热负荷Q3 为978270.6 KJ/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50mm50mm1.5mm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11.3354 m2，填料个数为6160 个/m3，

14、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Pm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31900 mm；入口接口管选用1084长度150mm的管，人孔选用600，手孔选用标准尺寸DN250。最后是强度校核，

15、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43666.56 Pa；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3966 mm、再生槽扩大部分直径D2为4396 mm、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38.4

16、 mm，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144 mm，吸气室直径dM为176 mm，吸气室高度L1为350mm，吸气室收缩长度L2为126.89 mm，尾管直径de为188 mm，扩张管长度L4为637.644 mm。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】According to the topic of choice and design graduate design requirements, I will ammonia gas purification materials desulfurization on the meaning and methods of the desulfurization process outlined, select the design of methods used to