化工原理课程设计--清水吸收变换气的填料塔装置设计

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1、化工原理课程设计指导教师：张先龙目录一、摘要2二、合成氨工艺2三、填料吸收塔设计资料总结33.1、填料塔简介33.1.1、概念43.1.2、填料塔的结构43.1.3、填料塔的特性53.1.4、填料塔的工作原理53.2、填料塔的流程操作63.2.1、逆流操作63.2.2、并流操作63.2.3、单塔或多塔串联操作73.3、填料类型及特点73.4、填料塔的辅助构件（塔内件）103.4.1、液体分布器103.4.2、液体再分布器123.4.3、填料支承装置123.4.4、除沫器133.4.5、填料压板与床层限制板133.4.6、气体的进出口装置

2、与排液装置13四、填料塔工艺尺寸的计算144.1、基础物性数据144.1.1、液相物性数据144.1.2、气相物性数据144.2、气液平衡曲线174.3、最小液气比及吸收剂用量计算174.4、塔径计算184.5、填料层高度计算204.5.1、传质单元数204.5.2、传质单元高度204.5.3、液相传质系数22五、压降235.1、填料层压降23六、辅助设备及选型246.1、分布点密度计算246.2、液体喷淋装置256.3、液体再分布器256.4、填料支承装置266.5、塔顶除沫器266.6、吸收塔接管尺寸计算276.7、离心泵的选型28

3、七、材料选择及塔总高计算297.1、吸收塔体选择297.1.1、吸收塔材料297.1.2、壁厚的计算297.2、封头的选择307.2.1、封头的选型307.2.2、封头材料317.2.3、封头壁厚的计算317.3、塔支座的选择与焊接327.4、塔总高计算32八、工艺流程及塔设备的PID图33九、设计一览表34十、收获、感悟及总结35十二、参考文献37课程设计任务书一、设计题目：清水吸收变换气的填料塔装置设计二、设计任务及条件：（1）生产能力：进入系统的变换气为:1260(标准状况)（2）变换气的组成（体积）：组分进塔气体，（Vol%）2

4、7.42.547.822.3（3）塔顶出口净化气体中二氧化碳＜1%（体积）（4）吸收温度为30℃，连续操作（5）操作压力三、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）辅助设备的选型；四、设计成果（1）设计说明书一份（2）工艺流程图的（3）填料吸收塔的装配图38一、摘要本次我们课程设计的任务是处理变换气量1260m³/h的填料吸收塔的设计。首先，我们确定所设计的吸收塔在特定化工工艺中的作用，并对整个工艺进行分析总结，其次熟悉填料塔的结构和

5、功能，填料的类型和选择，填料塔设计的方法和技术要求，并查阅了在填料塔设计中经常出现的问题，尽量在设计中避免这些问题。最后，根据生产任务和操作条件，进行物料衡算，确定填料吸收塔的工艺尺寸以及一些辅助设备的选型。经验算校核后，我们选择逆流吸收为操作方式，并选用塑料阶梯环做填料，填料塔工艺尺寸为，塔径0.9米，填料层高度为7.53米，塔高9.41米。经过设计和计算，选用的辅助设备为溢流盘式分布器、槽式再分布器、丝网除沫器等。关键词：变换气、清水、吸收塔、校核优化二、合成氨工艺氨是最为重要的基础化工产品之一,其产量居各种化工产品的首位，主要用于

6、农业,合成氨是氮肥工业的基础,氨本身是重要的氮素肥料,其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料。以天然气为原料合成氨在工业上大致分为三个部分，原料气的脱碳转化、净化和合成。此次我们设计就是将合成氨过程中的变换气进行净化的填料吸收塔的设计。38吸收变换气二氧化碳的前一工段，粗合成气由脱硫后的原料天然气中的碳氢化合物进入转化炉中的一段，在一段部分转化，接着进入二段转化炉中进一步转化。转化气再进入变换系统，一氧化碳与蒸汽反应生成氢和二氧化碳，我们要做的就是将净化变换气中的二氧化碳。变换气组成，一般天然气为原料为H2：54.5%

7、、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。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

8、并不显著，热效应很小，近似认为是单组分等温吸收过程。填料塔结构简单，流体通过填料层的压降较小，通常用耐腐蚀的材料制作，因此，特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于