合成氨车间二氧化碳吸收塔设计设计

摘要

在工业合成氨的生产过程中，粗原料气经过一氧化碳变换以后，变换气中除氢气外，还有二氧化碳和甲烷等成分，其中二氧化碳含量多达15%-35%。二氧化碳不仅降低氨合成催化剂的活性，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的原料，因此要想法除去。

本设计的目的是根据所给技术特性参数，合理设计Ι

段二氧化碳吸收塔，用来

脱除变换气中的二氧化碳气体。根据《GB150-1998钢制压力容器》 、《JBT4710-2005钢制塔式容器》等标准，通过常规设计方法步骤进行设计，包括塔体的筒体和封头壁厚计算和水压试验，接管、接管法兰、人孔法兰和塔内件的选取，裙座的计算和设计，开孔补强计算，风载荷和地震载荷的计算和校核，以及筒体和裙座的应力分析等。强度校核时，大部分情况下将受压元件的应力限制在材料的需用应力以内，用来确保设计的安全性和经济性。

关键词：二氧化碳合成塔；填料塔；合成氨

引言

塔设备又称塔器，塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。用以使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体密切接触，并促进其相互作用，以完成化学工业中热量传递和质量传递过程。

二氧化碳吸收塔，是利用碳酸钾溶液来脱去变换气中的二氧化碳气体，要保证较高的脱碳效率和设备的安全性能，必须对吸收塔系统进行合理的设计，包括吸收塔的尺寸设计，吸收塔材料的选择以及塔部件的选取。吸收塔的主要部件有外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体、液体进出口接管等。

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 塔内件是填料塔的组成部分，它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔。塔内件的作用是使气液在塔内更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力，因此塔内件设计的好坏直接影响填料性能的发挥和整个填料塔的性能。另外，填料塔的“放大效应”除填料本身因素外，塔内件对它的影响也很大。填料塔的内件主要有：填料支撑装置、填料压紧

装置、液体分布装置、液体收集再分布装置。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

本设计的目的及意义旨在培养我们理论联系实际的能力，把本科所学的专业知识综合地应用到本设计中去，为我们今后参加相关的设计工作打好基础。

符号说明

?——计算厚度，mm； ?d——设计厚度，mm；

?n——名义厚度，mm；

?b——有筋板时基础环的厚度，mm；

?e——有效厚度，mm；

?ei——第i计算段容器的有效壁厚，mm；

?g——筋板厚度，mm；

?b——有筋板时基础环的厚度，mm；

?nt——接管名义厚度，mm； ?t——接管计算厚度，mm；

??——补强圈厚度，mm；

?et——接管有效厚度，mm； ?s——裙座的厚度，mm；

???——试验温度下材料的许用应力，MPa；

???——材料在设计温度下的许用应力，MPa；

?t——水压试验时的许用应力，MPa； ?s——材料的屈服强度，MPa；

t

?1——内压计算压力在筒体内引起的轴向压力，MPa；

i?i——操作物料时质量载荷在筒体内引起的轴向力，MPa； ?2i?i——最大弯矩在筒体内引起的轴向力，MPa； ?3i?i——最大组合轴向压应力，MPa； ?max