作品介绍

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《甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统》

作品介绍

学校名称

广西大学

专业名称

过程装备与控制工程

编写

赵加庆王智洋杨凡周培凡罗孝丰指导老师

黄世钊覃全伦

广西大学化学化工学院 2012年8月27日第四届全国大学生过程装备实践与创新大赛

甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统

前

言

本次“第四届全国大学生过程装备实践与创新大赛”突出了“实践”和“创新”两大主题，作为广西大学化学化工学院参赛队之一，我们重点关注广西经济建设和谐发展中的环境、能源、资源问题，历时3个多月，我们终于完成了作品《甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统》。通过参赛，我们的创新思维和工程能力得到了提高，激发了科技创新、实践成才的热情，进一步掌握了核心专业知识、拓展了知识视野，锻炼了将科技成果转化为生产力和开拓市场的能力。

谨此，衷心感谢大赛组委会提供的参赛平台，感谢广西大学化学化工学院领导的支持，感谢黄世钊、覃全伦老师的指导。

2012年8月26日

1 甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统

第四届全国大学生过程装备实践与创新大赛

一、绪论

1.1 项目提出背景

近20年来，随着科学技术的发展，人们对CO2的生产和应用作了深入的研究，它几乎可以用于各个工业领域，越来越受到人们的重视。在发展中国家，CO2的节能减排也越来越受到关注。CO2导致了温室效应和全球变暖。在中国，CO2的排放量日益增加，中国政府在温室气体减排方面面临前所未有的国际压力，但对CO2的研究起步较晚，对CO2应用开发工作做的更少，为了解决能源紧张，消除污染，大力开展CO2资源综合开发利用显得十分重要。

在传统的制糖工艺中，常用碳酸法即用CO2和石灰乳作为主要清净剂的方法处理蔗汁。但是会产生大量的碱性滤泥，造成严重环境污染。最新研究表明，还可以从甘蔗糖厂的锅炉烟道气中富集CO2并将其应用于亚硫酸法制糖澄清工艺。在一定程度上解决了久贮变黄的问题，只要控制加入适量的CO2就不会造成滤泥污染。 1.2 广西制糖业的发展优势和现状

甘蔗产业是广西的特色优势产业之一，也是支柱产业之一。自1992年以来，广西的甘蔗种植面积、产糖量一直位居全国首位，甘蔗产量和食糖产量均占全国的60%以上，对我国食糖的供求平衡发挥了极其重要的作用。广西有51%的县市种植甘蔗，糖业的税收占全区财政收入的13%~17%。

近十多年来是广西甘蔗种植发展最快的时期。自从1992-1993年榨季，甘蔗种植面积达到42.8万吨，产糖量226万吨，跃居全国首位，广西甘蔗不仅仅从种植面积上有所突破，从单产和含糖量等标准上有很大的提高，并且先后培育出“桂糖11号”、“桂糖17号”、“桂糖22号”等一批高产高糖的优良品种。2015年广西预计将突破产量1100万吨的大关，并建成全国最大的糖业制造和储备基地。

本项目来源于广西区经委2009年第一批千亿元产业和重点产业发展资金技术改造项目计划中的企业技术改造项目（桂经投资[2009]132号）。

二、生产工艺及流程特点

2.1 生产工艺特点

我们进行本设计的特点主要有两方面：一是从锅炉烟道气中净化脱除二氧化碳, 利于环境保护；另一目的是从锅炉烟道气中富集二氧化碳, 并应用于甘蔗混合计和糖浆的澄清工艺。从烟道气中脱出二氧化碳，可以减少工厂碳的排放量，有利于环境保护，也符合当下的国情国策。将二氧化碳用于制糖的澄清工艺过程，既可以提高糖的品质，又可以降低生产成本，可谓是变废为宝。 2.2 生产流程工段特点

本设计包括三个工段：预处理工段、加压工段、吸附工段。

2 第四届全国大学生过程装备实践与创新大赛

甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统

预处理工段是对来自糖厂锅炉的烟道气进行预处理，由引风机将烟道气抽送至旋风分离器和冷却器Ⅰ，进行除尘和降温，然后进入稳压罐缓冲后送入加压工段。预处理工段所用设备主要有旋风分离器、引风机、冷却器Ⅰ、稳压罐。

加压工段是先将来自预处理工段的烟道气通入水环式压缩机，对其进行加压，然后经过冷却器Ⅱ进行再次降温，使烟道气达到变压吸附所需要的压力和温度。加压工段所用的设备主要有水环式压缩机、冷却器Ⅱ。

吸附工段是对烟道气中的二氧化碳进行变压吸附。来自加压工段的烟道气先经过气液分离器除去烟道气中含有的水分，然后进入吸附塔进行二氧化碳的吸附，得到的产品CO2被送入储气罐进行储存或直接用于工艺生产。 2.3 作品形式

本参赛作品成果包括以下三个方面的内容： (1) 作品介绍 (2) 设计图纸 (3) 设计说明书

根据大赛规定，作品成果中文字、数据本文采用Microsoft Office 2003版进行建档；设计制图按照《机械制图》及《CAD工程制图规则》等国家标准，采用AutoCAD2007版进行图纸绘制。

三、工程设计

工程设计包括工艺流程图、设备平面布置图、设备装配图及其设备零部件图，具体内容如下。 3.1 工艺流程图

(1) 设备机器图形按照HG2059-92规定图样进行绘制，未作规定的设备机器图形根据实际外形和内件结构特征绘制，同时还反映了每根管道的物料流向。

(2) 包括所有的工艺管道，包括阀门、管件、管道附件等，并标注出所有的管段号及管径大小。

(3) 标注出所有的检测仪表，调节控制系统，分析取样系统。代号、符号的表示方法均符合自控专业规定。

(4) 图签包括了设计单位名称、工程项目名称、设计阶段、设计项目、专业、比例、图号及签字栏。 3.2设备平面布置图

厂房设备平面布置图的绘制按照了国家工业制图标准《CAD工程制图规则》——GB/T18229-2000和化工行业标准《化工装置设备布置设计规定》（HG/T20546-2009）进行绘制。在设备布置设计中除了满足生产工艺要求外还充分考虑了要便于装备的安装与维修，保障安全生产，节省基建投资。

3 甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统

第四届全国大学生过程装备实践与创新大赛

设备布置中保证了工艺流程在水平方向上的连续性。为了方便集中管理和统一操作将泵和风机集中布置并保持了必要的间距，便于维修与操作。设备的布置保证了管理的方便和安全，留出了操作、运输、安装和维修的位置；装备与装备之间、与墙之间留出运送装备的通道和人行道。将设备集中布置，可简化厂房的体形，充分的利用土地，使在最可行的前提下节约基建的投资。 3.3设备装配图及其零部件图

设备装配图的绘制主要按照《机械制图》国家标准和GB/T18229-2000《CAD工程制图规则》及《化工工艺制图》等相关规定进行绘图。设备装配图中视图表达完整，装配关系表达清楚，技术要求按TCED41002-2000《化工设备图样技术要求》编制。

设备图纸共绘制了14张，其中固定管板式冷却器Ⅰ、固定管板式冷却器Ⅱ、稳压罐、旋风除尘器、储气罐、气液分离器五台设备的装配图6张，冷却器Ⅰ、Ⅱ上的零部件图8张。 3.4设计说明书

设备机械设计说明书总共分八章来进行介绍。

第一章是绪论，整体上介绍了本次作品的选择理由和其可行性。也简单介绍了CO2的排放和带来的危害，分析了广西制糖业的发展现状和以后的发展前景。同时还简单介绍了PSA(变压吸附法)的工作原理和特点。

第二章简单的介绍了甘蔗糖厂锅炉烟道气CO2浓缩系统的流程和设备，分析了设备设计的理由与流程的制定过程。

第三章主要介绍旋风除尘器及稳压罐的设计计算，旋风除尘器主要详述其工作原理、结构特点及其选型，稳压罐则主要介绍其尺寸外形、结构特点及其补强的计算，这其中还涉及到其出口接管、人口及其相应法兰的设计，最后还进行了水压试验的校核验算。

第四、六章是对固定管板式冷却器进行工艺及机械设计计算。这部分主要参照GB150-1998《钢制压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、JB/T4700~2000《压力容器法兰》、JB/T4710-2005《钢制塔式容器》、HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》等标准及规范，先从设备型式和材料选取入手，利用化工设备强度计算专业软件(SW6-1998)对固定管板式冷却器的壳程圆筒、管板、封头、管箱和开孔补强等计算，计算结果由计算软件自动形成表格，确保冷却器满足强度和刚度条件。

第五章简单的介绍了引风机、压缩机的选型。选择这两个设备的型号。

第七章是吸附塔、气液分离器、储气罐的设计。前一小节主要介绍吸附塔的吸附特点和操作流程及其塔设备的设计计算。后面两小节主要介绍了有关气液分离器和储罐的相关计算，如开孔补强、接管的选用方法、丝袜除沫器的选型等，还有气液分离器的工作原理，在此过程，参考GB150、JB/4735等标准及规范，合理的选用材料、封头、接管、法兰，最后通过水压试验进行校核。

第八章是总结。总结我们这段时间来在设计作品中的心得体会。