王志展畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、王志展畢業(yè)設(shè)計(jì)總論1.1 概述碳酸丙烯酯脫碳脫碳一般是由吸收、閃蒸、氣提和氣相中帶出的溶劑回收等 部分組成。用碳酸丙烯酯脫除變換氣中二氧化碳，合成氨廠都是采用一次吸收就 可以滿足工藝要求，吸收過(guò)程簡(jiǎn)單，而溶劑再生過(guò)程則較為復(fù)雜一些， 在設(shè)計(jì)中 不做討論。碳酸丙烯酯脫碳受氣體溶解熱、溫度、二氧化碳濃度、操作壓力和汽 液比的影響較大，其中氣體溶解度對(duì)碳酸丙烯酯脫碳的影響， 從理論上講只是局 部的，即在吸收過(guò)程中，由于原料氣中二氧化碳、硫化氫等酸性氣體溶解于溶劑 中并釋放出溶解熱使溶劑溫度升高。 但在溶劑再生時(shí)，由于溶解的二氧化碳、硫 化氫等酸性氣體幾乎會(huì)全部釋放出來(lái)，此時(shí)由于解吸吸熱，又會(huì)使溶劑溫

2、度回跌。 這樣吸收升溫和解吸降溫基本上可以抵消。雖然氣體的溶解或解吸效應(yīng)并不影響 溶劑的最終溫度，但是它們對(duì)不同過(guò)程中的溶劑溫度還是有影響的。 溫度對(duì)脫碳 的影響是十分明顯的，在合成氨生產(chǎn)中，降低脫碳工序的操作溫度，無(wú)疑對(duì)脫除 變換氣中的二氧化碳有利，這是因?yàn)椋档蜏囟?，使希望脫除的二氧化碳在碳?丙烯酯中的溶解度增加，而作為合成氨原料氣的氫、氮?dú)獾娜芙舛冉档?，其結(jié)果 是減少了溶劑的循環(huán)量和減少了氫、 氮?dú)獾膿p失，提高了經(jīng)濟(jì)效益。在同樣溫度 下，二氧化碳、硫化氫這些工藝氣體的溶解度隨壓力升高而增大。當(dāng)碳酸丙稀酯濃度一定，二氧化碳溶解度還與氣相中二氧化碳含量有關(guān)， 當(dāng)氣相中二氧化碳含 量逐漸增大

3、，則它在碳酸丙烯酯中的溶解度也逐漸升高。 這說(shuō)明純態(tài)下的二氧化 碳?xì)怏w將大于混合氣體中的二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度。吸收氣液比對(duì)工藝過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在工藝的經(jīng)濟(jì)性和氣體的凈化質(zhì)量。若氣液比增大，意味著在處理一定量的原料氣量時(shí)，所需的溶劑量就可以減少，在要求達(dá)到一定凈化 度時(shí)，吸收氣液比大，則相應(yīng)的降低了吸收推動(dòng)力，在單位時(shí)間吸收同樣的二氧 化碳就需要增大脫碳塔設(shè)計(jì)容量， 從而增大了塔的造價(jià)。對(duì)于一定的脫碳塔，吸 收氣液比增大后，凈化氣中二氧化碳含量增大，影響凈化氣的質(zhì)量。所以在生產(chǎn) 中應(yīng)根據(jù)凈化氣中二氧化碳含量要求，調(diào)節(jié)吸收氣液比至適宜值。1.2 文獻(xiàn)綜述碳酸丙烯酯法脫碳工藝自60年代開(kāi)

4、發(fā)以來(lái)，由于能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化 氫及有機(jī)硫化物，加之再生能耗等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外的天然氣、合成氣和制氫工業(yè)上， 已廣泛應(yīng)用。在國(guó)，最先是在小型合成氨裝置中用以代替加壓水洗，對(duì)老合成氨廠水洗工藝進(jìn)行改造，使脫碳能耗降低。近幾年來(lái)，在我國(guó)年產(chǎn)4萬(wàn)噸小尿素、小純堿裝置的合成氨配套工程中，用碳酸丙烯酯法脫出變換氣中二氧化碳， 得到 了良好的效果：工程投資省、工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、溶劑無(wú)毒害、濃溶劑對(duì) 碳鋼無(wú)腐蝕、再生不耗熱、回收的二氧化碳濃度高，回收率可以滿足尿素及純堿 生產(chǎn)的需要等優(yōu)點(diǎn)，因而得到推廣。實(shí)際上，碳酸丙烯酯法有其一定的適用圍，適合于氣體中 CO分壓>0.5MP， 溫度較低的條件下

5、，同時(shí)對(duì)氣體凈化度要求不高（出口 CO>1% ,只有在此條件 下使用碳酸丙烯酯法才是經(jīng)濟(jì)的。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)4 萬(wàn)mi/h合成氨原料氣的脫碳工藝設(shè)計(jì)操作溫度為：35C操作壓力為：1.6MR工藝流程說(shuō)明碳酸丙烯酯脫碳工藝流程一般由吸收、閃蒸、汽提（即溶劑再生）和氣相中碳酸丙烯酯法脫二氧化碳工藝流程圖吸收過(guò)程：由氮?dú)鋲嚎s工段來(lái)的約 1.6MR的變換氣，經(jīng)油分離器再次分離 氣體中的油沫后，從脫碳塔底部進(jìn)入，變換氣與塔中噴淋的碳酸丙烯酯液逆流接 觸，變換氣中大部分的二氧化碳被碳酸丙烯酯溶液吸收，出脫碳塔的凈化氣中含CO<2.0%.再經(jīng)碳酸丙烯酯回收器、碳酸丙烯酯分離器除去氣體中夾帶的碳酸丙

6、烯酯霧沫后送出工段去氮?dú)錃鈮嚎s工段。吸收了 CO后的碳酸丙烯酯富液從脫碳塔底引出并減壓進(jìn)入閃蒸槽，閃蒸出 溶解于富液中的H、2、CO及部分CO氣體。閃蒸氣經(jīng)碳酸丙烯酯捕集器除去氣 體中夾帶的碳酸丙烯酯霧沫后送往氮?dú)錃鈮嚎s工段予以回收，閃蒸后的碳酸丙烯酯富液進(jìn)入常解再生塔上段常解塔進(jìn)行二氧化碳解析。出塔常解氣含CO>98%由汽提鼓風(fēng)機(jī)補(bǔ)入防腐空氣后常解氣含CO>95.7%（干基CO氣體含氧量為0.5 0.6%），再經(jīng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓后，送至洗滌塔上洗去氣體中夾帶的碳酸丙烯酯霧 沫后送往尿素裝置的CO壓縮工段。常解后的碳酸丙烯酯溶液溢流進(jìn)入常解再生塔下塔頂部與汽提鼓風(fēng)機(jī)送入 塔的空氣逆流

7、接觸，進(jìn)一步氣提出殘留于富液的二氧化碳。 汽提氣經(jīng)洗滌塔下塔 去氣體中的碳酸丙烯酯霧沫后放空。出常解再生塔的碳酸丙烯酯貧液至中間貯槽 再經(jīng)脫碳泵加壓到約2.1MPa,經(jīng)溶劑冷卻器冷至35C送入脫碳循環(huán)使用。閃蒸是在低于吸收操作壓力下使溶于溶劑中的氣體解吸出來(lái)的過(guò)程。是物理溶劑再生方法中最常用的方法。閃蒸的另一目的是為了回收溶于溶劑中的某些氣 體組分，如：氫氣、甲烷等。由于各種氣體組分在碳酸丙烯酯中具有不同的溶解 度和平衡規(guī)律，因此可以通過(guò)控制閃蒸壓力來(lái)控制閃蒸氣中各組分的比例及各組 分的解吸量。一般情況下，難溶氣體易于閃蒸解吸。根據(jù)這個(gè)原理，可通過(guò)一至 幾級(jí)不同壓力等級(jí)的減壓，使溶于溶劑中的不

8、同氣體組分在解吸時(shí)得到相對(duì)是分 離和提純，這樣，工業(yè)上就可以按要求分別回收到各種氣體組分。閃蒸級(jí)數(shù)的確定往往與回收氣體的種類、數(shù)量和純度有關(guān)，每一級(jí)的閃蒸壓力都不同。從吸收 塔富液的第一級(jí)閃蒸到壓力遞減到常壓。各級(jí)閃蒸壓力在確定后，如果溶劑在該 閃蒸氣中有充足的停留時(shí)間，那么溶于該溶劑中的各種氣體組分將充分解吸，直接趨近于這些氣體在該溫度、該組分氣相分壓時(shí)的平衡溶解度。如在合成氨變換 氣的脫碳工藝上，往往設(shè)置二級(jí)至三級(jí)減壓閃蒸。第一級(jí)減壓閃蒸（如0.5MPa）是為了回收溶于溶劑中的氫氣和氮?dú)猓?第二級(jí)減壓閃蒸（如常壓）是為了回收二 氧化碳，同時(shí)使溶劑中的酸氣（二氧化碳）等濃度降低，以達(dá)到再生溶

9、劑的目的。 當(dāng)原料氣中二氧化碳分壓為 0.5MR左右時(shí)，經(jīng)溶劑吸收，再通過(guò)減壓閃蒸（包 括常壓閃蒸），一般可將二氧化碳吸收量的75%右解吸出去，剩余的25流右將 從汽提塔中吹出。如生產(chǎn)上需要多回收一些高純度的二氧化碳?xì)怏w。 可在常壓閃 蒸后再增設(shè)真空閃蒸。吸收過(guò)程和溶劑再生過(guò)程是碳酸丙烯酯脫碳脫硫工藝中最基本的兩個(gè)環(huán)節(jié)。 碳酸丙烯酯溶液的再生原理：當(dāng)二氧化碳分壓在2.0MR以下時(shí)，碳酸丙烯酯吸收二氧化碳基本上符合亨利定律：Cco2 Hco2 Pco2,提高吸收壓力，平衡溶解度 增加，對(duì)原料氣凈化有利。與吸收過(guò)程相反，降低壓力可使溶解在碳酸丙烯酯中 的二氧化碳?xì)怏w解吸出來(lái)，溶解在碳酸丙烯酯中的二

10、氧化碳等氣體的解吸過(guò)程即 稱為碳酸丙烯酯富液的再生。在低于吸收操作壓力下時(shí)溶于溶劑中的氣體解吸出 來(lái)時(shí)物理溶劑再生中最常用的方法。 再生度是指碳酸丙烯酯富液經(jīng)再生后， 殘留 在溶劑中的二氧化碳的含量，含量越低，則再生度越高。常壓閃蒸后的溶劑再經(jīng) 過(guò)汽提的再生工藝，是目前碳酸丙烯酯脫碳工藝中采用最普遍的一種。 我國(guó)合成 氨廠配尿素、純堿的脫碳工藝基本上如此。汽提所用的惰性氣體為空氣。為了保 證吸收工序后凈化氣中二氧化碳含量在 2%左右。所以溶劑的再生度要求較高。 脫碳過(guò)程中的能量回收：在碳酸丙烯酯脫碳過(guò)程中，有汽液料的升壓和降壓過(guò)程， 為了合理采用工藝本身的能量再流程圖上，應(yīng)考慮相應(yīng)的能量回收裝

11、置。真空再生：常壓解吸一空氣汽提碳酸丙烯酯溶劑再生工藝存在著一些缺點(diǎn)，由于碳酸丙烯酯富液中殘留的二氧化碳等氣體靠大量空氣汽提趕走，因而給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)許多副作用：其一采用常解壓空氣汽提再生工藝，二氧化碳的回收率不高，一般為 70% 左右；其二 空氣汽提的氣量一般為碳酸丙烯酯富液的 610倍，大量空氣帶走碳酸丙烯酯霧沫，造成溶劑的訊號(hào)增加、損耗增加，其損耗量約占整個(gè)碳酸丙烯酯溶液損耗的一半，從而增加了運(yùn)行費(fèi)用；其三 由于采用空氣汽提，碳酸丙烯酯貧液中溶解的氧使吸收后的凈化氣中氧含量增加，經(jīng)分析為 0.1%0.2%，影響了后工序銅洗操作，使銅比下降，銅液循環(huán)量比生產(chǎn)碳銨時(shí)增加近20%其四 小合成氨廠

12、變換氣中硫化氫的含量一般在 80150mg/m（標(biāo)），在脫碳時(shí)這些硫化氫也被吸收，經(jīng)空氣汽提時(shí)，便以單質(zhì)硫析出，造成堵塞管道和填料，影響工藝操作的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)不得不停車進(jìn)行清理。另外，由于空氣中含有水分，尤其是相對(duì)濕度較大的地區(qū)，容易造成系統(tǒng)中水不平衡，使碳酸丙烯酯濃度降低，吸收能力下降，由于溶劑中水分含量增加， 還易造成對(duì)設(shè)備的腐蝕等。針對(duì)以上情況，為提高脫碳裝置二氧化碳回收率， 減少碳酸丙烯酯損失，防止因 空氣吹入而帶來(lái)了硫化氫氧化副反應(yīng)的發(fā)生，減少腐蝕、堵塞、降解等不良作用， 以常壓一真空解吸的碳酸丙烯酯再生方法代替解吸一空氣汽提再生方法使必要 的。真空再生主要設(shè)備為真空再生塔。再生

13、再生塔的真空度由外接真空裝置調(diào)節(jié)。當(dāng)溶劑溫度一定時(shí)，真空度越大，從溶劑中解吸出來(lái)的二氧化碳等氣體量也越多，溶劑再生越完全。此時(shí)解吸出來(lái)的二氧化碳?xì)饬靠山频匕炊趸荚谔妓岜ブ邢嗥胶馐竭M(jìn)行計(jì)算。再生塔是溶解氣體從溶劑中解吸出來(lái)的裝置， 根據(jù)工藝流程的需要，選擇不 同的塔型，在采用常解壓汽提再生流程時(shí)，再生塔常解部分時(shí)淋降板式塔，汽提 部分采用填料塔，而真空再生流程則全部為淋降板式塔型， 采用淋降板式結(jié)構(gòu)優(yōu) 點(diǎn)在于增加解吸表面積，利于溶劑中溶解氣體解析完全。液體從上一層塔盤的中 心降液管下來(lái)，由邊緣降液管流下，再下一層塔盤上，再轉(zhuǎn)為中心管降液，液體 在各層塔盤上依次做離心或向心的徑向運(yùn)動(dòng)。

14、塔盤設(shè)有不同高度的溢流堰，以減 少每段行程長(zhǎng)度，降低每段行程的液面落差。汽提塔的作用是，以惰性氣體吹洗溶劑，使溶劑中殘留二氧化碳、硫化氫等 酸性氣體的含量得到進(jìn)一步降低。汽提過(guò)程實(shí)際上是吸收的逆過(guò)程。因此，可在 一只氣液逆流接觸的塔式設(shè)備進(jìn)行。工業(yè)上大多采用填料塔。與吸收塔的氣液物 料濃、稀端正好相反，在汽提塔的操作過(guò)程中，氣液濃端均在塔上部，而氣液物 料的稀端都在塔下部。隨工藝氣體帶出的溶劑出了以霧沫（氣體中的霧沫一般是指直徑在 50 m以 上的液滴，它可以通過(guò)網(wǎng)除霧器等簡(jiǎn)單的裝置將這些液滴從氣體中捕集下來(lái)）形式帶出以外，另一種形式是溶劑蒸汽。這部分溶劑蒸汽在通過(guò)絲網(wǎng)除霧器時(shí)并不 能捕集回收

15、下來(lái)。因此需要在工藝上另行考慮回收裝置。 目前，工業(yè)上回收氣流 中溶劑蒸氣的方法，主要采用水洗滌法，該法使含有溶劑蒸氣的氣體通過(guò)水洗滌 塔，使溶劑蒸氣溶解于水中成為稀的碳酸丙烯酯水溶液，生產(chǎn)上俗稱為稀液。該法因基于水和碳酸丙烯酯的部分互溶性。因此只有在互溶圍，溶劑蒸氣才能有效 溶于水中。循環(huán)洗滌法是指水中溶劑濃度在控制指標(biāo)以下時(shí)， 用泵輸送到回收塔中連續(xù) 循環(huán)，使氣體中的溶劑蒸汽不斷溶于循環(huán)稀液， 直到稀液中溶劑濃度達(dá)到控制指 標(biāo)時(shí)才注入循環(huán)溶劑中回收常解氣、汽提氣中碳酸丙烯酯霧沫的稀液，當(dāng)在洗滌塔中循環(huán)濃度達(dá)12%時(shí)，即加入至中間貯槽中回收作碳酸丙烯酯補(bǔ)充使用。當(dāng)碳酸丙烯酯溶液中有雜物時(shí)，設(shè)

16、計(jì)中設(shè)有碳酸丙烯酯過(guò)濾器， 將雜物濾出，以保證生產(chǎn)正常 進(jìn)行。在碳酸丙烯酯脫碳過(guò)程中，有氣液物料的升壓和降壓過(guò)程，為了合理采用工 藝本身的能量，在流程上，應(yīng)考慮相應(yīng)的能量回收裝置。在整個(gè)工藝流程中，要適當(dāng)調(diào)節(jié)吸收氣液比，吸收氣液比是指單位時(shí)間進(jìn)吸 收塔的原料氣體積（標(biāo)態(tài)）與進(jìn)料貧液體積（工況下）之比，該比值在某種程度 上也是反映生產(chǎn)能力的一種參數(shù)。由于單位體積溶劑在一定條件下，所吸收的酸 性氣體量基本為一定值，因而在其他條件不變的情況下，凈化氣中二氧化碳凈化 度明顯的隨著氣液比的減少而增加。對(duì)填料塔而言，加大氣液兩相的接觸面積可以提高吸收飽和度， 加大氣液接 觸面積的措施一般可通過(guò)增大填料容量

17、或選擇比表面積較大的填料來(lái)實(shí)現(xiàn)。提高R值之后雖然可降低溶劑循環(huán)量，但也必須考慮 R值增加后，相應(yīng)的塔高也將增 加，這樣，在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對(duì)具體工況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再選取合理的R值，工業(yè)上，吸收飽和度 R值一般取7080沱間。對(duì)于整個(gè)工藝過(guò)程，氣體的凈化程度也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)， 溶劑貧度主要對(duì) 氣體凈化程度有影響。溶劑貧度是指再生溶劑中某關(guān)鍵組分含量大小，以氣體標(biāo)準(zhǔn)體積/體積溶劑表示，在脫碳工藝中，關(guān)鍵組分為二氧化碳，溶劑貧度是指二 氧化碳在貧液中的含量。溶劑貧度的大小主要取決于汽提過(guò)程的操作。當(dāng)操作溫度確定后，在氣液相有充分接觸面積的情況下，溶劑貧度與惰性氣量有直接關(guān)系， 汽提氣液比愈大，

18、則溶劑貧度值愈小，但不能過(guò)分的加大汽提氣液比。 這樣會(huì)增 加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。惰性氣量究竟以多少為宜，以滿足溶劑貧度的要求為準(zhǔn)。在實(shí)際生 產(chǎn)中，常壓閃蒸后的溶劑中，一般二氧化碳含量為2.03.0m3（標(biāo)）/m3溶劑左右。 此時(shí)，汽提氣液比控制在612即可，使C達(dá)到所需程度。三工藝計(jì)算3.1入塔原料氣有關(guān)數(shù)據(jù)(1)變換氣組成(其他組分被忽略)成分COCOHb2CH合計(jì)%28.431.2052.3816.981.011003 m11372.30480.0020952.006792.00404.0040000kmol507.6821.43935.36303.2118.041785.71(2) 要求出塔凈化氣

19、中CQ的濃度不超過(guò)2.0%(3) PC吸收劑的入塔濃度根據(jù)操作情況選取(4) 氣液兩相的入塔溫度均為35C(5) 操作壓強(qiáng)為1.6MPa(6) 吸收劑選為：碳酸丙烯酯(以下簡(jiǎn)稱PC,PC的摩爾質(zhì)量為102.09kg/kmol碳酸丙烯酯水溶液的部分性質(zhì)(35°C)PC在水中的濃度溶液焓密度粘度mol%J/molg/cm3Mpr s0.00253.61.00000.91140.020039.71.01831.02780.030770.71.02891.0922碳酸丙烯酯在不同溫度下的粘度溫度，C運(yùn)動(dòng)粘度mri/s溫度C運(yùn)動(dòng)粘度mri/s溫度C運(yùn)動(dòng)粘度mri/s-5041.78-84.71

20、252.08-4021.41-64.52301.90-3010.96-34.12401.61-207.0003.76451.43-155.93112.80501.36-105.06202.30601.213.2 有關(guān)參數(shù)計(jì)算變換氣量40000m7h表1變換氣的組成及分壓成分COCOCONNCH合計(jì)體積百分?jǐn)?shù)(%)28.431.2052.3816.981.01100組分分壓(MPa)0.4550.0200.8390.2720.0171.602(kg/cm2)4.64290.20418.56122.77550.173516.3470(atm)4.49160.19748.28232.68510.16

21、7815.81443.2.1 PC的密度與溫度的關(guān)系=1.2233 0.001032t35°C 時(shí)：L2 = 1187kg/m337°C 時(shí)：口 = 1185kg/m33.2.2 CO 2在PC中的溶解度關(guān)系因?yàn)槭歉邼舛葰怏w吸收，故吸收塔 CO的溶解熱應(yīng)考慮，假設(shè)出塔氣、入塔 液的溫度相同，都為：Tv2=35C，出塔液的溫度：Tli=37C 吸收飽和度：80%用物料衡算和熱量衡算驗(yàn)證上述假設(shè)溫度碳酸丙烯酯在35C時(shí)的溶解度Xco2 :lg Xco2 = igP co? + 64425 4.112T644 25lg Xco2 = lg4.64 + 4.112273 35lg

22、Xco2 = -1.3623Xco2 = 0.0434kmol/kmolPC=0.0434 22.4 11871 102.09=11.30m3/m3PC式中：1187 出塔溶液的密度(近似取純 PC3C時(shí)的密度)35C時(shí)PC蒸汽壓(查4為8.67Pa)與操作總壓(1.6MPa)及CO的氣相分壓 (0.455 MPa )相比很小，故可認(rèn)為PC不揮發(fā)。323 PC的粘度:35 r時(shí)：炯l= -0.882 +185.5 =-0.882+185.5=0.3155T 153.1308 153.1所以l= 2.07mpas37 r時(shí)：炯l= -0.882 +185.5 =-0.882+185.5=0.3T

23、 153.1310 153.1所以l=1.996 mpa S3.3 物料衡算3.3.1 各組分在PC中的溶解量查得在操作總壓力為1.6MPa、操作溫度為35C下各組分在PC中的溶解度，并取相對(duì)吸收飽和度均為80%如下表2：表2組分溶解度與溶解氣體組成的體積百分?jǐn)?shù)成分COCO214CH合計(jì)組分分壓(MP)0.4550.0200.8390.2720.0171.602溶解度(m/m3PC13.80.03650.20.180.14.241溶解量(m/m3PC)11.040.02920.160.1440.019211.3928溶解氣組成的體積百分?jǐn)?shù)96.900.261.401.260.17100.00(

24、%因溶解氣中的CO占到96.90%,其他氣體在PC中的溶解度很小，可將多組分的 吸收簡(jiǎn)化為單組分的吸收。當(dāng)汽液達(dá)到平衡時(shí)：進(jìn)塔氣相摩爾比： 丫尸 0.28430.39731 yi 10.2843出塔氣相摩爾比：丫 2=丫(1- a)=0.3972(1-0.969)進(jìn)塔惰性氣體流量：VB 壘000273 (1 0.2843)=1132.8kmol/s22.4273 35對(duì)于純?nèi)軇┪?=0由 Vb(Y1-Y2)=L(X 1-X2)11313.44得：X J132.8©3972 0.°159)=0.0382設(shè)PC溶劑中CO殘量為0.3Nm/m3PCPC對(duì) CO的實(shí)際溶解能力為：

25、11.30 X 0.8 0.2 = 8.84 Nm3/m3PC3.3.2 溶劑夾帶量：以0.2 Nm3/m3PC計(jì)，各組分被夾帶的量如下CO2 : 0.2 X0.2843 = 0.05686 Nm 3/m 3PC33CO : 0.2 X0.0.012 = 0.0024Nm /m PC33H 2 : 0.2 X0.5238= 0.1048Nm /m PCN 2 :0.2 X0.1698=0.034Nm /m PCCH 4 : 0.2 X0.0101 = 0.0020Nm /m PC3.3.3 溶液帶出的氣量CO2：0.05686 11.04 11.0969 Nm 3/m3PC95.70%CO :

26、0.0024 0.02920.0348Nm 3/m3PC0.30%H2:0.1048 0.16 0.2648Nm 3/m3PC2.28%N2:0.034 0.144 0.178 Nm 3/m 3PC1.54%CH 4: 0.0020 0.0192 0.0212Nm 3/m 3PC0.18%11.5925Nm3/m 3PC 100%出脫碳塔凈化氣量進(jìn)塔總氣量 Nm3 / h出塔總氣量 Nm3/hV3溶液帶出的總氣量 Nm3 / hy1、y2、y3分別表示CO相應(yīng)的體積分率對(duì)CO作物料衡算有：V1=V2+V3My1= V2y2+ V3y3聯(lián)立得：M(y1 y2)40000 (0.2843 0.02

27、)3 亠-1211282.8Nm /hy3 y20.9570 0.02M V3 40000 11282.8 28717.2Nm3/h335 計(jì)算PC循環(huán)量因每impc帶出的CQ為11.0969NnVh，有:7劄311.096911282.8 0.957011.0969973.03m3/h973.03 11871154989.07kg/h 11313.44kmol / h操作的氣液比為：V/L 4000%73 03 41.11Nm3/m33.3.6 帶出氣體的質(zhì)量流量夾帶氣量：973.03 0.2 194.606 Nm3/h夾帶氣的平均摩爾質(zhì)量：M1 =44 X 0.2843+28 X 0.01

28、2+2 X 0.5238+28 X 0.1698+16 X 0.0101=18.809kg/kmol夾帶氣的質(zhì)量流量：194.606 22.4 18.809163.408kg/h溶解氣量：11282.8 194.60611088.194Nm3 / h溶解氣的平均摩爾質(zhì)量:Ms =44 X 0.969+28 X 0.0026+2 X 0.014+28 X 0.0126+16 X 0.0017=43.1168 kg/kmol溶解氣的質(zhì)量流量：11088.194 22.4 43.116821343.189kg / h帶出氣體的總質(zhì)量流量：163.408+21343.189=21506.597kg/h

29、3.3.7 驗(yàn)算凈化氣中CO含量吸收液中CO殘量為0.3Nm/m3PC時(shí)，凈化氣中CO的含量取脫碳塔阻力降為03kgf/cm2，則塔頂壓強(qiáng)為16.3470 0.3 16.047kgf /cm2此時(shí)，CO的分壓為：FCo2 16.047 0.02 0.3209kgf /cm2 31.469kR ,與此分壓呈平衡的CO液相濃度為:644 25lg X CO20.3209401122308.15lgXCO20.494 2.091 4.1122.515X co20.003058kmolCO 2 / kmolPC0.003058 22.4102.°911920.799Nm3co2/m3pc 0

30、.3Nm3co2 /m3 pc1192 吸收液在塔頂35C時(shí)的密度，近似取純 PC液體的密度計(jì)算結(jié)果表明，要使出塔凈化氣中的CO濃度不超過(guò)2.0%，則入塔吸收液中CO的極限濃度可達(dá)0.799Nni/m3PC,本設(shè)計(jì)取值在其所需求的圍之，故選值滿足要求3.3.8 出塔氣體的組成出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與PC帶走氣體的體積流量之差:CO: 40000X 0.2843-9 73.03 X 110969=1368.895NrrYh1.28%CO 40000X 0.012-973.03 X 0.0348=459.522Nm3/h1.60%3H2: 40000X 0.5238-973.03

31、 X 0.2648=1368.895Nm/h72.54%2： 40000X 0.1698-973.03 X 0.178=6677.422Nm"/h23.25%CH: 40000X 0.0101-973.03 X 0.0212=3830372NnVh1.33 %出塔氣的平均摩爾質(zhì)量：胚 44 0.0128 28 0.016 2 0.7254 28 0.2325 16 0.0133 9.18kg/kmol出塔氣的質(zhì)量流量：Lv2=28722- 22.4 X 9.18=11770.9kg/h3.4 熱量衡算在物料衡算中假設(shè)出塔液相的溫度為 37C,出塔氣相的溫度為35C，現(xiàn) 通過(guò)熱量衡算對(duì)

32、假設(shè)的溫度進(jìn)行校核。3.4.1 混合氣體的定壓比熱容Gv真實(shí)氣體的定壓比熱容難以查到，氣體的壓力并不很高，所以借助理想氣 體的定壓比熱容公式近似計(jì)算，計(jì)算公式為： Gira+bT+c+diT3,其溫度系數(shù)如 下表 3: CP的單位為(kcal/kmol C) /(KJ/ kmol C)表3各氣體組分定壓比熱容公式中的溫度系數(shù)組分溫度系數(shù)定壓比熱容abcd6(37 C)CP2(35 C)CO4.728-21.754 X 105-1.338 X 10-4. X 10-98.929/37.38.951/37.488CO7.373-0.307 X 10"6.662 X 10-6-3. X 1

33、0-96.969/29.16.97/29.188146.4832.2 15X 10-3-3.298 X 10-61.826 X 10-96.902/28.96.904/28.901N7.44-0.324 X 10-:6.4 X 10-6-2.790 X 10-6.968/29.16.968/29.1988CH4.598-21.245 X 10-62.86 X 10-2.703 X 10-8.625/37.68.625/37.6922Gv=Cpy =37.28 X 0.2843+29.18 X 0.012+28.9 X 0.5238+28.18 X 0.1698+37.62 X 0.0101 =

34、31.42KJ/ kmol -CGv=CPi yi =37.48 X 0.0128+29.18 X 0.016+28.91 X 0.7245+28.18 X 0.2325+37.62 X 0.0133 =29.20KJ/kmol -C3.4.2 液體的比熱容6溶解氣體占溶液的質(zhì)量分率：(8.84 22.4) 43.121187=0.0141187 35C純PC的密度其量很少，因此可用純PC的密度代替溶液的密度 文獻(xiàn)4查得純PC的定壓比熱容與溫度的關(guān)系式：Gl=1.39+0.00181 （t-10 ）算得： 35C 時(shí)：Gli=1.435 KJ/kgC37C 時(shí)：Gl2=1.438 KJ/kg

35、-C343 CQ的溶解熱QS從7文獻(xiàn)查得Hco2 =14654kg/kmolco2co2 =1.964kg/m3CQ在 PC中的溶解量為：8.84 x 973.03=8602NnVh=384.0kmol/h故 Q=14654x 384.0=5627136KJ/h344 出塔溶液的溫度Tli全塔物料衡算帶入的熱量（Qi+ Qv2） +溶解熱量（QS）=帶出的熱量（Q2+ Qli+ Qv夾） 原料氣帶入量Qi=V1Gvi（Tvi-To）=4OOOO/22.4 x 31.42 x 35=1963750KJ/h溶劑帶入量溶劑中 CQ殘余量：O.3 x 973.03 x 1.964=573O3kg/hQ

36、 L2=L2xc PL2（TL2-To） =（1154989+57303） x 1.438 x 35=57674114 KJ/h溶解熱：Q=5627136KJ/h凈化氣帶出熱：Q2=2XCpv2（TvaTo）=28722/22.4 x 29.2O x 35=1310441 KJ/h富液帶出熱：QL.1= L1 xc pl1（T l1-T o）L 1=1154989+573.3+21343.189=1176905.5 kg/h所以，Q1=11769O5.5 x 1.435 T “=1688859.4 J KJ/h夾帶熱：Q夾=194.606/22.4 x 31.42 x （T L1-To）=27

37、2.97T “KJ/h熱量平衡：1963750+57674114+5627136=1310441+1688859.4 £得：Tl1=37.88 C所以，Q夾=10340.1 KJ/hQ1=1963750+57674114+5627136-1310441-10340.仁63944218 KJ/h求得溫度與假設(shè)相近，可以接受3.5 最終衡算結(jié)果輸入項(xiàng)入塔氣及其組成（35 C）3V1=40000Nn/h=40000/22.4 X 18.809=33587.5kg/hQi=1963750 KJ/hM1 =18.809COCOCHNnh11372.00480.0020952.006792.00

38、404.004000028.231.2052.3816.891.01100%入塔液及其組成（35 C）L2=1154989+573.3=1155562.3kg/hQ2=57674114kg/hCOCOH22CHNnh291.91291.91CO的溶解熱VCo=9602NrT/h=16894.3kg/hQ=5627136KJ/hG=V+L2=1189150kg/hQ= Qv1+Q2+Q=65265000KJ/h輸出項(xiàng)出塔氣及其組成（35C）V2=28717.2Nnr/h=11768.9kg/hQ=1310441KJ/hM2=9.18COCOCHNnh368.895459.5520833.5576

39、677.422383.372287221.281.6072.5423.251.33100%出塔液及溶解氣組成（37C）L1=1176905.5kg/hQi=63944218KJ/hMS =43.117COCOCHNnh10744.528.8155.2.718.811088.19496.900.261.401.260.17100%出塔液夾帶氣組成（37 C）3V 夾=194.606Nm/h=163.4kg/hQV 夾=10340.1KJ/hM 夾=18.81COCONCHNrh55.3257.6611.9333.041.97194.628.231.2052.3816.981.01100%G=M+

40、L=1188674.4 kg/hQ=Q?+Q1+Q 夾=65265000 KJ/h3.6總結(jié)（1）通過(guò)對(duì)脫碳填料塔的物熱衡算知，碳酸丙烯酯脫碳為高濃度、多組分、非等溫的物理吸收過(guò)程，PC除了要吸收CO外，對(duì)其他氣體都有不同程度的溶解吸 收作用，因CO f、2、CH等氣體在PC中的溶解度比CO小得多（其總量不超 過(guò)5%故可以將多組分吸收的問(wèn)題簡(jiǎn)化為單組分吸收的計(jì)算，所致誤差工程上 可以接受（2）CO在PC中的溶解熱不能被忽略，因此，在吸收塔存在一個(gè)溫度分布，在 塔的各個(gè)截面上，其相平衡常數(shù)各不相同，塔的溫度分布可通過(guò)物熱衡算算出。（3）在衡算過(guò)程中，雖然有些簡(jiǎn)化假設(shè)，但衡算結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際基本相符

41、，所 以可作為吸收塔設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)。四主設(shè)備計(jì)算工業(yè)上使用填料塔較普遍，本工藝計(jì)算方法按填料塔計(jì)算 經(jīng)比較，選DG50m聚丙烯階梯環(huán)(米字筋)，比表面積 at=114.2m2/m3查文獻(xiàn)，得：A=0.204,干填料因子 芻=143.3m-1,已知條件；進(jìn)塔變換氣量40000Nmh碳酸丙烯酯循環(huán)量973.03m3/h脫碳塔操作壓力1.6MFa4.1 物性數(shù)據(jù)混合氣體的重度：nT°P( MiY)i 1G22.4TZn式中3 g 混合氣體的密度，kg/mTo標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，273.15KT混合氣體溫度，KP混合氣體壓力，atm乙一壓縮系數(shù)，乙=1M混合氣體中i氣體分子量Y i氣體在混合氣體

42、中的 mol%M iY =18.809kg/kmoli 1混合氣體的粘度:273.15 16 18.80922.4 308 13=11.9148kg/mn0.5 yi ii(Mi)i 1g nyi(Mi)0.5i 1li(T )ogi (273.15)Li i氣體粘度，cpogii氣體在0°C,常壓時(shí)的粘度,cpm關(guān)聯(lián)式指數(shù)0C時(shí)常壓氣體的粘度ogj如下表:氣體COCO2CHogi (mpa s)1.3 4X 10-21.66 X 10-20.84 X 10-21.66 X 10-21.20關(guān)聯(lián)式指數(shù)m如下表:氣體COCOHN>CHm值0.9350.7580.7710.7560

43、.763計(jì)算得：co2-2=1.50 X 10 mp s-2co =1.82 X 10 mp s2 2h2=0.92 X 10 mp sn2=1.82 x 10 mp s-2ch4 =1.32 X 10 mp sn0 5-2% "MJ =5.32 X 10i 1得：y® cO2(Mc°2)0.5=2.83 X 1020 52yco co(Mco). =0.12 X 10yH2 h2(Mh2)0.5=0.68 x 1020 5-2yN2 N2(MN2)=1.64 X 100 5-2ycH4 CH4（MCH4） =0.05 x 10nyi（Mi）05 =3.63i 1

44、得：yco2（Mc°2）0.5 =1.89yco（Mco）05 =0.06yH2（MH2）0.5 =0.740 50 5yN2（MN2）=0.90ycH4（McH4）=0.04所以= 5.32 103.632=1.47 x 10 mpa s二氧化碳的擴(kuò)散系數(shù)：先由雙元擴(kuò)散系數(shù)關(guān)聯(lián)式求出 CO氣體在i氣體中的擴(kuò)散系數(shù)，然后再求 CO在混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)由公式：1.7511 1 DCO2 i20.00仃()2M CO2 Mi7DCO211 2P( V)cO2 ( V)i3式中：(V)c°2、( V)i CO氣體、i氣體的分子擴(kuò)散體積，見(jiàn)下表氣體COCOHbN>CH分子擴(kuò)

45、散體積 V26.918.97.0717.916.1由表得：Dco2 co =0.047Dco2 h2 =0.264DCO2 N2 =0.0489DCO2 CH4 =0.氧化碳在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)：1 yCO21 0.28432-3 2DG 2=1.83cm/s=0.183 x 10 m/s計(jì)算得：yco =0.DCO COyHDCO H 2DCO n4=0.257=0.027DCO ch4n y 0.392氧化碳在碳酸丙烯酯中的擴(kuò)散系數(shù):T-8 -8l=7.78 X 10 X =7.78 X 10 X 308/2.07L=1.158 X 10-5cm/s= 1.158 X 10-9m/s氧化碳在

46、碳酸丙烯酯中的溶解度系數(shù)：H=LXc°2M pc pco2由物熱衡算知:3Pco2 =31.469kPaXco2 =0.003058kmolCQ/m PC所以，H=0.035kmol/(kp a. mi)4.2 脫碳塔泛點(diǎn)速度計(jì)算：2Lg也（芻）0.2 =A - 1.75（G）14（）18gLGL式中：W泛點(diǎn)空塔速度，m/sg重力加速度，9.81m/s2L 碳酸丙烯酯粘度，2.07 （cp）目一干填料因子，143.3m-1L 碳酸丙烯酯35T時(shí)的密度，1187kg/m3L碳酸丙烯酯流量，1154989.07kg/hG進(jìn)塔氣體流量，G=4000（X 0.84=33600kg/h將上述各

47、值帶入公式：Lg2Ufg（為0.2 =A - 1.75(丄)4()爲(wèi)GLLg2Ufg（為L(zhǎng).2 =0.1.75 (1154989.0733600)14(11.91)18(1187)Lg0.1695Lg2F=-2.18所以，泛點(diǎn)空塔速度 F=0.1975m/s4.3 脫碳塔塔徑計(jì)算 操作速度取泛點(diǎn)速度的70%即操作速度 u=0.1975 X 70%=0.1382m/s操作狀態(tài)下的氣體體積流速：1273 3513/V= 40000=0.783m/s162733600 脫碳塔徑DD=4 0.783=2.69m'3.14 0.1382實(shí)際取塔徑 2700mm 塔截面積：At= D22.692

48、=5.68m244 實(shí)際空塔速度：蘭 4 0.7832 =0.137m/sD23.14 2.72 核算徑比：D/d=2700/50=54,滿足階梯環(huán)的徑比要求 泛點(diǎn)率校核： =0.137/0.1975 X 100%=69.37%>50%(允許圍),因?yàn)閷?duì)于散裝Uf材料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值一 =0.50.85Uf 噴淋密度的校核: 依Morris等的推薦，d<75mm環(huán)形及其他填料的最小潤(rùn)濕速率(MW)為0.08m3/(m h)由式 L 噴，min=(MWR) at=0.08 X 114.2=9.136m3/(m2 h)因?yàn)長(zhǎng)h0.785D2973.030.785 2.972=140.

49、52 m3/(m2 h)故滿足最小噴淋密度要求4.4 填料層咼度計(jì)算根據(jù)式Z=Hog.NOJYidYY2Y Y傳質(zhì)單元高度Hdg計(jì)算:=VboKYa其中 KYa=KGa Pi i kGaHa1 exp 1.45(二)0.75(-)0.1(-) 005 ()0.2LatLL gLL®aw采用恩田式：awat來(lái)計(jì)算填料潤(rùn)濕面積由式：液相傳質(zhì)系數(shù)：譏=0.0095（-,3（） 2Lg）'3aw LL DLL氣相傳質(zhì)系數(shù):kG=0.237 （出）07（）13（旦匹）at GDG GRTa.列出各關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)氣體性質(zhì)（以塔底35C, 1600kpa原料氣計(jì)）：G=11.91kg/

50、m3（前已算出），G =1.47 x 102m pa. s=0.0147 x 10-3pa. s（前已算出）D g=0.183 x 10-5m/s（前已算出）液體性質(zhì)（以塔底37C碳酸丙烯酯為準(zhǔn)）：l =1185 kg/m3 （前已算出）3 92L=1.996m pa. s =1.996 x 10- p. s （前已算出）DL=1.158 x 10- m/s（前已算出）L = 43.617-0.114t=43.617-0.114 x 37=39.4dyn/cm=39.4 x 1-0N/m氣體與液體的質(zhì)量流速：1154989 “cc 2、g=2 =56.06kg/(m s)3600 0.785

51、2.722g=2 =1.63 kg/(m s)3600 0.785 2亍33587.5DG50m聚丙烯階梯環(huán)（亂堆）：23dp=500.05m, a t=114.2m/mc =40dyn/cm=40 x 10N/m ,查文獻(xiàn)7化學(xué)工程書冊(cè)第12篇?dú)怏w吸收手冊(cè)，有關(guān)填料形狀系數(shù)=1.45由式：aw 1 exp 1.45()0.75( L)0.1 (atLatLlG屯) 0.05 ( Lg ) 0.2gL Lat=1-exp-1.45 (匹 1039.4310 昇75(114.2 1.996 10 356.062)0.1 (56.06 ) ( 21185114.2) 0.059.81 )(56.0

52、621185 39.4 10 3 114.2)0.2=1-exp-1.45 x 1.011x 1.734 x 1.2 x 0.90=1-exp(-2.744)=0.936所以，aw=0.936 x 114.2=106.9 m2/m3C.由式：kL=0.0095 (匚)3(aw LL)12( Lg)13LlDl=0.009556.061.996()23(1.996) 12(106.9 1.996 10 3) (1185 1.158 10 9)31.996 109.81 J3( )31185=0.0095 x 41.02 x 0.026 x 0.025-4=2.58 x 10 m/sd.由式：kG=0.237 (衛(wèi)匚)°.7()(3(色匹)at gDg g RT1.63=0.237 (3)Q.7(a0147 510 3)13114.2 0.0147 100.183 1011.91114.2 0.183 108