年产八万吨合成氨原料气净化脱碳及再生工艺设计(毕业设 联系客服

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填料是填料塔的核心,它提供了塔内气液两相的接触面,填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面,有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料,20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等,为先进的填料塔设计提供了基础。

填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程,多用于气体的净化。该塔结构简单,易于用耐腐蚀材料制作,气液接触面积大,接触时间长,气量变化时塔的适应性强,塔阻力小,压力损失为300~700Pa,与板式塔相比处理风量小,空塔气速通常为0.5~1.2m/s,气速过大会形成液泛,喷淋密度6~8m3/?m2?h?以保证填料润湿,液气比控制在2~10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气,设计时应克服塔内气液分布不均的问题。

本设计采用填料塔逆流操作。

4.3物料衡算

4.3.1各组分在PC中的溶解量

查各组分在操作压力为1.65MPa、操作温度为30℃下在PC中的溶解度数据,并取其相对吸收饱和度均为70%,将计算所得结果列于下表(亦可将除CO2以外的组分视为惰气而忽略不计,而只考虑CO2的溶解):CO2溶解量的计算如下:

各个溶质溶解量的计算如下:(以CO2为例)

通过第一部分已知CO2在35℃的平衡溶解度XCO2?0.032kmolCO2/kmolPC

XCO2?0.032kmolCO2/kmolPC?0.032?22.433

?8.34 Nm/mPC

102.09/1188式中:1188为PC在35℃时的密度,102.09为PC的相对摩尔质量 CO2的溶解量为8.34×0.7=5.838Nm3/m3PC

4.6 计算结果汇总

组分 组分分压,MPa 溶解度Nm/mPC 溶解量,Nm/mPC

3

33

3

CO2

0.330 8.34 5.838

CO 0.099 0.012 0.008

H2

0.545 0.082 0.057

N2

0.347 0.079 0.055

CH4 0.330 0.221 0.155

合计 1.65 8.734 6.114

溶解气所占的百分95.49 数%

说明:进塔吸收液中CO2的残值取0Nm3/m3PC,即纯碳酸丙烯酯入塔混合气平均分子量:

Mm1?44.01?0.20?28.01?0.06?2.02?0.33?28.01?0.21?16.04?0.2

0.13 0.93 0.90 2.54 100.00

=20.24 kg/kmol 溶解气体的平均分子量:

Ms?44.01?0.9549?28.01?0.0013?2.02?0.0093?28.01?0.009?16.04?0.0254 =42.74kg/kmol

4.3.2溶剂夹带量

以0.2 Nm3/m3PC计,各组分被夹带的量如下: CO2: 0.2×0.2 =0.04 Nm3/m3PC CO: 0.2×0.06=0.012 Nm3/m3PC H2: 0.2×0.33=0.066Nm3/m3PC N2: 0.2×0.21=0.042Nm3/m3PC

CH4: 0.2×0.2=0.04Nm/mPC

3

3

4.3.3溶液带出的气量

各组分溶解量:

CO2: 5.838Nm3/m3PC 95.49% CO: 0.008 Nm3/m3PC 0.13% H2: 0.057 Nm3/m3PC 0.93% N2: 0.055Nm3/m3PC 0.90% CH4: 0.155 Nm3/m3PC 2.54% 6.114 Nm3/m3PC 100% 夹带量与溶解量之和:

CO2:0.04+5.838=5.878Nm3/m3PC 93.11% CO:0.012+0.008=0.02Nm/mPC 0.32% H2:0.066+0.057=0.123 Nm3/m3PC 1.95% N2:0.042+0.055=0.097Nm3/m3PC 1.54% CH4:0.04+0.155=0.195 Nm3/m3PC 3.09%

6.313 Nm/mPC 100%

3

3

33

4.3.4出脱碳塔净化气量

以V1、V2、V3分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量,以y1、y2、y3分别

代表CO2相应的体积分率,对CO2作物料衡算有:

V1 =47777.3 Nm3/ h

V1?V2?V3 V1y1?V2y2?V3y3

联立两式解之得 V3=V1(y1-y2)/(y3-y2)

=4300×11.111×(0.20-0.005)/(0.9311-0.005)=10060Nm3/h

V2 = V1 - V3 =37717.3 Nm3/ h

4.3.5计算PC循环量

因每1 mPC 带出CO2为5.878 Nm ,故有: L=V3y3/5.878=10060×0.9311/5.878=1593.5m3/h

操作的气液比为V1/L=47777.3/1953.5=29.98

3

3

4.3.6出塔气体的组成

出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC带走气体的体积流量之差。

CO2:47777.3×0.20-5.878×1593.5=95.31Nm3/h 0.50% CO:47777.3×0.06-0.02×1593.5=635.58Nm3/h 7.52% H2: 47777.3×0.33-0.123×1593.5=12049.38Nm3/h 41.28% N2: 47777.3×0.21-0.097×1593.5=5610.54Nm/h 26.19% CH4:47777.3×0.20-0.195×1593.5=9244.73 Nm3/h 24.45% 18391.81Nm3/h 100%

3

4.4计算数据总表

出脱碳塔净化气量

进塔带出气量(V1)Nm3/h

47777.3

气液比

入塔气体平均分子量Kg/Kmol 溶解气体平均分子量Kg/Kmol

出塔气量(V2)Nm3/h

37717.3

溶液带出的总气量(V3)Nm3/h

10060 29.98 20.24 42.74

PC中的溶解量(溶解气量及其组成)35℃

组分

CO2

CO

H2

N2

CH4

总量

溶解度,Nm/mPC 溶解量,Nm3/m3PC 溶解体积流量Nm3/h 溶解气所占的百分

数%

33

8.340 5.838 9303.27 95.49

0.012 0.008 12.67 0.13

0.082 0.057 90.61 0.93

0.079 0.055 87.68 0.90

0.221 8.734 0.155 6.114 243.57 2.54

9742.66 100.00

出塔液相带出气量及其组成 35℃

溶解量, Nm3/m3PC

5.878

0.008 32.19 0.32

0.123

0.097

0.195 6.313 310.85 10060 3.09

100.00

体积流量 Nm3/h 9366.87 溶解气所占的百分

数%

93.11

196.17 154.92 1.95

1.54

入塔气相及其组成 25℃

体积流量 Nm/h 溶解气所占的百分

数%

3

9555.46 2866.64 15766.51 10033.23 9555.46 20.00

6.00

33.00

21.00

20.00

47777.3 100.00

出塔气相的组成 30℃

体积流量 Nm/h 溶解气所占的百分

数%

3

188.87 0.50

2834.77 15570.51 9878.66 9244.73 7.52

41.28

26.19

24.45

37717.3 100.00

入塔液相及其组成 25℃

体积流量 Nm/h 溶解气所占的百分

数%

3

1593.5 100.00

1593.5 100

在物料衡算中曾假设出塔溶液的温度为35℃,现通过热量衡算对出塔溶液的温度进行校核,看其是否在35℃之内。否则,应加大溶剂循环量以维持出塔溶液的温度不超过35℃。具体计算步骤如下:

4.4.1混合气体的定压比热容

因未查到真实气体的定压比热容,故借住已知公式近似计算该真实气体混合

5?2物,公式Cpi?Ai?0.001BT ?Di?106T2,其温度系数查文献如下表:i?Ci?10T