发布时间 : 星期三 文章年产八万吨合成氨原料气净化脱碳及再生工艺设计(毕业设更新完毕开始阅读
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