5万m3_h合成氨原料气脱碳工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

5万m3_h合成氨原料气脱碳工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

气的质量流量： hkg / 41 37 45  带出气体的总质量流量： += 验算净化气中 CO2含量 吸收液中 CO2残量为 ，净化气中 CO2的含量 : 取脱碳塔 阻力降为 ，则塔顶压强为 2/ cmk g f , 此时， CO2的分压为： aCO kPcmk g fP 3 7 2 。 查 文献 [13]知 ： 与此分压呈平衡的 CO2液相浓度为： PCmcoNmPCmcoNmk m o l P Ck m o l C O3233232COCO/ 0 2 1 8 0 2 0 0 /0 0 2 0 0 2 . 6 9 74 . 1 1 22 . 0 9 8 5 0 . 6 8 2 5 61 1 0 7 4 42 0 7 lg 22 式中： — 吸收液在塔顶 34℃ 时的密度 （ 近 取纯 PC 液体的密度 ）。 计算结果表明，要使出塔净化气中的 CO2浓度不超过 %，则入塔吸收液中CO2的极限浓度可达 ,本设计取值在其所需求的范 围之内，故选值满足要求。 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： 50000 1 =℅ CO： 50000 696=℅ H2： 50000 =℅ N2： 50000 =℅ CH4： 50000 =℅ :  ％ 17 出塔气的平均摩尔质量： M 2＝ 44 ＋ 28 ＋ 2 ＋ 28 ＋ 16 ＝ 出塔气的质量流量： LV2=247。 = 热量衡算 在物料衡算中假设出塔液相的温度为 37℃ ,出塔气相的温度为 34℃ ，现 通过热量衡算对假设的温度进行校核。 混合气体的定压比热容 CPV 真实气体的定压比热容难以查到，气体的压力并不很高，所以借助理想气体的定压比热容公式近似计算，查 文献 [13]知 计算公式 为： CPi=ai+biT+ciT2+diT3,其温度系数如下表： CP的单位为（ kcal/kmol﹒ ℃ ） /(KJ/ kmol﹒ ℃ ) 表 各气体组分定压比热容公式中的温度系数 组分 温度系数 定压比热容 a b c d CP1(37℃ ) CP2(34℃ ) CO2 103 105 109 CO 103 105 109 H2 103 105 109 N2 103 105 109 CH4 103 105 109 CPV1= iPiyC =+++ + =﹒ K CPV2= iPiyC =+++0.24486+ =﹒ K 液体的比热容 CPL 实际溶解的 CO2为 Nm3/hPC。 查 文献 [13]知 溶解气体占溶液的质量分率： 18 1 8 2 ) 0 0 (  = 式中： — 34℃ 纯 PC 的 密度 由计算知 其量很少，因此可用纯 PC 的密度代替溶液的密度。 查 文献 [13]知： 纯 PC的定压比热容与温度的关系式： CPL=+（ t10） 算得： 34℃ 时： CPL1= kJ/kg﹒ ℃ 37℃ 时： CPL2=﹒ ℃ CO2的溶解热 QS 查 文献 [13]知 ： 2Hco =14654kg/kmol 2co=CO2在 PC中的溶解量为： =故 QS=14654 =。 出塔溶液的温度 TL1 全塔物料衡算 带入的热量（ Qv1+ Q2） +溶解热量（ QS） =带出的热量（ Qv2+ QL1+ QV夹 ） 原料气带入量 Qv1=V1CPV1(TV1T0)=50000247。 =溶剂带入量 溶剂中 CO2残余量： 7= QL2=L2C PL2(TL2T0)=(+) 33 4 = kJ/h 溶解热： QS=净化气带出热： Qv2=V2C PV2(TV2T0)=247。 =富液带出热： QL1= L1C PL1(TL1T0) L1=++= kg/h 所以， QL1= 9 TL1= kJ/h 夹带热： 19 QV夹 = (T L1T0)=热量平衡： Qv1+ Qv2 +QS=Qv2+ QL1+ QV夹 得： tL1=℃ 所以， QV夹 =QL1= =求得温度与假设相近，可以接受。 最终衡算结果 输入项 ： 入塔气及其组成（ 34℃ ） V1=50000Nm3/h=50000/ =Qv1= kJ/h 1M =表 入塔气的气量与体积分数 CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h 13750 50000 % % % % % 100% 入塔液及其组成（ 34℃ ） L2=+=QL2=CO2的溶解热 VCO2=14654Nm3/h=QS=Gi=V1+L2=Qi= Qv1+QL2+QS=输出项 ： 出塔 气及其组成（ 34℃ ） V2=Qv2=2M = 20 表 出塔气的气量与体积分数 CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h ％ ％ ％ ％ ％ 100% 出塔液及溶解气组成（ 37℃ ） L1=QL1=SM =表 出塔液中气体气量与体积分数 CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h % % % % % 100% 出塔液夹带气组成（ 37℃ ） V 夹 =248,312Nm3/h=214,100kg/h QV夹 =夹M =表 出塔液夹带气的气量与体积分数 CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h ％ ％ ％ ％ ％ 100% G0=V2+L1= kg/h Q0=QV2+QL1+QV夹 = 小结 ① 通过对脱碳填料塔的物热衡算知，碳酸丙烯酯脱碳为高浓度、多组分、非等温的物理吸收过程， PC 除了要吸收 CO2外，对其他气体都有不同程度的溶解吸收作用，因 CO、 H N CH4等气体在 PC中的溶解度比 CO2小得多（其总量不超过 21 5%）故可以将多组分吸收的问题简化为单组分吸收的计算，所致误差工程上可以接受。 ② CO2在 PC中的溶解热不能被忽略，因此，在吸收塔内存在一个温度分布，在塔的各个截面上，其相平衡常数各不相同，塔内的温度分布可通过物热衡算算出。 ③ 在衡算过程 中，虽然有些简化假设，但衡算结果与生产实际基本相符，所以可作为吸收塔设计的计算依据。 22 第 4 章 主设备计算 工业上使用填料塔较普遍，本工艺计算方法按填料塔计算。 经比较，选 DG25mm 聚丙烯阶梯环（米字筋），查 文献 [16]知 ： A= 干填料因子3a=172m1, 比表面积 at=223m2/m3。 已知条件 ： 进塔变换气量 50000Nm3/h； 碳酸丙烯酯循环量 ； 脱碳塔操作压力。 塔设备 ，是石油、化工、轻工生产中广泛使用的重要生产设备。 在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程。 碳酸丙烯酯脱除二氧化碳工艺设计采用填料塔吸收效果较好，本次填料塔的工艺设计主要包括 脱碳塔泛点速度计算，脱碳塔塔径计算，填料层高度计算， 塔附属 高 度计算及 填料层压降计算等。 物性数据 查 文献 [15]混合气体的 密 度： nini iG TZYMPT)(10  式中 G — 混合气体的密度， kg/m3 T0— 标准状态下 温度， T— 混合气体温度， K P— 混合气体压力， atm Zn— 压缩系数， Zn =1 Mi— 混合气体中 i 气体分子量 ， kg/mol Yi— i 气体在混合气体中的 ， mol% 23 ni iiYM1 =11 0 1 3 2 0 3 5 0 7 3 6  G =3 查 文献 [15]混合气体的粘度： niiiniiliiGMyMy11)()( mogili T )(  Li — i 气体粘度， cp ogi — i 气体在 0℃ ，常压时的粘度， cp m— 关联式指数 表 0℃ 时常压气体的粘度 ogi 气体 CO2 CO H2 N2 CH4 ogi (mpa﹒ s) 102 102 102 102 表 关联式指数 m 气体 CO2 CO H2 N2 CH4 m 值 计算得：2co=102mPa﹒ s co =102mPa﹒ s 2H=102mPa﹒ s 2N=102mPa﹒ s 4CH=102mPa﹒ s 将以上数据代入 下面公式可得 G niiiniiliiGMyMy11)()( 24 mogili T )(  所以 G = 2 =102 mPa﹒ s= /( . )kg mh 二氧化碳的扩散系数： 先由双元扩散系数关联式求出 CO2气体在 i 气体中的扩散系数，然后再求 CO2在混合气体中的扩散系数 查 文献 [16]知 公 式： 23131])()[()11(222iCOiCOCO VVPMMTD  式中： 2)( COV、 iV)( — CO2气体、 i 气体的分子扩散体积 表 气体分子扩散体积 气体 CO2 CO H2 N2 CH4 分子扩散体积 V 由表得： COCOD 2=22 HCOD = m2/h 22 NCOD  = m2/h 42 CHCOD = m2/h 二氧化碳在气体中的扩散系数： 1 22   ni iCOiCOGDyyD =103m2/h 计算得：COCOCODy=22HCOHDy= h/m2 44NCONDy= h/m2 44CHCOCHDy= h/m2 二氧化碳在碳酸丙烯酯中的扩散系数： DL=108LT =108 25 =105cm2/s=109m2/h 二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度系 数： H=22COPCcoL PM x 由物热衡算知： 2COP= 2cox=所以， H=(kPa﹒ m3) 脱碳塔泛点速度计算 查 文献 [16] lg[ 32 )(LLGF agW  ] =A－ 8141 )()(LGGL  式中： Fu — 泛点空塔速度， m/s g— 重力加速度， L — 碳酸丙烯酯粘度， （ cp） 3a— 干填料因子， 172m1 L — 碳酸丙烯酯 34℃ 时的密度， L— 碳酸丙烯酯流量， G— 进塔气体流量， 将上述各值带入公式：。