4万m3h合成氨原料气脱碳工艺设计

4万m3h合成氨原料气脱碳工艺设计内容摘要：

入塔气体的体积流量与 PC 带走气体的体 积流量之差： CO2： 40000110969=℅ CO： 40000=℅ H2： 40000=℅ N2： 40000=℅ CH4： 40000=3830372Nm3/h ℅ 出塔气的平均摩尔质量： 2 4 4 0 . 0 1 2 8 2 8 0 . 0 1 6 2 0 . 7 2 5 4 2 8 0 . 2 3 2 5 1 6 0 . 0 1 3 3 9 . 1 8 /M k g k m o l          出塔气的质量流量： LV2=28722247。 = 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 35℃ ，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，所以借助理想气平顶山工学院学士学位毕业设计 14 体的定压比热容公式 近似计算，计算公式为： CPi=ai+biT+ciT2+diT3,其温度系数如下表 3： CP 的单位为（ kcal/kmol﹒ ℃ ） /(KJ/ kmol﹒ ℃ ) 表 3 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(35℃ ) CO2 102 105 109 CO 102 106 109 H2 103 106 109 N2 102 106 109 CH4 102 106 109 CPV1= iPiyC =+++ + =﹒ ℃ CPV2= iPiyC =+++ + =﹒ ℃ 液体的比热容 CPL 溶解气体占溶液的质量分率： 1187 )(  = 1187— 35℃ 纯 PC 的密度 其量很少，因 此可用纯 PC 的密度代替溶液的密度 文献 [4]查得纯 PC 的定压比热容与温度的关系式： CPL=+（ t10） 算得： 35℃ 时： CPL1= KJ/kg﹒ ℃ 37℃ 时： CPL2= KJ/kg﹒ ℃ CO2的溶解热 QS 从 [7]文献查得 2Hco =14654kg/kmolco2 2co=平顶山工学院学士学位毕业设计 15 CO2 在 PC 中的溶解量为： =8602Nm3/h=故 QS=14654=5627136KJ/h 出塔溶液的温度 TL1 全塔物料衡算 带入的热量（ Qv1+ Qv2） +溶解热量（ QS） =带出的热量（ Qv2+ QL1+ QV 夹 ） 原料气带入量 Qv1=V1CPV1(TV1T0)=40000/35=1963750KJ/h 溶剂带入量 溶剂中 CO2 残余量： =57303kg/h QL2=L2C PL2(TL2T0)=(1154989+57303)35 =57674114 KJ/h 溶解热： QS=5627136KJ/h 净化气带出热： Qv2=V2C PV2(TV2T0)=28722/35 =1310441 KJ/h 富液带出热： QL1= L1C PL1(TL1T0) L1=1154989++= kg/h 所以， QL1= TL1= TL1 KJ/h 夹带热： QV 夹 =(TL1T0)=热量平衡： 1963750+57674114+5627136=1310441+ TL1 得： TL1=℃ 所以， QV 夹 = KJ/h QL1=1963750+57674114+=63944218 KJ/h 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（ 35℃ ） V1=40000Nm3/h=40000/=Qv1=1963750 KJ/h 1M = 平顶山工学院学士学位毕业设计 16 CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h 40000 100% 入塔液及其组成（ 35℃ ） L2=1154989+=QL2=57674114kg/h CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h — — — — CO2 的溶解热 VCO2=9602Nm3/h=QS=5627136KJ/h Gi=V1+L2=1189150kg/h Qi= Qv1+QL2+QS=65265000KJ/h 输出项 出塔气及其组成（～ 35℃ ） V2=Qv2=1310441KJ/h 2M = CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h 28722 100% 出塔液及溶解气组成（ 37℃ ） L1=QL1=63944218KJ/h SM = CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h 100% 平顶山工学院学士学位毕业设计 17 出塔液夹带气组成（ 37℃ ） V 夹 =QV 夹 =夹M = CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h 100% G0=V2+L1= kg/h Q0=QV2+QL1+QV 夹 =65265000 KJ/h 总结 （ 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 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。 平顶山工学院学士学位毕业设计 18 四 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 DG50mm聚丙烯阶梯环（米字筋）， 查 文献 [5]，得 ： A=，干填料因子3a=, 比表面积 at=已知条件；进塔变换气量 40000Nm3/h 碳酸丙烯酯循环量 脱碳塔操作压力 物性数据 混合气体的重度： 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 Yi— i气体在混合气体中的 mol% ni iiYM1 =  G =3 混合气体的粘度： niiiniiliiGMyMy11)()( 平顶山工学院学士学位毕业设计 19 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 0℃ 时常压气体的粘度 ogi 如下表： 气体 CO2 CO H2 N2 CH4 ogi (mpa﹒ s) 102 102 102 102 关联式指数 m如下表： 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 1 )( ini ili My =102 得： )(222 COCOco My =102 )( COCOco My  =102 )( 222 HHH My  =102 )( 222 NNN My  =102 )( 444 CHCHCH My  =102 ni ii My1 )( = 得： )(22 COCO My= )( COCO My = )(22 HH My= )( 22 NN My = )(4 CHCH My = 平顶山工学院学士学位毕业设计 20 所以 G = 2=102 mpa﹒ s 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 由公式： 23131])()[()11(222iCOiCOCO VVPMMTD  式中： 2)( COV、 iV)(— CO2 气体、 i气体的分子扩散体积，见下表 气体 CO2 CO H2 N2 CH4 分子扩散体积 V 由表得： COCOD 2= 22 HCOD = 22 NCOD = 42 CHCOD = 二氧化碳在气体中的扩散系数： 3 9 2 8 4 1 22  ni iCOiCOGDyyD =103m2/s 计算得：COCOCODy= 22HCOHDy= 44NCONDy= 44CHCOCHDy= 二氧化碳在碳酸丙烯酯中的扩散系数： DL=108LT =108308/ =105cm2/s=109m2/s 二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度系数： H=22COPCcoL PM x 平顶山工学院学士学位毕业设计 21 由物热衡算知： 2COP= 2cox= 所以， H=(kpa﹒ m3) 脱碳塔泛点速度计算： Lg[ 32 )(LLGF agW  ] =A－ 8141 )。