发布时间 : 星期一 文章年产40万吨合成氨脱碳工段的设计毕业设计更新完毕开始阅读7b930dbe162ded630b1c59eef8c75fbfc77d94fb
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2.5.5计算PC循环量
因每1m3PC带出CO2为15.74 Nm3，故有：
L=
V3y362200?0.9507==3757m3/h
15.7415.743757×1187=4459560kg/h
操作的气液比为V1/L=213900/3757=56.94 Nm3/m3
2.5.6入塔液中CO2夹带量
L0=
0.2×44×3757=1476kg/h 22.42.5.7带出气体的质量流量
夹带气量：3757×0.3=1127 Nm3/h
夹带气的平均摩尔质量：M1=44×0.28+28×0.025+2×0.472+28×0.223=20.208kg/kmol 夹带气的质量流量：
1127÷22.4×20.208=1017kg/h 溶解气量：62200-1127=61073kg/h
溶解气的平均摩尔质量：Ms=44×0.9637+28×0.0018+2×0.0117+28×0.0228=43.115 kg/kmol
溶解气的质量流量：61073÷22.4×43.115=117552kg/h 带出气体的总质量流量：1017+117552=118569kg/h 2.5.8验算吸收液中净化气中CO2的含量
取脱碳塔阻力降为0.5kgf/cm2，则塔顶压强为28.5457-0.5=28.045 kgf/cm2，此时CO2的分压为： Pco2=28.0457×0.005=0.1402kgf/ cm2
此时分压呈平衡的CO2液相浓度为：
lgXco2=lg0.1402+
644.25-4.112=-2.840
308.15Xco2=0.001445kmol CO2/kmolPC =
0.001445?22.4
102.09/1192=0.378Nm3CO2/m3PC＞0.2 Nm3CO2/m3PC
式中：1192为吸收液在塔顶30℃时的密度，近似取纯PC液体的密度值。计算结果表明：要使得出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%，则入塔吸收液中CO2的极限浓度为0.378 Nm3/m3PC，本设计的取值正好在其所要求的范围之内，故选取值满足要求。 2.5.9出塔气的组成
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
CO2：213900×0.28-15.74×3757=756.82 Nm3/h 0.50% CO：213900×0.025-0.0367×3757=5209.62 Nm3/h 3.43% H2：213900×0.472+0.3342×3757=99705.2 Nm3/h 65.73% N2：213900×0.223+0.4454×3.57=46026.71 Nm3/h 30.34% 151698.36 Nm3/h 100.00%
出塔气的平均摩尔质量：M2=44×0.005+28×0.034+2×0.6573+28×
0.3034=10.99kg/kmol
出塔气的质量流量：V2=151698.36÷22.4×10.99=74427kg/h
2.6热量衡算
2.6.1混合气体的定压比热容
因难以查到真实气体的定压比热容，但气体的压力并非很高，故可借助理想气体的定压比热容
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公式进行近似计算。理想气体的定压比热容： CPV=ai+biT+ciT2+DdiT3，其温度系数如表4.3。
表4.3各组分温度系数及其定压比热容
组分 CO2 CO H2 N2
4.728 7.373 6.483 7.440
1.75×10 -3.07×10 2.22×10 -0.32×10
-2-3-2-2
温度系数 定压比热容
a b c d CP1 CP2
1.34×10 6.66×10 -3.29×10 6.40×10
-6-6-6-5
-9
4.80×10 -3.04×10 1.83×10 -2.79×10
-9-9-9
8.929/37.38 6.969/29.18 6.902/28.90 6.968/29.18
8.951/37.48 6.97/29.18 6.904/28.91 6.968/29.18
注2：表中CP的单位为（kcal/kmol?℃）。
进出塔气体的摩尔比热容：
CPV1 =?Cpiyi?37.38?0.28?29.18?0.025?28.90?0.472?29.18?0.223 CPV2?31.34KJ/kmol?℃
=?Cpiyi
=37.48×0.005+29.18×0.034+28.91×0.6573+29.18×0.3034 =29.04KJ/kmol?℃
2.6.2液体的比热容
(15.656?22.4)?43.10?0.025（1187为35℃时纯PC的密度）
1187其量很少，因此可用纯PC的密度代替溶液的密度（其它物性也如此）。
文献查的PC的定压比热容：
CpL=1.39+0.00181(t-10) KJ/kgl?℃； 据此算得：CpL1=1.435KJ/kgl?℃； CpL2=1.435KJ/kgl?℃；
由于
2.6.3 CO2的熔解热
查得?H CO2=14654kg/kmol CO2（实验测定值）
CO2在PC中的溶解量为：15.656×3757=58820Nm3/h =2626kmol/h 故QS=14656×2626=38479567kJ/h
2.6.4出塔溶液的温度
根据全塔热量衡算有：带出的热量（QV1+QL2）+溶解的热量（QS）=带出的热量（QV2+QVL1+QV
213900?） 夹
Q?VC(T?T)??31.34?30?8978070kJ/h1pV1V101?V22.4溶解气体占溶液的质量分率
?（TL2-T0）?(446956?1476)?1.426?30?190843120kJ/h ?QV2?L2CpL2?Q?38479567kJ?151698/hS?VCQ T-T ??29.04?30?5899970kJ/h?2py2V20?V222.4????1.435TL1?6570274T1LkJ/h ?QL1?L1Cpy2 TL1-T0 ?4578588??QV ?112.7?31.34 TL1-T0 ?157.73TL1?22.4?式中：L1=4459560+1476+117552
=4578590 Kg/h
热量平衡：8978070+190843120+38479567=5899970+6571850TL1 QV夹=55768kJ/h
QL1=8978070+190843120+38479567-5899970-55768 得出：TL1?35.36℃
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第三章 结构设计
3.1确定吸收塔塔径及相关参数 3.1.1求取泛点气速和操作气速
已知量：入塔气： V1=213900 Nm3/h=192968kg/h，ρG1=22.45kg/m3 ， M1=20.208，30℃
3
出塔气： V2=151700 Nm/h=74427 kg/h， ρG2=11.99 kg/m3，M2=10.99，30℃
出塔液： L1=4459560+117552+1476=4578590kg/h，ρL1=1187kg/m3 ， Pt1=2.80MPa
入塔液： L2=4459560+1476=4461040kg/h，ρL2=1192 kg/m3 ， 30℃，Pt2=2.80MPa
黏度：由公式logμ=-0.822+185.5/（T-153.1）mPa.s 得：μL1=2.368mPa·s=8.525kg/（m·h） μL2=2.596 mPa·s=9.3445kg/（m·h）
选择d=50mm塑料鲍尔环（米字筋），其填料因子φ=120m-1，ε=0.90，比表面积at=106.4m2/ m3，Bain-Hougen关联式常数A=0.0942，K=1.75。
泛点气速uF可由Eckert通用关联图或Bain-Hougen关联式求取，现按Bain-Hougen关联式计算泛点率关联式求解uF。
PM101.3?103?20.208?10?3??22.45kg/m3 混合气体的密度: ?G?RT8.315?303.15112at?G0.2uFL4?G8lg[?3???L]=A-K()?()
g??LV?L2?uF2?106.4??22.45??at?GuF0.20.2lg[?3???L]?lg???2.368?3??g??L???9.81?0.9??1187??
?0.0942?1.75?(457859022.45)?()19296811871418得uF=0.279m/s
取u?0.75uF?0.2m/s 3.1.2求取塔径
0.1013303.1533
）（）=8588.5 m/h=2.386 m/s 2.8273.154?2.386D==3.8m。
3.14?0.20Vs=213900（
将入塔流量Vs=2.386 m/s分为两股，分别进入两个塔内，则每个塔的入塔流量为Vs=0.795m/s。此时每个塔的塔径Di?3.1.3核算操作气速
3
3
4?0.795?2.15m，圆整后取塔径为2.2m。
3.14?0.2 u=
4VsVs2.386===0.31m/s 2?6.92 Di3.1.4核算径比
Di/d?2200/50?44＞（10?15）（鲍尔环的径比要求）。
3.1.5校核喷淋密度
3取最小润湿速率为：(LW)min?0.08m/(m?h)
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at?106.4m2/m3
所以L喷，min=（MWR）at=0.05×106.4=8.512 m3/（m2/h） L喷 =2289295kg/h=
2289295/1192?277.5＞8.512 m3/（m2/h）
6.92经以上校核可知，填料塔直径选用D=5.5m合理。 3.2填料层高度的计算
选用填料层高度的计算公式
H=
?y2Gdyy1Kya（1?y（y?y?））
采用近似简化的计算方法，即
H=
Gdy ?y1Kya（1?y（y?y?））dy11?y2G≈ ?ln?Kya（1?y）m（y?y*）21?y1y23.2.1建立相应的操作线方程和向平衡方程
由于其他气体的溶解度很小，故将其他气体看做是惰性气体并视为恒定不变，那么，惰性气体的摩尔流率G′
G′=
106950(1?0.28)/(3600?6.92)=0.2662kmol/（m2·s）
22.4又溶剂的蒸汽压很低，忽略溶剂的蒸发与夹带损失，并视作为恒定不变，那么有
2
L′=2229780/（102.09×3600×6.92）=0.8768kmol/（m·s） Y2=0.005，x2=
0.2/22.4?0.000764
0.2/22.4?1192/102.09吸收塔物量衡算的操作线方程为
G′(
yx2yx） ?2)=L′（(?1?y1?y21?x1?x2将上述已知数据带入操作线方程，整理得
y0.1574(?0.005025)?0.0007651?yx=
y1.000765?0.1574(?0.005025)1?y吸收塔内相平衡方程
将相平衡关系中的气相分压p和液相中的浓度X转化为气也两相均以摩尔分率表示的对应关系，即：y=f(x)，其转化过程如下： lgXco2=lg0.1402+x=
644.25-4.112
308.15Xco21?Xco2 y=PCO2/Pt
3.2.2利用两线方程求取传质推动力
因塔内的压力分布和温度分布未知，现假定总压降与气相浓度差成正比（实际上与填料层高度成正比，因填料层高度待求），将气相浓度变化范围十等份成10个小区间，可求得各分点处的压强。温度分布可利用各区间的热量衡算求出。
忽略气体因温升引起的焓变、溶剂挥发带走的热量及塔的热损失，则气体溶解所释放的热量完
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