合成氨脫碳塔工藝設計計算案例合成氨脫碳塔工藝設計計算案例 1 1 2 2 2 31.3.3PC蒸氣壓 3 41.4.1各組分在PC中溶解量 41.4.2碳丙液夾帶值 51.4.4吸收塔出塔氣(凈化氣)量 51.4.5碳丙液循環(huán)量 6 61.4.5出脫碳塔氣體成分 6 81.5.2二氧化碳溶解熱 9 1.1設計條件(1)每年工作時間為7200個小時合成氨：150000t/a=500t/d=20.84t/h(2)變換氣損耗/氨(t):4285m3(標況下)/氨(計作Nm3/t)V=18.39×4285=78801.4)凈化后出塔時的氣體中Cco?≤0.5%5)入塔時T?=30℃、T=30℃為30℃體積分數(%)?蒸氣壓(atm)1.2設計指標1)吸收塔頂吸收塔頂出中CO2≤0.7%2)人吸收塔再生后PC含CO2≤2×10-51.3計算指標溫度t,(℃)亨利系數E×101.3-1kPa吸收塔內CO2的溶解熱忽略不計。相對對吸收飽和度75%CO2在PC中的亨利系數公式E=(1.6204t+39.594)×101.3kpa1.出塔溶液中CO2的濃度(假設設其滿足亨利定律)X=0.75x=0.75(p/E)=0.75(780/8935.3)=氣相液相達到平衡的關系式(CO2溶于碳酸丙烯酯):Xco?—摩爾爾比kmolCO2/kmolPCPco?—CO2的分壓kgf/cm2T—溫度，K出塔溶液Xco?為XC?2=0.0820kmolCO2/k=0.0820×22.4/(102.09/1192)=21.15Nm3Mpc=102.09kg/k1.3.2碳酸丙烯酯p、T關系p=1.2233-0.001032tP—為密度，kg/m3原料液平均摩爾料液Ppc與P與Pco?相差較小，故在此碳酸丙烯酯不揮發(fā)。1.3.4碳酸丙烯酯的η黏度系數1.4物料平衡計算下方為P總=2.5、t=30℃的碳酸丙烯酯溶液中眾組分的溶解度匯總，相對吸收飽收飽=75%,現用二氧化碳為例計算各溶質溶解量：碳酸丙烯酯t=30℃時p=1192g/cm3,M=102.09g/mol溶解度，溶解量，溶解氣所占碳酸丙烯酯中溶解的氣體二氧化碳最多，故其他氣體不考慮。碳酸丙烯酯溶液進塔時二氧化碳夾帶值設為ONm3/m3PC所以計算時需扣除。初入塔的純PC時混合氣的分子量均值M=44.01×0.28+28.01×0.02+2.02×0.47+16.溶解于碳丙液的氣體分子量均值M=44.01×0.9518+28.01×0.0024+2.02×0.0308+28.01.4.2碳丙液夾帶值H?:0.25×0.47=0.1175N?:0.25×0.23=0.0575Nm3/m3PC1.4.3碳丙液帶走的氣量H?:0.3612Nm3/m3PC帶走氣量(夾帶、溶解值相加)CO?:0.070+11.15=11.22Nm3/m3PC95.18%H,:0.1175+0.3612=0.4787Nm3/m3PC4.0%N?:0.0575+0.1760=0.2335Nm3/m3PC1.進塔氣量V、出塔氣量V?、溶液帶出氣量V?進塔CO?體積分率y、出塔CO?體積分率y?、溶液帶出氣體中CO?體積分率y?二氧化碳物料平衡計算：求得V?=V?-V?=89299.4-26326.5=62972.91.4.5碳丙液循環(huán)量L=V?y?/11.22=26326.5×0.9378/11.22=21.4.5碳丙液帶出氣體qm值夾帶氣的M均值：M?=44×0.28+28×0.02+2×0.夾帶氣qm:551.1÷224×20.2Ms=44×0.9518+28×0.0024+2×0.0308+28×0.150=46.81kg/kmol溶解氣qm:25775.1÷22.4x46.81=5386碳丙液攜帶氣qm:498.45+53863.05=1.4.5出脫碳塔氣體成分CO?:89299.4×0.28-11.22×2204.4=270.46Nm3/hCO:89299.4×0.02-0.0324×2204.4=1714.57Nm3/h2.72%H?:89299.4×0.47-0.4787×2204.4=40915.47Nm3/h65.02%N,:89299.4×0.23-0.2335×2204.4=20024.13Nm3/h31.82%進塔帶出氣體V?出塔氣量V?溶解度Nm3/m3PC?溶解量，Nm/mPC溶解體積流量，Nm3/h溶解氣所占的百分數%?出塔液相帶出氣量及其組成?溶解量，Nm3/m3PC?溶解體積流量，Nm3/h溶解氣所占的百分數%?入塔氣相組成?體積流量，Nm3/h入塔液相及其組成?體積流量，Nm3/h?溶解氣所占的百分數%?碳丙液循環(huán)量。1.5.1恒壓時眾氣體比熱容c因難難以查到真實氣體定壓壓比熱容，但氣體壓力并非很高，故借住已知公式近似計算該真實氣體混合物，公式Cpv=ai+biT+ciT2+DdiT3其溫度系數查文獻定壓比熱容C進出塔氣體Cp:Cp=∑Cpy;=37.38×0.28+29.19×0.02+28.89×0.Cp=∑Cpiy;=37.38×0.0045+29.19×0.0272+28.89×0.6502CpL1=1.39+0.00181(t-10)kJ查書有Cp?=0.3499+0.0009863tkJ/kg℃用上一個數據。Qs=14654×1153=16896062Qv?=V?Cpv?(Tv?-T?)=89299.4/224×31.34×30=37QL?=L?CppL?(T?-T?)=2204.4×1192×1.426×30=Qv?=V?Cpv?(Tv?-T?)=62972.9÷22.4×29.03×30=24QL=L?CpL(TL?-T?)=2677603.795×1.426×TL1=3813748182.852+1124106445+16896062=2448352.617+3Qv?=V?Cpv?(Tv?-T?)=89299.4/224×31.34×30=37QL?=L?CpL?(TL?-T?)=2204.4×1192×0.375×3Qv?=V?Cpv?(Tv?-T?)=62972.9÷22.4×29.03×30=24QL=L?CpL(TL?-T?)=2677603.795×0.384×TL1=10283748182.852+29561004+16896062=2448352.617+11.6脫碳塔及其他設備計算M;一混合氣體中i氣體分子量m—關聯(lián)式指數)μH?=0.91×10-2mpa·sμN?=1.80×將以上數代入下面公式可得μG(2)二氧化碳的擴散程度系數：V)co?一二氧化碳氣體的分子擴散V∑v),一氣體的分子擴散V氣體分子擴散體積二氧化碳在氣體中的擴散系數：計算得出：二氧化碳在碳酸丙烯酯中的擴散系數：二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度系數：從物料衡算可知Pco?=780.00KPax=0.65kmolCO?/m3PC入塔液L2=2627644.8kg/h式中：——泛點空塔速度m/s.PL——碳酸丙烯酯30°C時的密度，1192kg/m3L——碳酸丙烯酯流量，2677603.795kg/h由此，泛點空塔速度=0.1m/s,取u1=0.8=0.08①操作速度取泛點速度的80%V=89299.4x303.15/273.15x0.1013/2.5=4015.821m3/h=1②脫碳塔徑D因為為對于散裝材料，泛點率的經點率=0.5～0.85“-依Morris等的推薦，d<75mm環(huán)形及其他填料的最小潤濕速率(為0.08m3/(m.h)因為/(m2·h)填料層高度計算如用傳用傳質單元法計料層層高Z則可根據式1.傳質單元高度HoG計算：其中Ky=KG●P①計算的傳質系數由計算可得aw=0.989a,=0.989×106.4=105.23m2/m3D、DG:氣、液中溶質的擴擴程度數，m2/ha:填料比表面積m2/m3aw:潤濕后，填料比表面積料m2/m3可c:填充劑臨界界面張張力kg/h2(ldyn/cm=12960kgψ:填充劑形狀程度系數u≤0.5ug時用上面的公式，而現在u≥0.5uG質量通量：出塔氣體平均分子量：M=44.01x0.0045+28.01x0.0272+2.02x0.6502+16.04x ②液膜吸收系數液體質量通量為aw=0.989a,=0.989×106⑤查30℃時相平衡常數m=5.26由Z=HoGNoG=13.3x2.14=28.設計取填料層高度為Z=30m填料層分二段，每段15m填料因子中中=143.3m1輔助設備設計液體分布裝置布液器使用溢流槽式，這種設備操作便利可靠，不容易塔徑噴淋槽分配槽液體負荷范圍外徑 )中心距中心距分配槽數量式式式51272923填料支撐設備在這使用的承板選則梁型，材質：不銹鋼或碳鋼。H高=300mm,H厚=3.5或6mm下方為此設備參照數值6.3填料支撐裝置參數塔徑(mm)板外徑(mm)346789設備對傳質，傳熱有效面積都有所提高，提高脫碳塔塔效率。塔徑(mm)盤外徑螺栓圓直徑分塊數升氣管數46789氣體分布器下段的入口管(氣體)在設計時，從2個方面入手：低氣壓和氣體的均勻分布于本文而言，填料層料層稍高，所以壓力的波動動它的影響減少，所以能均勻分布氣體。清除液沫使用絲網除沫器，其材質為塑料，由絲編織。材質陶瓷，使用填料壓瓷，材質質：金屬塑料，使用床板。壓用床板裙座用圓座用圓筒形。裙座):Q235-A。裙座是直筒型，故d>800mm時，該開設入孔。填料塔d入孔=150mm~250mm。DN150、DN250為標準d人孔入孔(HG21525-95-HG21527-95)、(HG21528-脫碳塔強度校核筒體強度校核①求取簡體璧厚材料(筒壁):GB6654低合金鋼。H厚度=16mm,σ=163MP。使用單面焊接的方式②水壓試驗強度校核0.9φos=0.9×0.8×345=248MP最大組合軸向拉應力為：P=1.25P=1.25×2.5=3.水壓試驗時滿足強度要求③氣壓試驗強度校核P,=1.15P=1.15×2.5=2MPa<220.8MPa所以氣壓試驗滿足強度要求徑向力：環(huán)向力脫碳塔封頭選擇MPa<248MPa材料：鋼料。偏差=0.9,焊接指數=0.9封頭璧厚：δ取近似值45mm封頭h=h?+h?=10核算風算風頭工作壓MAX):壓力合理。脫碳塔裙座HH高度=2.0m脫碳塔載荷計算①重量估算每米筒節(jié)的m=820kg,m?=820×12=9840kg塔附件m?=2215.2kg(2)扶梯質梯：適于籠式扶梯，m=40kg/m'40.0×(12.0+0.70)×2.0=(3)鋼制平臺質量：總質量為m=600kg(5)填料m:V=πR2h=3.14×(3.8/2)2×6=68.m?=ρV=97.8×68.0124=6651式中H—一塔底高度，cmQ—一塔總重，N1)風載荷和風彎矩P=K,Kz;9ofAK1—一空氣動力系數，其值取決于計算段中心高度qo—一基本風壓，Pafi——風壓的高度變化系數Ai—一迎風面積，m2本地區(qū)基本風壓qo=300Pa,fi=1.25Ai=Dei.hi式中Dei—一塔設備計算段有效直徑，mh—一塔設備計算段的高度，mAi(3.8-0.18)X12=43.C=0.5地震影響系數按7級算a=0.23=2312332.62N/cm塔底地震彎矩：按塔體分二段計算，每段6m接管管徑計算①進塔氣管徑變換氣的流速范圍為20～40m/s,取u=35.1m/s③液體進料管徑吸收塔類型：塑料鮑爾環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：213900Nm3/h工藝參數物料名稱操作溫度，℃流量，kgh填料層壓降，KPa操作氣液比碳酸丙烯酯(PC)合成氨變換氣兩個塔，每個塔塔徑2100解吸塔工藝計算塔徑d和其他數據(入塔液)碳酸丙烯酯液(富液)處理量為吸收塔出塔液量由PC密度公式ρ=1223.3-1.032t得在30"C時Pz=1192kg/m'PL1=1192kg/m'35"C,P.=GY2=L1S=184.2x0.943=換算成摩爾流量為7.75kmol/h則解吸出的CO2為G,=G,-G,=26374.77-1306.6725068.1m'/h在閃蒸槽中CO,的回收率設溶液在閃蒸槽中停留的時間為5s,則閃蒸器的存液容積為得G2=100927.263kg/h使用鮑爾環(huán)，,a?=106.4m2/m3,A=0.095,K=1.75脫碳塔泛點速度計算g——重力加速度，9.81m/s2HL——碳酸丙烯酯粘度，2.596mPa·s=9.3445Kg/(m·h)干填料因子.172m-1Y?——氣體流量(進塔)G?=50968.27kg/h由此，泛點空塔速度uF=1.4m/s,取u=0.6uF=0.84m/s計算塔徑操作速度u=0.6up=0.84m/s氣體體積流速Vs=50968.268m3/h=1.1783m3/s②脫碳塔徑D流量V入=1.179m3/s分流后，各進一個塔。每個塔流量V=0.5890m3/s塔流量近似后去塔徑d為2000mm③各個塔的截面積：④操作氣體速度核算：符合鮑爾環(huán)條件。⑦噴淋p核算不到填料層高度建操作、向平衡方程用以上方程計算傳質推動力01234567891.4.3計算物質傳遞單元數步f?+f?+f?+f?+f?o=30.19+13.53+NoG=9.857+0.3467=10氣相總物質傳遞的單元高度二氧化碳溶解于碳丙液物質傳遞系數二氧化碳擴散系數(1)二氧化碳在G相擴散系數DG?=1.1918x10-?m?2/s=0.0D?=1.1916x10-?m2/s=0.(2)二氧化碳在L相擴散系數DO?Pc=9.0123068×10?T/μDO?Pc=7.77×10?T/μcm2/sH,MPa·sD?=8.395X10?(303.15/=0.9806X10?cm2/s=3.831D?=8.395X10?(303.15/=0.9806X10?cm2/s=3.831XHL?=μL?=2.596MPaP?=101310-49044=52266Pa≈0.05226MPB?=P(1-Yc?2,1)=0.1013(1-0)=0.101PB?=P?(1-Yco2.2)=2.75(1-0.05)=2.7⑧G相物質傳遞數=0.4795kmol/(m?·h·a⑨L相物質傳遞數E=1.6204t+39.595atmKc?=2.0899kmol/(m3·atm)k,a=kc=2.0894=0.388kmol/(有效傳質比表面積aw=0.989a,=0.989×106.4氣相傳質高度：解析塔塔頂部、底部G相qm:吸收因數為：脫吸因數為入口、出口的氣體△P入口管道d=401.0mm,出口管道d=375.0mm1.4.7初始、再分布器選擇由多個管構成，包括1個母管2個以上的支管。該裝置不但能阻止介質無法流出，還能高效率的集中/分散氣、液體