化工原理碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计

1、广西科技大学化工原理课程设计说明书课题名称：碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计指导教师：班级：姓名：学号：201200601041成绩评定：指导教师：签字）2015年 01 月 09 日13化工原理课程设计任务书（填料吸收装置设计）、设计名称：碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计二、设计条件1. 合成氨原料气量（30000+200X mVh注：X代表学号最后两位数2. 原料气组成进塔气体 组分COCO体积分数28.02.547.222.3/%3. 要求出塔净化气含CQ0.5%（Vol%）4. 吸收剂采用碳酸丙烯酯（PC），可根据解吸操作情况决定其eg含量或视为不含CCO5. 气体进塔温度30r，碳酸丙烯酯进塔温度3

2、0 r6. 操作压强1.6Mpa 。三、设计任务1. 总体论证：确定设计方案与流程，工艺流程简图并说明。2. 填料吸收塔的塔径、填料层高度或塔高及填料层压降计算。3. 填料塔附属结构的选型与设计4. 带控制点的吸收塔工艺流程图（3#图纸）5. 填料吸收塔与流体分布器工艺条件图（3#图纸）。四、设计基础数据1.碳酸丙烯酯（1）分子式 CH3CH0C0HCH3CH O.(2) 结构CH2 0“ C 0(3) 物理性质常压沸点/ r蒸气压x 133.32-1Pa黏度/mPa- s分子量30 r38 r20 r50 r2420.10.242.761.62102.09(4)密度与温度关系温度t/ c01

3、5254055密度12241207119811841169/kg/m3(5)比热计算式Cp = 1.39+0.00181(t-10 )KJ/Kg C式中：t液相温度,C2. CO2在碳酸丙烯酯中的溶解度温度t/ c2526.737.84050亨利系81.181.7101.7103.5120.8数Ex3101.3-1 kPa3. CO在碳酸丙烯酯中的溶解热可近似按下式计算(以 HCO2表示)： HCof( 4.59Bi x 4.187kJ/kmol )Bi=676目录1. 设计方案简介 . 1.1 填料塔吸收方案设计的确定 11.1.1 装置流程的确定 11.1.2 操作温度和压力的确定 11.

4、1.3 吸收剂的选择 11.2 填料的类型与选择 21.2.1填料的类型 21.2.1.1 散装填料 21.2.1.2 规整填料 31.2.2填料的选择 31.2.2.1填料种类的选择 31.2.2.2填料规格的选择 31.2.2.3填料材质的选择 42. 工艺流程草图及说明 错误!未定义书签3. 工艺设计计算及主要设计设备 错误!未定义书签3.1 计算前的准备 12123.1.1 CO 2在PC中的溶解度关系CO在PC中亨利系数数据 123.1.2 PC密度与温度的关系 133.1.3 PC蒸汽压的影响 143.1.4 PC的粘度 143.1.5 工艺流程确定： 143.2 物料衡算 143

5、.2.1 各组分在PC中的溶解量 143.2.2 溶剂夹带量 Nm3/m3PC 153.2.3 溶液带出的气量 Nm3/m3PC153.2.4 出脱碳塔净化气量 163.2.5 计算PC循环量163.2.6 验算吸收液中CO残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO的含量163.2.7 出塔气体的组成 173.3 热量衡算 18183.3.1 气体的定压比热容 CpV3.3.2 液体的比热容 CpL 18溶解气体占溶液的质量分率可这样计算： 18质量分率为 7.526 22.442.780.012 1.2% 1811843.3.3 CO 2 的溶解热 Qs 193.3.4 出塔溶液的温度T

6、L1 193.4 设备的工艺与结构尺寸的设计计算 213.4.1确定塔径及相关参数213.4.2 求取塔径223.4.3 核算操作气速223.4.4 校核喷淋密度223.5 填料层高度的计算223.6 填料层的压降 304. 辅助设备的计算和选型 304.1 塔壁厚304.2 液体分布器304.3 除沫器304.4 液体再分布器314.5 填料支撑板314.6 塔的顶部空间高度315. 设计结果概要或设计一览表316. 设计评述 32为期两周的课程设计在我们小组成员的共同努力下终于完成了。在老师上课 讲解中了解到化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要教学环节， 通过课程设计使我们初步掌握

7、化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会 各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结 果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形；在设计过程中不仅要考虑理 论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。由于第一次接触课 程设计，起初心里充满了新鲜感和期待，因为自我认为在大学里学到的东西 终于可以加以实践了。可是当老师把任务书发到手里是却是一头雾水，完全 不知所措。可是在这短短的两周里，从开始的一无所知，到成员间共同讨论， 再进行整个流程的计算，再到说明书编写以及工艺流程图的绘制等过程的培 养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知

8、识去解决实际中各种问题的不易。 32在本次化工课程设计学习与设计过程中通过查阅化工原理、化工工艺 设计手册、化工原理课程设计、化工设备机械基础等书籍，以及 在网上搜索到的理论和经验公式及数据。我们慢慢地找到了符合自己的实验 公式及数据，并逐渐建立了自己的模版和计算过程。对填料塔的认识与了解 得到良好的提高。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质 设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。32 课程设计需要学生自己做出决策，自己确定实验方案、选择流程、查取资料、 进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分 析比较，择优选定最理想的方案和合

9、理的设计。课程设计是增强工程观念、 培养提高学生独立工作能力的有益实践，强化学生的理论修养，以及运用理论知道实践的能力。 327.2 主体设备设计条件图（ 3图纸） 338. 参考文献 334. 辅助设备的计算和选型 234.1 塔壁厚 234.2 液体分布器 234.3 除沫器 234.4 液体再分布器 244.5 填料支撑板 244.6 塔的顶部空间高度 245. 设计结果概要或设计一览表 24错误!未定义书签 错误!未定义书签 错误!未定义书签 错误!未定义书签6. 设计评述 7. 附图 8. 参考资料 9. 主要符号说明 1 、设计方案简介1.1.1. 填料吸收塔设计方案的确定1.1.

10、1 装置流程的确定吸收装置的流程主要有以下几种。 逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流 操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分高效率高，吸收剂利用率 高。工业生产中多采用逆流操作。 并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是， 系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当 吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不 需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。 吸收剂部分再循环操 作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充

11、的新鲜吸收剂一同 送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔的液 体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别 适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。 应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作 费用增加。 多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理 填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体 量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅 助装置增加，使设备

12、投资加大。 串联- 并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体 在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小 ( 否则易引起塔的液泛 )，塔的生产能力很低。 实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气 相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。由于二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度校大 . 逆流操作时平均推动力大 ,传质速率快 , 分离效率高 ,吸收利用率高 . 因此本设计采用逆流操作。1.1.2 操作温度与压力的确定操作温度的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的 溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应由

13、吸收系统的具体情况决定。例如水吸 收C02的操作中用水量极大，吸收温度主要由水温决定，而水温又取决于大气温度，故应 考虑夏季循环水温高时补充一定量地下水以维持适宜温度，此次操作的温度为30C。操作压力的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶 解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗 增加，因此需结合具体工艺条件综合考虑，以确定操作压力 , 此次操作的压力为 1.6MPa。1.1.3 吸收剂的选择吸收剂的选择应考虑以下几方面：(1) 溶解度: 吸收剂对溶质的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量(2) 选择性 : 吸收剂对溶质组

14、分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微。(3) 挥发度：操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程的挥损失。(4) 粘度 :吸收剂在操作温度下粘度要低， 流动性要好，以提高传质和传热速率。（5） 其他：所选用的吸收剂尽量要无毒性、无腐蚀性、不易爆易燃、不发泡、点低、廉价易得及化学性质稳定本次设计采用碳酸丙烯酯作为吸收剂，二氧化碳作为溶质1.2 填料的类型与选择塔填料（简称为填料 ）是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操 作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 填料的种类很多， 根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1.2.1 填

15、料的类型塔填料（简称为填料 ）是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操 作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 填料的种类很多， 根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1.2.1.1 散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔 内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形 填料。环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较典型的散装填料。拉西环填料 拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的 圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质效率

16、低，阻 力大，通量小，目前工业上已很少应用。鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开 出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸 的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环 壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西 环相比，其通量可增加 50%以上，传质效率提高 30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料 之一。 阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半， 并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径

17、大为缩 短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之 间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料 表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综 合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 弧鞍填料 弧鞍填料属鞍形填料的一种， 其形状如同马鞍， 一般采用瓷质材料制成 弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高， 流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效 率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎，工业生产中应用不

18、多。 矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填 料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性 能优于拉西环。 目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合， 均已被瓷矩鞍填料所取代。 环矩鞍填料 环矩鞍填料 （ 国外称为 Intalox） 是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出 的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将 环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。1.2.1.2 规整填料 规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料

19、种类很多，根据其几 何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，工业上应用的规整填料绝大部分为波纹 填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、塑料、金属等材 质制造。加工中，波纹与塔轴的倾角有 30°和45°两种，倾角为30°以代号BX（或X）表 示，倾角为45°以代号CY（或 Y）表示。金属丝网波纹填料是阿波纹填料的主要形式， 是由金属丝网制成的。 其特点是压降低。 分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提 供了有效的手段。尽管其造价高，但因性能优良仍得到了广泛的应用。金属板波纹填料是板波纹填

20、料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多©4 mm© 6 mm的小孔，可起到粗分配板片上的液体。加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细 小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度 高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺 点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。填料的选择包括确定填料的种类、 规格及材质等。 所选填料既要满足生产工艺的要求， 又要使设备投资和操作费用最低。1.2.2 填料的选择 填料的选择包括确定填料的

21、种类、规格、及材质等。所选用的填料既要满足生产工艺 的要求，又要使设备投资和操作费用较低。1.2.2.1 填料种类的选择根据分离工艺的要求，考虑以下因素：（1）传质效率 在满足工艺条件的前提下，选用传质效率高，即HETP或HTU）氐的填料。（2）通量 保证较高的传质效率前提下，选用有较高泛点或气相动能因子的填料。（3）填料层压降 压降越小，动力耗费越少，操作费用越小。（4）操作性能 填料具有较大操作弹性，且具有一定的抗污堵、抗热敏能力等。因此，在本设计中对 CO的吸收，因为其进料温度低但操作压力较高，所以用散料填 料。1.2.2.1 填料规格的选择填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。（1）

22、散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有 DN16、DN25、DN38、DN50、 DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费 用也增加很多。 而大尺寸的填料应用于小直径塔中， 又会产生液体分布不良及严重的壁流， 使塔的分离效率降氐。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于&（2） 规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，

23、填料费用也明 显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等 方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同 规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规 整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选 择填料的规格。因此，本次设计采用散装填料规格。1.2.2.3 填料材质的选择填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。(1) 陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有 很好的表面润湿性能

24、，质脆、易碎是其 最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等 过程中应用较为普遍。(2) 金属填料 金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料 造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈 钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除 Cl - 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿 性能较差，在某些特殊场合(如极低喷淋密度下的减压精馏过程) ，需对其表面进行处理， 才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些 腐蚀性极强的物系下使用。一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲 击性能，能

25、在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。(3) 塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP、聚乙烯(P日及聚氯乙烯(PVC等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和 有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在 100° C以下使用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的 通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿 性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。本次设计采用塑料填料。2、工艺流程草图及说明碳酸丙烯酯脱碳填料塔装置的一般工艺流程如下图所示。主要设备包括：

26、缓冲器、填 料塔、液体再分布器、离心泵、风机、加料器及卸料器等。3、工艺计算及主要设备设计3.1计算前的准备3.1.1 CO 2在PC中的溶解度关系CO 2在PC中亨利系数数据温度t ,C)2263455.77.800亨利系数EX881111101.3-1 kPa1.13.701.703.520.8作图得：亨利系数与温度近似成直线，且E 1.6204t 39.594 101.3kPa因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO的溶解热不能被忽略。现假设出塔气体的温度为Tv2 35 C，出塔液体的温度为Tli 40 C ,并取吸收饱和度（定义为出塔溶液浓度对其平衡浓度的百分数）为 70%然后利用物料衡算结

27、合热量衡算验证上述温度假设的正确 性在 40 T 下，CO在 PC中的亨利系数 巳0=103.5 X 101.3 kPa=10485 kPa1 出塔溶液中CO的浓度（假设其满足亨利定律）x10.7x10.7 p/E 0.7 448/104850.7 0.04270.0299 （摩尔分数）2根据吸收温度变化的假设，在塔内液相温度变化不大，可取平均温度35C下的CO在PC中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即：E351.6204 3539.594101.39756 kPaCO在PC中溶解的相平衡关系，即：log X co2 log Pco2644.25 4.112T式中：Xco2为摩尔比，k

28、molCO/kmolPC;为COpCO22的分压，kgf/cm ； T为热力学温 度, Ko用上述关联式计算出塔溶液中CO的浓度有logXco2log 4.568644.25313.154.1121.395XCO2 0.0402kmolCO2/kmolPCx10.7x1Xco2O' 1 Xco20.7 0.03860.0270与前者结果相比要小，为安全起见，本设计取后者作为计算的依据。结论：出料为0.0270 （摩尔分数）3.1.2 PC 密度与温度的关系利用题给数据作图，得密度与温度的关联表达式为_3P 1223 0.9858t （式中t为温度，C；p为密度，kg/m ）温度，C）0

29、15254055(kg/m3)122412071198118411693.1.3 PC 蒸汽压的影响根据变换气组成及分压可知，PC蒸汽压与操作总压及CO的气相分压相比均很小，故 可忽略。3.1.4 PC 的粘度log 0.822185.5 mPa s （T 为热力学温度，K）T 153.13.1.5 工艺流程确定：本次吸收采用逆流吸收的方法。3.2 物料衡算3.2.1各组分在PC中的溶解量查各组分在操作压力为1.6MPa操作温度为40C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CO以外的组分视为惰气而忽 略不计，而只考虑CO的溶解）。CO溶解量的计

30、算如下：各个溶质溶解量的计算如下：（以CO为例）通过第一部分已知CO在40r的平衡溶解度Xco2 0.0402kmolCO2/kmolPCXCO2 0.0402kmolCO 2/kmolPC0.0402 22.4102.09/11843310.44 Nm/m PC式中：1184为PC在 40E时的密度，102.09为PC的相对摩尔质量33CO的溶解量为（10.44-0.15 ）X 0.7=7.203 Nm /m PC17组分COCONN合计组分分压，MPa0.0.0.0.1.44804075535760溶解度，Nrm7.526 Nm3/m3PC100% 夹带量与溶解量之和： 3CO: 0.05

31、6+7.203=7.259 Nm /m PCCO 0.005+0.011=0.016 Nm3/m3PCPC100.0.0.10.44016223223.90溶解量，Nrm3PC7.0.0.0.7.203011156156526溶解气所占的百950.2.2.10分数%.711507070.00说明：进塔吸收液中CO的残值取0.15 Nm3/m3PC故计算溶解量时应将其扣除。其他 组分溶解度就微小，经解吸后的残值可被忽略。平均分子量：入塔混合气平均分子量：M mi 44 0.2828 0.025 2 0.47228 0.22320.208kg/kmol溶解气体的平均分子量:Ms 44 0.9571

32、28 0.00152 0.020728 0.0207 42.78kg/kmol3.2.2 溶剂夹带量Nm/m3PC以0.2 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下:33CO: 0.2 X 0.28=0.056 Nm /m PCCO 0.2 X 0.025=0.005 Nm3/m3PC0.2 X 0.472=0.0944 Nm3/m3PCN>: 0.2 X 0.223=0.0446 Nm3/m3PC3.2.3 溶液带出的气量Nm/m3PC各组分溶解量：33CO: 7.203 Nm /m PC 95.71%33CO 0.011 Nm /m PC0.15%H: 0.156 Nm 3/m3PC

33、2.07%93.96%0.21%N>: 0.156Nm 3/m3PC2.07%33H2: 0.0944+0.156=0.250 Nm /m PC3.23%332: 0.0446+0.156=0.201 Nm /m PC2.60%7.726 Nm3/m3PC0%3.2.4 出脱碳塔净化气量以y、V2、V3分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量，以、丫2、y3分别代表CO相应的体积分率，对CO作物料衡算有：=38200 Nr3/ hM V2 V3V1y1 V2 y2 V3y3联立两式解之得"二V(y 1-y2)/(y 3-y 2)=38200(0.28 0.005)/(0.9396

34、0.005)=11240Nni/h3V2= V1 - Vb =26960 Nm/ h3.2.5 计算PC循环量因每1 m3PC带出CO为7.259 Nm3，故有：L=Vy3/7.259=11240 X 0.9396/7.259=1455m 3/h操作的气液比为V1/L=38200/1455=26.25333.2.6 验算吸收液中CO残量为0.15 Nm /m PC时净化气中CO的含量取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm 2,则塔顶压强为16.32-0.3=16.02 kgf/cm 2,此时CO的 分压为Pco216.02 0.0050.0801 kgf/cm 2,与此分压呈平衡的CO液相浓度为：

35、.、，.644.25 clog X co2log pco2 t4.112644.25log X co, log 0.08014.1123.0832303.15XCO20.0008257kmolCO 2/kmolPC0.000825722.4102.09/119333330.216Nm CO2/m PC 0.15Nm CO2/m PC式中：1193为吸收液在塔顶30r时的密度，近似取纯PC液体的密度值。计算结果表 明，当出塔净化气中CO的浓度不超过0.5%,那入塔吸收液中CO的极限浓度不可超过0.216 Nmm3PC,本设计取值正好在其所要求的范围之内，故选取值满足要求。入塔循环液相CO: 99

36、2X 0.15327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CO:COH2：38200X 0.28-7.259 X 1455=134.16Nn3/h0.50%38200 X 0.025-0.016 X 1455=931.72Nn3/h3.46%38200 X 0.472-0.250 X 1455=17666.65Nrf/h65.53%N:38200 X 0.223-0.201 X 1455=8226.15Nrr/h30.51%26958.68Nm3/h100%计算数据总表出脱碳塔净化气量进塔带出气量(V1)Nm3/h出塔气量(V2)Nm3/h溶液带出的

37、总气量(V3)Nm3/h382002696011240气液比26.26入塔气体平均分子量20.208溶解气体平均分子量42.78PC中的溶解量(溶解气量及其组成)40C组分CO2COH2N2总量溶解度，NrmPc10.440.020.220.2210.90溶解量，Nrm'PC7.200.010.160.167.53溶解体积流量Nm3/h7142.49.92158.72158.727469.76溶解气所占的百分数%95.710.152.072.07100.00出塔液相带出气量及其组成40 C溶解量，Nm3/m3PC；7.260.020.250.207.73体积流量Nm3/h10561.1

38、023.60363.05292.24112401溶解气所占的百分数%93.960.213.232.60100.00入塔气相及其组成30 C体积流量Nm3/h7548.867412725.126012.0826960溶解气所占的百分数%28.002.5047.2022.30100.00出塔气相的组成35 C体积流量Nm3/h134.16931.7217666.658226.1519554.68溶解气所占的百分数%0.503.4665.5330.51100.003.3 热量衡算在物料衡算中曾假设出塔溶液的温度为 40C,现通过热量衡算对出塔溶液的温度进行 校核，看其是否在40C之内。否则，应加大溶

39、剂循环量以维持出塔溶液的温度不超过 40C 具体计算步骤如下：3.3.1 气体的定压比热容CpV因未查到真实气体的定压比热容，故借助理想气体的定压比热容公式近似计算。理想 气体的定压比热容：Cpi ai bT CiT2 diT3，其温度系数如下表：数aBcdCp1 (30C)Cp2 (32C)(41.754-1.3384.0978.9298.951/Q728X10-2-5X 10-9X 10/37.3837.48C7P-0.3076.662-3.0376.9696.97/2O373X 10-2X 10-6X 10-9/29.189.18Hd62.215-3.2981.8266.9026.904

40、/2483X 10-3X 10-6X 10-9/28.9028.91Nsi7-0.3246.4 X-2.796.9686.968/2440X 10-210-6X 10-9/29.1829.18表中 CP 的单位为(kcal/kmol °C) / (kJ/kmol °C) 进出塔气体的比热容CpV1Cpi yi37.38 0.28 29.18 0.025 28.90 0.472 29.18 0.22331.34kJ/kmol CGv2=X Cpi yi=37.48 X 0.0050+29.18 X 0.0346+28.91 X 0.6553+29.18 X 0.3051=29

41、.04 KJ/Kmol C3.3.2 液体的比热容CpL溶解气体占溶液的质量分率可这样计算:质量分率为7.526 22.442.780.012 1.2%其量很少，因此可用纯PC的比热容代之。本设计题目中Cpl 1.39 0.00181 t 10 kJ/kg CCpL1 1.39 0.00181 t 10 1.39 0.00181 40 10 1.444kJ/kg CCpL2 1.39 0.00181 t 10 1.39 0.00181 30 10 1.426kJ/kg C文献查得 CpL0.3499 0.0009863t kJ/kgC ,据此算得：CpLi 0.3894 kJ/kg C； Cp

42、L2 0.3795 kJ/kg C本设计采用前者。3.3.3 CO 2的溶解热 QsH CO24.59 676 4.187 12992kJ/kmolCO2文献查得 H CO 14654 kJ/kmolCO 2（实验测定值）本设计采用后者。CO在 PC中的溶解量为 7.203 x 1455=10480Nn/h=468kmol/h故 Qs=14654X 468=6858072kJ/h3.3.4 出塔溶液的温度 TL1设出塔气体温度为35C，全塔热量衡算有：带入的热量（ QV1+QL2）+ 溶解热量（ Qs）= 带出的热量（ QV2+QL1）Qv1=V1Cpv1（Tv1T0）=38200x 31.3

43、4x30/22.4=1598261 kJ/hQL2=L2CpL2（TL2T0）=1455x1193x1.426x30=74258166kJ/hQv2=V2Cpv2（Tv2T0）=26960x 29.04x35/22.4=1223310kJ/hQL1=L1CpL1（TL1T0）=1756725x1.44xTL1=2529684 TL1kJ/h式中： L1=1455x1193+（11240-0.2 x1455）x42.78/22.4=1756725 kg/h1598261+74258166+6858072=1223310+2529684L1TTL1=32.2C现均按文献值作热量衡算，即取 CpL1

44、 0.3894 kJ/kg C； CpL2 0.3795 kJ/kg CQv1=V1Cpv1（Tv1T0）=38200x 31.34x30/22.4=1598261 kJ/hQL2=L2CpL2（TL2T0）=1455x1193x0.3795x30=19762254kJ/hQv2=V2Cpv2（Tv2T0）=26960x 29.04x35/22.4=1223310kJ/hQL1=L1CpL1（TL1T0）=1756725x0.3894xTL1=684069TL1kJ/h式中： L1=1455x1193+（11240-0.2 x1455）x42.78/22.4=1756725 kg/h 1598

45、261+19762254+6858072=1223310+684069T L1TL1=39.5C 与理论值比较后，取 TL1=39.5C3.3.5最终衡算结果汇总19出塔气相及其组成（35C）V2=26960Nm3/hCO2COH2N295.31635.5812049.385610.54Nm3/h ：0.503.4665.5330.51%Qv2=l223310kJ/h入塔液相及其组成（30 C）3L2=1455m /hCO2COH2N2218-Nm3/h-%Ql2=197622!54kJ/h脱碳塔丿入塔气相及其组成（30C）V1=38200 Nm3/hCO2COH2N2260587296.24

46、651.4512299.385810.93Nm3/h28.02.547.222.3%Qv1=1093738kJ/h出塔液相带出气量及其组成（40C）L1=1756725kg/hCO2COH2N269466526.4614.59224.36180.60Nm3/h93.960.213.242.60%z溶解气量及其组成（40 C）L1 = 1756725kg/hCO2COH2N27469.767142.49.92158.72158.72Nm3/h95.710.152.072.07%Qs=6858072kJ/h3.4设备的工艺与结构尺寸的设计计算341确定塔径及相关参数Du 0.5 0.8 uFuF0

47、.14m/s21塔底气液负荷大，依塔底气液负荷条件求取塔径采用Eckert通用关联图法求取泛点气速Uf，并确定操作气速。入塔混合气体的质量流量 V =(38200十22.4) X 20.208=34462 kg/h20.208为入塔混合气体的平均分子量11.042为出塔混合气体的平均分子量M m1 44 0.2828 0.025 2 0.47228 0.22320.208kg/kmolMk = 440.005+28 0.0346+2 0.6553+28 0.3051= 11.042kg/kmol塔底吸收液的质量流量L' =1756725kg/h入塔混合气的密度(未考虑压缩因子)v pM

48、m1/RT 1.6 106 20.208/ 8314 303.1512.83kg/m3吸收液的密度 L 1184kg/m 3 (40°C)吸收液的粘度，依下式计算得到:log l0.822185.5T 153.10.822185.5308.15 153.10.374选Dg50mm塑料鲍尔环(米字筋)，其湿填料因子120m 1，空隙率0.90，比表面积 at 106.4m2/m3， Bain-Hougen 关联式常数 A 0.0942 ,K 1.75。(1)选用Eckert通用关联图法求解Uf关联图的横坐标：(v/ l) 0.5L' /V' =(12.83/1184)

49、0.51756725/34462=5.306查Eckert通用关联图得纵坐标值为0.0025，即:V 0.2 LLuF1000/1184 12012.839.8111840 22.3680.0025(2)选用Bain-Hougen关联式求解uFlg2Ufgat0.2L1/41/8VLlg2Uf9.81106.40.9312.8311840.22.3680.09421.751756725344621/41/812.83118427uF 0.12m/s取 uF 0.14m/s则u的取值范围0.070.11m/s根据设计u=0.1m/s3.4.2 求取塔径Vs=38200(0.1013/1.6)(3

50、03.15/273.15)=2684m3/h=0.7460m3/sD=(4X 0.7460/3.14 X 0.1) 0.5=3.083m本次设计取D=3083mm3.4.3 核算操作气速u=4Vs/ (3.14 X D>) =4X 0.7460/3.14 X 3.0832=0.10m/s则操作气体速度取u=0.10m/s合适CD/d=3083/50=62>1015(满足鲍尔环的径比要求)3.4.4 校核喷淋密度采用聚丙烯填料表面L 喷，min= (MW)at =0.08 X 106.4=8.512m3/(m2.h)L 喷=1756725 3.0832197 8.512m3/(m2?

51、h)(满足要求)1193 /43.5 填料层高度的计算2塔截面积G =0.785D =7.461 m2因其他气体的溶解度很小，故将其他气体看作是惰气并视作为恒定不变，那么，惰气 的摩尔流率GG =38200(1-0.28)/(22.4X 3600XA )=0.0457kmol/(m 2 s)又溶剂的蒸汽压很低，忽略蒸发与夹带损失，并视作为恒定不变，那么有L' =1455X 1193/(102.09 X 3600X 7.461)=0.6330kmol/(m 2 s)y2 0.005， x20.0005730.15/22.4 1193/102.09吸收塔物料衡算的操作线方程为y21 y2X21 x2将上述已知数据代入操作线方程，整理得4X 0.072196Y2.0537 104选用填料层高度表达式H=V / (Kya )采用数值积分法求解，步骤如下：3.5.1 等分间距，计算对应浓度y值得x值并将各将气相浓度y 0.005 0.28在其操作范围内10等份，其等份间距为0.0275 , 分点的y值代入式(1)计算出对应的x值，并列入后面表格中的第1、2列中。3.5.2 计算各分点截面处的气液相流率G=(1+Y