王志展毕业设计

1、王志展毕业设计总论1.1 概述碳酸丙烯酯脱碳脱碳一般是由吸收、闪蒸、气提和气相中带出的溶剂回收等 部分组成。用碳酸丙烯酯脱除变换气中二氧化碳，合成氨厂都是采用一次吸收就 可以满足工艺要求，吸收过程简单，而溶剂再生过程则较为复杂一些， 在设计中 不做讨论。碳酸丙烯酯脱碳受气体溶解热、温度、二氧化碳浓度、操作压力和汽 液比的影响较大，其中气体溶解度对碳酸丙烯酯脱碳的影响， 从理论上讲只是局 部的，即在吸收过程中，由于原料气中二氧化碳、硫化氢等酸性气体溶解于溶剂 中并释放出溶解热使溶剂温度升高。 但在溶剂再生时，由于溶解的二氧化碳、硫 化氢等酸性气体几乎会全部释放出来，此时由于解吸吸热，又会使溶剂温

2、度回跌。 这样吸收升温和解吸降温基本上可以抵消。虽然气体的溶解或解吸效应并不影响 溶剂的最终温度，但是它们对不同过程中的溶剂温度还是有影响的。 温度对脱碳 的影响是十分明显的，在合成氨生产中，降低脱碳工序的操作温度，无疑对脱除 变换气中的二氧化碳有利，这是因为，降低温度，使希望脱除的二氧化碳在碳酸 丙烯酯中的溶解度增加，而作为合成氨原料气的氢、氮气的溶解度降低，其结果 是减少了溶剂的循环量和减少了氢、 氮气的损失，提高了经济效益。在同样温度 下，二氧化碳、硫化氢这些工艺气体的溶解度随压力升高而增大。当碳酸丙稀酯浓度一定，二氧化碳溶解度还与气相中二氧化碳含量有关， 当气相中二氧化碳含 量逐渐增大

3、，则它在碳酸丙烯酯中的溶解度也逐渐升高。 这说明纯态下的二氧化 碳气体将大于混合气体中的二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度。吸收气液比对工艺过程的影响主要表现在工艺的经济性和气体的净化质量。若气液比增大，意味着在处理一定量的原料气量时，所需的溶剂量就可以减少，在要求达到一定净化 度时，吸收气液比大，则相应的降低了吸收推动力，在单位时间吸收同样的二氧 化碳就需要增大脱碳塔设计容量， 从而增大了塔的造价。对于一定的脱碳塔，吸 收气液比增大后，净化气中二氧化碳含量增大，影响净化气的质量。所以在生产 中应根据净化气中二氧化碳含量要求，调节吸收气液比至适宜值。1.2 文献综述碳酸丙烯酯法脱碳工艺自60年代开

4、发以来，由于能同时脱除二氧化碳、硫化 氢及有机硫化物，加之再生能耗等优点，在国外的天然气、合成气和制氢工业上， 已广泛应用。在国，最先是在小型合成氨装置中用以代替加压水洗，对老合成氨厂水洗工艺进行改造，使脱碳能耗降低。近几年来，在我国年产4万吨小尿素、小纯碱装置的合成氨配套工程中，用碳酸丙烯酯法脱出变换气中二氧化碳， 得到 了良好的效果：工程投资省、工艺流程简单、运行可靠、溶剂无毒害、浓溶剂对 碳钢无腐蚀、再生不耗热、回收的二氧化碳浓度高，回收率可以满足尿素及纯碱 生产的需要等优点，因而得到推广。实际上，碳酸丙烯酯法有其一定的适用围，适合于气体中 CO分压>0.5MP， 温度较低的条件下

5、，同时对气体净化度要求不高（出口 CO>1% ,只有在此条件 下使用碳酸丙烯酯法才是经济的。1.3设计依据4 万mi/h合成氨原料气的脱碳工艺设计操作温度为：35C操作压力为：1.6MR工艺流程说明碳酸丙烯酯脱碳工艺流程一般由吸收、闪蒸、汽提（即溶剂再生）和气相中碳酸丙烯酯法脱二氧化碳工艺流程图吸收过程：由氮氢压缩工段来的约 1.6MR的变换气，经油分离器再次分离 气体中的油沫后，从脱碳塔底部进入，变换气与塔中喷淋的碳酸丙烯酯液逆流接 触，变换气中大部分的二氧化碳被碳酸丙烯酯溶液吸收，出脱碳塔的净化气中含CO<2.0%.再经碳酸丙烯酯回收器、碳酸丙烯酯分离器除去气体中夹带的碳酸丙

6、烯酯雾沫后送出工段去氮氢气压缩工段。吸收了 CO后的碳酸丙烯酯富液从脱碳塔底引出并减压进入闪蒸槽，闪蒸出 溶解于富液中的H、2、CO及部分CO气体。闪蒸气经碳酸丙烯酯捕集器除去气 体中夹带的碳酸丙烯酯雾沫后送往氮氢气压缩工段予以回收，闪蒸后的碳酸丙烯酯富液进入常解再生塔上段常解塔进行二氧化碳解析。出塔常解气含CO>98%由汽提鼓风机补入防腐空气后常解气含CO>95.7%（干基CO气体含氧量为0.5 0.6%），再经罗茨鼓风机加压后，送至洗涤塔上洗去气体中夹带的碳酸丙烯酯雾 沫后送往尿素装置的CO压缩工段。常解后的碳酸丙烯酯溶液溢流进入常解再生塔下塔顶部与汽提鼓风机送入 塔的空气逆流

7、接触，进一步气提出残留于富液的二氧化碳。 汽提气经洗涤塔下塔 去气体中的碳酸丙烯酯雾沫后放空。出常解再生塔的碳酸丙烯酯贫液至中间贮槽 再经脱碳泵加压到约2.1MPa,经溶剂冷却器冷至35C送入脱碳循环使用。闪蒸是在低于吸收操作压力下使溶于溶剂中的气体解吸出来的过程。是物理溶剂再生方法中最常用的方法。闪蒸的另一目的是为了回收溶于溶剂中的某些气 体组分，如：氢气、甲烷等。由于各种气体组分在碳酸丙烯酯中具有不同的溶解 度和平衡规律，因此可以通过控制闪蒸压力来控制闪蒸气中各组分的比例及各组 分的解吸量。一般情况下，难溶气体易于闪蒸解吸。根据这个原理，可通过一至 几级不同压力等级的减压，使溶于溶剂中的不

8、同气体组分在解吸时得到相对是分 离和提纯，这样，工业上就可以按要求分别回收到各种气体组分。闪蒸级数的确定往往与回收气体的种类、数量和纯度有关，每一级的闪蒸压力都不同。从吸收 塔富液的第一级闪蒸到压力递减到常压。各级闪蒸压力在确定后，如果溶剂在该 闪蒸气中有充足的停留时间，那么溶于该溶剂中的各种气体组分将充分解吸，直接趋近于这些气体在该温度、该组分气相分压时的平衡溶解度。如在合成氨变换 气的脱碳工艺上，往往设置二级至三级减压闪蒸。第一级减压闪蒸（如0.5MPa）是为了回收溶于溶剂中的氢气和氮气， 第二级减压闪蒸（如常压）是为了回收二 氧化碳，同时使溶剂中的酸气（二氧化碳）等浓度降低，以达到再生溶

9、剂的目的。 当原料气中二氧化碳分压为 0.5MR左右时，经溶剂吸收，再通过减压闪蒸（包 括常压闪蒸），一般可将二氧化碳吸收量的75%右解吸出去，剩余的25流右将 从汽提塔中吹出。如生产上需要多回收一些高纯度的二氧化碳气体。 可在常压闪 蒸后再增设真空闪蒸。吸收过程和溶剂再生过程是碳酸丙烯酯脱碳脱硫工艺中最基本的两个环节。 碳酸丙烯酯溶液的再生原理：当二氧化碳分压在2.0MR以下时，碳酸丙烯酯吸收二氧化碳基本上符合亨利定律：Cco2 Hco2 Pco2,提高吸收压力，平衡溶解度 增加，对原料气净化有利。与吸收过程相反，降低压力可使溶解在碳酸丙烯酯中 的二氧化碳气体解吸出来，溶解在碳酸丙烯酯中的二

10、氧化碳等气体的解吸过程即 称为碳酸丙烯酯富液的再生。在低于吸收操作压力下时溶于溶剂中的气体解吸出 来时物理溶剂再生中最常用的方法。 再生度是指碳酸丙烯酯富液经再生后， 残留 在溶剂中的二氧化碳的含量，含量越低，则再生度越高。常压闪蒸后的溶剂再经 过汽提的再生工艺，是目前碳酸丙烯酯脱碳工艺中采用最普遍的一种。 我国合成 氨厂配尿素、纯碱的脱碳工艺基本上如此。汽提所用的惰性气体为空气。为了保 证吸收工序后净化气中二氧化碳含量在 2%左右。所以溶剂的再生度要求较高。 脱碳过程中的能量回收：在碳酸丙烯酯脱碳过程中，有汽液料的升压和降压过程， 为了合理采用工艺本身的能量再流程图上，应考虑相应的能量回收装

11、置。真空再生：常压解吸一空气汽提碳酸丙烯酯溶剂再生工艺存在着一些缺点，由于碳酸丙烯酯富液中残留的二氧化碳等气体靠大量空气汽提赶走，因而给生产过程带来许多副作用：其一采用常解压空气汽提再生工艺，二氧化碳的回收率不高，一般为 70% 左右；其二 空气汽提的气量一般为碳酸丙烯酯富液的 610倍，大量空气带走碳酸丙烯酯雾沫，造成溶剂的讯号增加、损耗增加，其损耗量约占整个碳酸丙烯酯溶液损耗的一半，从而增加了运行费用；其三 由于采用空气汽提，碳酸丙烯酯贫液中溶解的氧使吸收后的净化气中氧含量增加，经分析为 0.1%0.2%，影响了后工序铜洗操作，使铜比下降，铜液循环量比生产碳铵时增加近20%其四 小合成氨厂

12、变换气中硫化氢的含量一般在 80150mg/m（标），在脱碳时这些硫化氢也被吸收，经空气汽提时，便以单质硫析出，造成堵塞管道和填料，影响工艺操作的正常进行，严重时不得不停车进行清理。另外，由于空气中含有水分，尤其是相对湿度较大的地区，容易造成系统中水不平衡，使碳酸丙烯酯浓度降低，吸收能力下降，由于溶剂中水分含量增加， 还易造成对设备的腐蚀等。针对以上情况，为提高脱碳装置二氧化碳回收率， 减少碳酸丙烯酯损失，防止因 空气吹入而带来了硫化氢氧化副反应的发生，减少腐蚀、堵塞、降解等不良作用， 以常压一真空解吸的碳酸丙烯酯再生方法代替解吸一空气汽提再生方法使必要 的。真空再生主要设备为真空再生塔。再生

13、再生塔的真空度由外接真空装置调节。当溶剂温度一定时，真空度越大，从溶剂中解吸出来的二氧化碳等气体量也越多，溶剂再生越完全。此时解吸出来的二氧化碳气量可近似地按二氧化碳在碳酸丙烯酯中相平衡式进行计算。再生塔是溶解气体从溶剂中解吸出来的装置， 根据工艺流程的需要，选择不 同的塔型，在采用常解压汽提再生流程时，再生塔常解部分时淋降板式塔，汽提 部分采用填料塔，而真空再生流程则全部为淋降板式塔型， 采用淋降板式结构优 点在于增加解吸表面积，利于溶剂中溶解气体解析完全。液体从上一层塔盘的中 心降液管下来，由边缘降液管流下，再下一层塔盘上，再转为中心管降液，液体 在各层塔盘上依次做离心或向心的径向运动。

14、塔盘设有不同高度的溢流堰，以减 少每段行程长度，降低每段行程的液面落差。汽提塔的作用是，以惰性气体吹洗溶剂，使溶剂中残留二氧化碳、硫化氢等 酸性气体的含量得到进一步降低。汽提过程实际上是吸收的逆过程。因此，可在 一只气液逆流接触的塔式设备进行。工业上大多采用填料塔。与吸收塔的气液物 料浓、稀端正好相反，在汽提塔的操作过程中，气液浓端均在塔上部，而气液物 料的稀端都在塔下部。随工艺气体带出的溶剂出了以雾沫（气体中的雾沫一般是指直径在 50 m以 上的液滴，它可以通过网除雾器等简单的装置将这些液滴从气体中捕集下来）形式带出以外，另一种形式是溶剂蒸汽。这部分溶剂蒸汽在通过丝网除雾器时并不 能捕集回收

15、下来。因此需要在工艺上另行考虑回收装置。 目前，工业上回收气流 中溶剂蒸气的方法，主要采用水洗涤法，该法使含有溶剂蒸气的气体通过水洗涤 塔，使溶剂蒸气溶解于水中成为稀的碳酸丙烯酯水溶液，生产上俗称为稀液。该法因基于水和碳酸丙烯酯的部分互溶性。因此只有在互溶围，溶剂蒸气才能有效 溶于水中。循环洗涤法是指水中溶剂浓度在控制指标以下时， 用泵输送到回收塔中连续 循环，使气体中的溶剂蒸汽不断溶于循环稀液， 直到稀液中溶剂浓度达到控制指 标时才注入循环溶剂中回收常解气、汽提气中碳酸丙烯酯雾沫的稀液，当在洗涤塔中循环浓度达12%时，即加入至中间贮槽中回收作碳酸丙烯酯补充使用。当碳酸丙烯酯溶液中有杂物时，设

16、计中设有碳酸丙烯酯过滤器， 将杂物滤出，以保证生产正常 进行。在碳酸丙烯酯脱碳过程中，有气液物料的升压和降压过程，为了合理采用工 艺本身的能量，在流程上，应考虑相应的能量回收装置。在整个工艺流程中，要适当调节吸收气液比，吸收气液比是指单位时间进吸 收塔的原料气体积（标态）与进料贫液体积（工况下）之比，该比值在某种程度 上也是反映生产能力的一种参数。由于单位体积溶剂在一定条件下，所吸收的酸 性气体量基本为一定值，因而在其他条件不变的情况下，净化气中二氧化碳净化 度明显的随着气液比的减少而增加。对填料塔而言，加大气液两相的接触面积可以提高吸收饱和度， 加大气液接 触面积的措施一般可通过增大填料容量

17、或选择比表面积较大的填料来实现。提高R值之后虽然可降低溶剂循环量，但也必须考虑 R值增加后，相应的塔高也将增 加，这样，在工程设计中，应针对具体工况进行技术经济比较后再选取合理的R值，工业上，吸收饱和度 R值一般取7080沱间。对于整个工艺过程，气体的净化程度也是一项重要的指标， 溶剂贫度主要对 气体净化程度有影响。溶剂贫度是指再生溶剂中某关键组分含量大小，以气体标准体积/体积溶剂表示，在脱碳工艺中，关键组分为二氧化碳，溶剂贫度是指二 氧化碳在贫液中的含量。溶剂贫度的大小主要取决于汽提过程的操作。当操作温度确定后，在气液相有充分接触面积的情况下，溶剂贫度与惰性气量有直接关系， 汽提气液比愈大，

18、则溶剂贫度值愈小，但不能过分的加大汽提气液比。 这样会增 加经济负担。惰性气量究竟以多少为宜，以满足溶剂贫度的要求为准。在实际生 产中，常压闪蒸后的溶剂中，一般二氧化碳含量为2.03.0m3（标）/m3溶剂左右。 此时，汽提气液比控制在612即可，使C达到所需程度。三工艺计算3.1入塔原料气有关数据(1)变换气组成(其他组分被忽略)成分COCOHb2CH合计%28.431.2052.3816.981.011003 m11372.30480.0020952.006792.00404.0040000kmol507.6821.43935.36303.2118.041785.71(2) 要求出塔净化气

19、中CQ的浓度不超过2.0%(3) PC吸收剂的入塔浓度根据操作情况选取(4) 气液两相的入塔温度均为35C(5) 操作压强为1.6MPa(6) 吸收剂选为：碳酸丙烯酯(以下简称PC,PC的摩尔质量为102.09kg/kmol碳酸丙烯酯水溶液的部分性质(35°C)PC在水中的浓度溶液焓密度粘度mol%J/molg/cm3Mpr s0.00253.61.00000.91140.020039.71.01831.02780.030770.71.02891.0922碳酸丙烯酯在不同温度下的粘度温度，C运动粘度mri/s温度C运动粘度mri/s温度C运动粘度mri/s-5041.78-84.71

20、252.08-4021.41-64.52301.90-3010.96-34.12401.61-207.0003.76451.43-155.93112.80501.36-105.06202.30601.213.2 有关参数计算变换气量40000m7h表1变换气的组成及分压成分COCOCONNCH合计体积百分数(%)28.431.2052.3816.981.01100组分分压(MPa)0.4550.0200.8390.2720.0171.602(kg/cm2)4.64290.20418.56122.77550.173516.3470(atm)4.49160.19748.28232.68510.16

21、7815.81443.2.1 PC的密度与温度的关系=1.2233 0.001032t35°C 时：L2 = 1187kg/m337°C 时：口 = 1185kg/m33.2.2 CO 2在PC中的溶解度关系因为是高浓度气体吸收，故吸收塔 CO的溶解热应考虑，假设出塔气、入塔 液的温度相同，都为：Tv2=35C，出塔液的温度：Tli=37C 吸收饱和度：80%用物料衡算和热量衡算验证上述假设温度碳酸丙烯酯在35C时的溶解度Xco2 :lg Xco2 = igP co? + 64425 4.112T644 25lg Xco2 = lg4.64 + 4.112273 35lg

22、Xco2 = -1.3623Xco2 = 0.0434kmol/kmolPC=0.0434 22.4 11871 102.09=11.30m3/m3PC式中：1187 出塔溶液的密度(近似取纯 PC3C时的密度)35C时PC蒸汽压(查4为8.67Pa)与操作总压(1.6MPa)及CO的气相分压 (0.455 MPa )相比很小，故可认为PC不挥发。323 PC的粘度:35 r时：炯l= -0.882 +185.5 =-0.882+185.5=0.3155T 153.1308 153.1所以l= 2.07mpas37 r时：炯l= -0.882 +185.5 =-0.882+185.5=0.3T

23、 153.1310 153.1所以l=1.996 mpa S3.3 物料衡算3.3.1 各组分在PC中的溶解量查得在操作总压力为1.6MPa、操作温度为35C下各组分在PC中的溶解度，并取相对吸收饱和度均为80%如下表2：表2组分溶解度与溶解气体组成的体积百分数成分COCO214CH合计组分分压(MP)0.4550.0200.8390.2720.0171.602溶解度(m/m3PC13.80.03650.20.180.14.241溶解量(m/m3PC)11.040.02920.160.1440.019211.3928溶解气组成的体积百分数96.900.261.401.260.17100.00(

24、%因溶解气中的CO占到96.90%,其他气体在PC中的溶解度很小，可将多组分的 吸收简化为单组分的吸收。当汽液达到平衡时：进塔气相摩尔比： 丫尸 0.28430.39731 yi 10.2843出塔气相摩尔比：丫 2=丫(1- a)=0.3972(1-0.969)进塔惰性气体流量：VB 垒000273 (1 0.2843)=1132.8kmol/s22.4273 35对于纯溶剂吸收*=0由 Vb(Y1-Y2)=L(X 1-X2)11313.44得：X J132.8©3972 0.°159)=0.0382设PC溶剂中CO残量为0.3Nm/m3PCPC对 CO的实际溶解能力为：

25、11.30 X 0.8 0.2 = 8.84 Nm3/m3PC3.3.2 溶剂夹带量：以0.2 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下CO2 : 0.2 X0.2843 = 0.05686 Nm 3/m 3PC33CO : 0.2 X0.0.012 = 0.0024Nm /m PC33H 2 : 0.2 X0.5238= 0.1048Nm /m PCN 2 :0.2 X0.1698=0.034Nm /m PCCH 4 : 0.2 X0.0101 = 0.0020Nm /m PC3.3.3 溶液带出的气量CO2：0.05686 11.04 11.0969 Nm 3/m3PC95.70%CO :

26、0.0024 0.02920.0348Nm 3/m3PC0.30%H2:0.1048 0.16 0.2648Nm 3/m3PC2.28%N2:0.034 0.144 0.178 Nm 3/m 3PC1.54%CH 4: 0.0020 0.0192 0.0212Nm 3/m 3PC0.18%11.5925Nm3/m 3PC 100%出脱碳塔净化气量进塔总气量 Nm3 / h出塔总气量 Nm3/hV3溶液带出的总气量 Nm3 / hy1、y2、y3分别表示CO相应的体积分率对CO作物料衡算有：V1=V2+V3My1= V2y2+ V3y3联立得：M(y1 y2)40000 (0.2843 0.02

27、)3 亠-1211282.8Nm /hy3 y20.9570 0.02M V3 40000 11282.8 28717.2Nm3/h335 计算PC循环量因每impc带出的CQ为11.0969NnVh，有:7劄311.096911282.8 0.957011.0969973.03m3/h973.03 11871154989.07kg/h 11313.44kmol / h操作的气液比为：V/L 4000%73 03 41.11Nm3/m33.3.6 带出气体的质量流量夹带气量：973.03 0.2 194.606 Nm3/h夹带气的平均摩尔质量：M1 =44 X 0.2843+28 X 0.01

28、2+2 X 0.5238+28 X 0.1698+16 X 0.0101=18.809kg/kmol夹带气的质量流量：194.606 22.4 18.809163.408kg/h溶解气量：11282.8 194.60611088.194Nm3 / h溶解气的平均摩尔质量:Ms =44 X 0.969+28 X 0.0026+2 X 0.014+28 X 0.0126+16 X 0.0017=43.1168 kg/kmol溶解气的质量流量：11088.194 22.4 43.116821343.189kg / h带出气体的总质量流量：163.408+21343.189=21506.597kg/h

29、3.3.7 验算净化气中CO含量吸收液中CO残量为0.3Nm/m3PC时，净化气中CO的含量取脱碳塔阻力降为03kgf/cm2，则塔顶压强为16.3470 0.3 16.047kgf /cm2此时，CO的分压为：FCo2 16.047 0.02 0.3209kgf /cm2 31.469kR ,与此分压呈平衡的CO液相浓度为:644 25lg X CO20.3209401122308.15lgXCO20.494 2.091 4.1122.515X co20.003058kmolCO 2 / kmolPC0.003058 22.4102.°911920.799Nm3co2/m3pc 0

30、.3Nm3co2 /m3 pc1192 吸收液在塔顶35C时的密度，近似取纯 PC液体的密度计算结果表明，要使出塔净化气中的CO浓度不超过2.0%，则入塔吸收液中CO的极限浓度可达0.799Nni/m3PC,本设计取值在其所需求的围之，故选值满足要求3.3.8 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: 40000X 0.2843-9 73.03 X 110969=1368.895NrrYh1.28%CO 40000X 0.012-973.03 X 0.0348=459.522Nm3/h1.60%3H2: 40000X 0.5238-973.03

31、 X 0.2648=1368.895Nm/h72.54%2： 40000X 0.1698-973.03 X 0.178=6677.422Nm"/h23.25%CH: 40000X 0.0101-973.03 X 0.0212=3830372NnVh1.33 %出塔气的平均摩尔质量：胚 44 0.0128 28 0.016 2 0.7254 28 0.2325 16 0.0133 9.18kg/kmol出塔气的质量流量：Lv2=28722- 22.4 X 9.18=11770.9kg/h3.4 热量衡算在物料衡算中假设出塔液相的温度为 37C,出塔气相的温度为35C，现 通过热量衡算对

32、假设的温度进行校核。3.4.1 混合气体的定压比热容Gv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，计算公式为： Gira+bT+c+diT3,其温度系数如 下表 3: CP的单位为(kcal/kmol C) /(KJ/ kmol C)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abcd6(37 C)CP2(35 C)CO4.728-21.754 X 105-1.338 X 10-4. X 10-98.929/37.38.951/37.488CO7.373-0.307 X 10"6.662 X 10-6-3. X 1

33、0-96.969/29.16.97/29.188146.4832.2 15X 10-3-3.298 X 10-61.826 X 10-96.902/28.96.904/28.901N7.44-0.324 X 10-:6.4 X 10-6-2.790 X 10-6.968/29.16.968/29.1988CH4.598-21.245 X 10-62.86 X 10-2.703 X 10-8.625/37.68.625/37.6922Gv=Cpy =37.28 X 0.2843+29.18 X 0.012+28.9 X 0.5238+28.18 X 0.1698+37.62 X 0.0101 =

34、31.42KJ/ kmol -CGv=CPi yi =37.48 X 0.0128+29.18 X 0.016+28.91 X 0.7245+28.18 X 0.2325+37.62 X 0.0133 =29.20KJ/kmol -C3.4.2 液体的比热容6溶解气体占溶液的质量分率：(8.84 22.4) 43.121187=0.0141187 35C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：Gl=1.39+0.00181 （t-10 ）算得： 35C 时：Gli=1.435 KJ/kgC37C 时：Gl2=1.438 KJ/kg

35、-C343 CQ的溶解热QS从7文献查得Hco2 =14654kg/kmolco2co2 =1.964kg/m3CQ在 PC中的溶解量为：8.84 x 973.03=8602NnVh=384.0kmol/h故 Q=14654x 384.0=5627136KJ/h344 出塔溶液的温度Tli全塔物料衡算带入的热量（Qi+ Qv2） +溶解热量（QS）=带出的热量（Q2+ Qli+ Qv夹） 原料气带入量Qi=V1Gvi（Tvi-To）=4OOOO/22.4 x 31.42 x 35=1963750KJ/h溶剂带入量溶剂中 CQ残余量：O.3 x 973.03 x 1.964=573O3kg/hQ

36、 L2=L2xc PL2（TL2-To） =（1154989+57303） x 1.438 x 35=57674114 KJ/h溶解热：Q=5627136KJ/h净化气带出热：Q2=2XCpv2（TvaTo）=28722/22.4 x 29.2O x 35=1310441 KJ/h富液带出热：QL.1= L1 xc pl1（T l1-T o）L 1=1154989+573.3+21343.189=1176905.5 kg/h所以，Q1=11769O5.5 x 1.435 T “=1688859.4 J KJ/h夹带热：Q夹=194.606/22.4 x 31.42 x （T L1-To）=27

37、2.97T “KJ/h热量平衡：1963750+57674114+5627136=1310441+1688859.4 £得：Tl1=37.88 C所以，Q夹=10340.1 KJ/hQ1=1963750+57674114+5627136-1310441-10340.仁63944218 KJ/h求得温度与假设相近，可以接受3.5 最终衡算结果输入项入塔气及其组成（35 C）3V1=40000Nn/h=40000/22.4 X 18.809=33587.5kg/hQi=1963750 KJ/hM1 =18.809COCOCHNnh11372.00480.0020952.006792.00

38、404.004000028.231.2052.3816.891.01100%入塔液及其组成（35 C）L2=1154989+573.3=1155562.3kg/hQ2=57674114kg/hCOCOH22CHNnh291.91291.91CO的溶解热VCo=9602NrT/h=16894.3kg/hQ=5627136KJ/hG=V+L2=1189150kg/hQ= Qv1+Q2+Q=65265000KJ/h输出项出塔气及其组成（35C）V2=28717.2Nnr/h=11768.9kg/hQ=1310441KJ/hM2=9.18COCOCHNnh368.895459.5520833.5576

39、677.422383.372287221.281.6072.5423.251.33100%出塔液及溶解气组成（37C）L1=1176905.5kg/hQi=63944218KJ/hMS =43.117COCOCHNnh10744.528.8155.2.718.811088.19496.900.261.401.260.17100%出塔液夹带气组成（37 C）3V 夹=194.606Nm/h=163.4kg/hQV 夹=10340.1KJ/hM 夹=18.81COCONCHNrh55.3257.6611.9333.041.97194.628.231.2052.3816.981.01100%G=M+

40、L=1188674.4 kg/hQ=Q?+Q1+Q 夹=65265000 KJ/h3.6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CO外，对其他气体都有不同程度的溶解吸 收作用，因CO f、2、CH等气体在PC中的溶解度比CO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）CO在PC中的溶解热不能被忽略，因此，在吸收塔存在一个温度分布，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

41、，所 以可作为吸收塔设计的计算依据。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DG50m聚丙烯阶梯环(米字筋)，比表面积 at=114.2m2/m3查文献，得：A=0.204,干填料因子 刍=143.3m-1,已知条件；进塔变换气量40000Nmh碳酸丙烯酯循环量973.03m3/h脱碳塔操作压力1.6MFa4.1 物性数据混合气体的重度：nT°P( MiY)i 1G22.4TZn式中3 g 混合气体的密度，kg/mTo标准状态下温度，273.15KT混合气体温度，KP混合气体压力，atm乙一压缩系数，乙=1M混合气体中i气体分子量Y i气体在混合气体

42、中的 mol%M iY =18.809kg/kmoli 1混合气体的粘度:273.15 16 18.80922.4 308 13=11.9148kg/mn0.5 yi ii(Mi)i 1g nyi(Mi)0.5i 1li(T )ogi (273.15)Li i气体粘度，cpogii气体在0°C,常压时的粘度,cpm关联式指数0C时常压气体的粘度ogj如下表:气体COCO2CHogi (mpa s)1.3 4X 10-21.66 X 10-20.84 X 10-21.66 X 10-21.20关联式指数m如下表:气体COCOHN>CHm值0.9350.7580.7710.7560

43、.763计算得：co2-2=1.50 X 10 mp s-2co =1.82 X 10 mp s2 2h2=0.92 X 10 mp sn2=1.82 x 10 mp s-2ch4 =1.32 X 10 mp sn0 5-2% "MJ =5.32 X 10i 1得：y® cO2(Mc°2)0.5=2.83 X 1020 52yco co(Mco). =0.12 X 10yH2 h2(Mh2)0.5=0.68 x 1020 5-2yN2 N2(MN2)=1.64 X 100 5-2ycH4 CH4（MCH4） =0.05 x 10nyi（Mi）05 =3.63i 1

44、得：yco2（Mc°2）0.5 =1.89yco（Mco）05 =0.06yH2（MH2）0.5 =0.740 50 5yN2（MN2）=0.90ycH4（McH4）=0.04所以= 5.32 103.632=1.47 x 10 mpa s二氧化碳的扩散系数：先由双元扩散系数关联式求出 CO气体在i气体中的扩散系数，然后再求 CO在混合气体中的扩散系数由公式：1.7511 1 DCO2 i20.00仃()2M CO2 Mi7DCO211 2P( V)cO2 ( V)i3式中：(V)c°2、( V)i CO气体、i气体的分子扩散体积，见下表气体COCOHbN>CH分子扩

45、散体积 V26.918.97.0717.916.1由表得：Dco2 co =0.047Dco2 h2 =0.264DCO2 N2 =0.0489DCO2 CH4 =0.氧化碳在气体中的扩散系数：1 yCO21 0.28432-3 2DG 2=1.83cm/s=0.183 x 10 m/s计算得：yco =0.DCO COyHDCO H 2DCO n4=0.257=0.027DCO ch4n y 0.392氧化碳在碳酸丙烯酯中的扩散系数:T-8 -8l=7.78 X 10 X =7.78 X 10 X 308/2.07L=1.158 X 10-5cm/s= 1.158 X 10-9m/s氧化碳在

46、碳酸丙烯酯中的溶解度系数：H=LXc°2M pc pco2由物热衡算知:3Pco2 =31.469kPaXco2 =0.003058kmolCQ/m PC所以，H=0.035kmol/(kp a. mi)4.2 脱碳塔泛点速度计算：2Lg也（刍）0.2 =A - 1.75（G）14（）18gLGL式中：W泛点空塔速度，m/sg重力加速度，9.81m/s2L 碳酸丙烯酯粘度，2.07 （cp）目一干填料因子，143.3m-1L 碳酸丙烯酯35T时的密度，1187kg/m3L碳酸丙烯酯流量，1154989.07kg/hG进塔气体流量，G=4000（X 0.84=33600kg/h将上述各

47、值带入公式：Lg2Ufg（为0.2 =A - 1.75(丄)4()爲GLLg2Ufg（为L.2 =0.1.75 (1154989.0733600)14(11.91)18(1187)Lg0.1695Lg2F=-2.18所以，泛点空塔速度 F=0.1975m/s4.3 脱碳塔塔径计算 操作速度取泛点速度的70%即操作速度 u=0.1975 X 70%=0.1382m/s操作状态下的气体体积流速：1273 3513/V= 40000=0.783m/s162733600 脱碳塔径DD=4 0.783=2.69m'3.14 0.1382实际取塔径 2700mm 塔截面积：At= D22.692

48、=5.68m244 实际空塔速度：兰 4 0.7832 =0.137m/sD23.14 2.72 核算径比：D/d=2700/50=54,满足阶梯环的径比要求 泛点率校核： =0.137/0.1975 X 100%=69.37%>50%(允许围),因为对于散装Uf材料，其泛点率的经验值一 =0.50.85Uf 喷淋密度的校核: 依Morris等的推荐，d<75mm环形及其他填料的最小润湿速率(MW)为0.08m3/(m h)由式 L 喷，min=(MWR) at=0.08 X 114.2=9.136m3/(m2 h)因为Lh0.785D2973.030.785 2.972=140.

49、52 m3/(m2 h)故满足最小喷淋密度要求4.4 填料层咼度计算根据式Z=Hog.NOJYidYY2Y Y传质单元高度Hdg计算:=VboKYa其中 KYa=KGa Pi i kGaHa1 exp 1.45(二)0.75(-)0.1(-) 005 ()0.2LatLL gLL®aw采用恩田式：awat来计算填料润湿面积由式：液相传质系数：讥=0.0095（-,3（） 2Lg）'3aw LL DLL气相传质系数:kG=0.237 （出）07（）13（旦匹）at GDG GRTa.列出各关联式中的物性数据气体性质（以塔底35C, 1600kpa原料气计）：G=11.91kg/

50、m3（前已算出），G =1.47 x 102m pa. s=0.0147 x 10-3pa. s（前已算出）D g=0.183 x 10-5m/s（前已算出）液体性质（以塔底37C碳酸丙烯酯为准）：l =1185 kg/m3 （前已算出）3 92L=1.996m pa. s =1.996 x 10- p. s （前已算出）DL=1.158 x 10- m/s（前已算出）L = 43.617-0.114t=43.617-0.114 x 37=39.4dyn/cm=39.4 x 1-0N/m气体与液体的质量流速：1154989 “cc 2、g=2 =56.06kg/(m s)3600 0.785

51、2.722g=2 =1.63 kg/(m s)3600 0.785 2亍33587.5DG50m聚丙烯阶梯环（乱堆）：23dp=500.05m, a t=114.2m/mc =40dyn/cm=40 x 10N/m ,查文献7化学工程书册第12篇气体吸收手册，有关填料形状系数=1.45由式：aw 1 exp 1.45()0.75( L)0.1 (atLatLlG屯) 0.05 ( Lg ) 0.2gL Lat=1-exp-1.45 (匹 1039.4310 昇75(114.2 1.996 10 356.062)0.1 (56.06 ) ( 21185114.2) 0.059.81 )(56.0

52、621185 39.4 10 3 114.2)0.2=1-exp-1.45 x 1.011x 1.734 x 1.2 x 0.90=1-exp(-2.744)=0.936所以，aw=0.936 x 114.2=106.9 m2/m3C.由式：kL=0.0095 (匚)3(aw LL)12( Lg)13LlDl=0.009556.061.996()23(1.996) 12(106.9 1.996 10 3) (1185 1.158 10 9)31.996 109.81 J3( )31185=0.0095 x 41.02 x 0.026 x 0.025-4=2.58 x 10 m/sd.由式：kG=0.237 (卫匚)°.7()(3(色匹)at gDg g RT1.63=0.237 (3)Q.7(a0147 510 3)13114.2 0.0147 100.183 1011.91114.2 0.183 108