【正文】 52 2 9 . 8 1g mug? ? ? ?? 2235 4 . 8 0 . 1 0 21074025 0 1 0gPmPuN gd???? ? ?? 故需要加壓板，塑料填料選用固定式壓板，壓板的開孔面積等于填料的孔 率 ? ，則 2 2 23 . 1 4 0 . 8 0 . 9 2 7 1 . 8 6S R m??? ? ? ? ? 開孔的縫隙取填料直徑的 ，則 0 .6 0 .6 0 .0 5 0 .0 3nPd d m? ? ? ? ④ 支撐板的選取 支撐板的開孔面積為填料的孔隙率，為 ，這里取 100%塔截面。1,39。1 ????? ? 泛點(diǎn)率為 % ??Fuu 經(jīng)校核 D=。1 ????? ? 圓整取塔徑為 。 同樣條件下 NHD 在 2CO 的溶解度是碳酸丙烯的 倍，則在 25℃ ， 下 NHD的溶解度為： 1 .1 5 1 3 .8 1 5 .8 7S ? ? ?3m （標(biāo)） 3/m 15 凈化氣的流量為： ? ? ? ? hmYGG B / 4 4 9 4 2 5 41 322 ????? 凈化氣摩爾流量為： hk mo lGqc / 2 ??? 凈化氣中 2CO 的流量為： hmyGG co 322,2 2 4 4 4 9 72 ???? 則被 NHD 吸收的 2CO 流量為： hmGGG cocoY / 8 1 82 4 0 6 3 3,2,122 ????? 被 NHD 吸收的 2CO 摩爾流量為： hk m o lGq YY /2 6 8 1 ??? 則 2CO 吸收所需的 NHD 的量為： hmSGL YO / 6 8 1 8 3??? 其摩爾流量為： hk m o lMLL L LOn / 4 4 8260 1 0 2 ????? ? 取 NHD 中的雜質(zhì)含量為 %，則真實(shí)所需的 NHD 為： ? ? hmL / 31 ???? 其摩爾流量為： hk m o lMLq L LLn / , ????? ? 根據(jù)全塔的物料恒算，求出 2CO 在液相中的摩爾比為 ? ? ? ? ,21,21 ????????LnVn q YYqXX 其摩爾分?jǐn)?shù)為： 1 7 2 1 2 1 111 ????? XXx 從塔底流出的富液量為： hk m o lqLL coY / 4 42 6 8 42,12 ????? 凈化氣各組分含量由 2,2, 2iiGy G? 求出，見列表 ： 表 凈化氣各組分含量 組成 CO2 CO H2 N2 CH4 合 計 含量 % 1 熱量恒算 全塔的熱量平衡式為 : 1 1 2 2g L S g LQ Q Q Q Q? ? ? ? 原料氣帶入的熱量 16 當(dāng)氣體壓力不高時，有 ? ?1 1 112 2 .4g g g oGQ C T T? ? ? 其中氣體的比 熱容1 1, 1,ig g iC C y??，而1 1 123ig i i g i g i gC a b T c T d T? ? ? ?， 查 文獻(xiàn) [5]將數(shù)據(jù)代入可得氣體中各組分的比熱容，見列表 ： 表 氣體各組分的比熱容 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 1,igC ? ?/kJ kmol k? ? ?kk m olkJC g ?? ?????????? / 原料氣帶入的熱量為： ? ? hkJQg / ????? 單位時間內(nèi)氣體的溶解熱 單位時間內(nèi)氣體的溶解熱為 1YS COGQq?? 式中2COq為二氧化碳溶于 NHD 的溶解熱，2 3 3 7 9 2 /COq kJ km ol? 故 hkJQS / 7 7 7 8 9 ??? 進(jìn) 塔溶液帶入的熱量 進(jìn)塔溶液帶入的熱量 ? ?1 1 11L L L oQ L C T T? ? ? 式中1LC為 NHD 的比熱容， ? ?1 5 4 6 /LC kJ km ol K?? 故 ? ? hkJQ L /2 0 7 5 4 8 2 52 7 32 9 85 4 5 2 01 ????? 凈化氣帶出的熱量 由工程上操作可知?dú)怏w出塔溫度與操作溫度相同，則 ? ?2 2 222 2 .4g g g oGQ C T T? ? ? 其中氣體的比熱容2 2 , 2,ig g iC C y??，而2 2 223ig i i g i g i gC a b T c T d T? ? ? ?， 查 文獻(xiàn) [5]將數(shù)據(jù)代入可得氣體中各組分的比熱容，見列表 ： 表 各組分的比熱容 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 2,igC ? ?/kJ kmol k? 12147 17 ? ?kk m olkJC g ?? ?????????? / 故凈化氣帶出的熱量為： ? ? hkJQg / 9 5 6 2 ???? 塔底富液帶出的熱量 塔底富液帶出的熱量 ? ?2 2 22L L L o XQ L C T T Q? ? ? ? 式中 ? ?21 5 4 6 /LLC C kJ km o l K? ? ?， XQ 為單位時間已溶氣體的焓， 則 ? ? ? ? hkJTTCGQOggYX co / 8 1 1 52 7 32 9 89 4 8 1 22,2 ???????? 由1 1 2 2g L S g LQ Q Q Q Q? ? ? ? 可以求出富液帶出的熱量為： hkJQ L / 4 2 6 9 1 3 92 ? 故富液的溫度 2T 為： KTCL T L XL 3 0 32 7 35 4 7 8 0 8 1 1 9 4 5 8 3 5 3022 22 ??? ?????? 溶液溫度升高了 5℃ 。 13 第 3 章 吸收過程的工藝計算 經(jīng)資料查詢以及實(shí)際情況分析可 知 進(jìn)口氣體的組成 ： 進(jìn)口氣體組成見表 ： 表 進(jìn)口氣體組成 組成 CO2 CO H2 N2 CH4 合 計 含量 /% 100 工藝參數(shù)： 原料氣壓力：常壓； 進(jìn)脫碳塔氣 體溫度： 25℃ ； 脫碳塔操作壓力： P=； 脫碳塔操作溫度： t=27℃ ； 進(jìn)脫碳塔溶液含二氧化碳的量： 進(jìn)脫碳塔溶液溫度： 25℃ ； 閃蒸槽操作壓力：常壓； 閃蒸槽操作溫度： 25℃ ； 進(jìn)氣提塔氮?dú)鉁囟龋?30℃ ； 氣提塔操作壓力： ； 氣提塔操作溫度： 25℃ ； 年工作日 330 天，其余數(shù)據(jù)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況自定。自閃蒸槽底部出來的溶劑，經(jīng)富液泵提壓后送至氣提塔頂部。 NHD 溶劑是油漆的溶劑，管道和設(shè)備內(nèi)表面不能使用涂料，偶爾接觸 NHD 溶劑的設(shè)備防腐涂層可用環(huán)氧樹脂漆 [25]。 腐蝕及材料選擇 NHD 溶劑本身無腐蝕性，并能在有些原來的腐蝕的脫碳系統(tǒng)內(nèi)抑制腐蝕，這是因?yàn)镹HD 溶劑吸收了水分，減輕了 CO2 對 碳鋼的腐蝕 [23]。采用這種冷凝器裝置的有加拿大希爾哥頓公司氨廠，加拿大工業(yè)公司氨廠等。用冷凝器冷卻貧液的有美國奧馬哈氨廠，西德的一些工廠以及TVA 的有關(guān)報價材料。 如表 所示： 表 CO 進(jìn)出口脫碳能力對比 序 號 A B C D E F G H 氣液比 脫碳能 m3(標(biāo) )/m3 凈化度 CO2% 冷凝器的位置及選定 脫碳操作溫度接近于常溫，所以進(jìn)塔溶液需要冷凍措施。下表中模式數(shù)據(jù)顯示了這種影響。但合成氨廠的脫碳壓力往往由壓縮機(jī)型及流程總體安排所決定，只要脫碳系統(tǒng)的二氧化碳的分壓達(dá)到 以上，用 NHD 脫碳都可以獲得良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在這里脫碳塔的操作溫度選 27℃ 。 脫碳再生操作溫度的選定 在吸收壓力及進(jìn)脫碳塔氣的 CO2 濃度為定值時，二氧化碳在聚乙二醇二甲醚中的平衡溶解度隨溫度降低而升高。在國外已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的聚乙二醇二甲醚氣體凈化工業(yè)裝置，也多采用填料塔。 氣提劑的選擇 本設(shè)計采用氮?dú)庾鳛闅馓釟?，因此，解決了溶液中硫化物的氧化析硫問題，改善了整 9 個系統(tǒng)的可操作性，更是脫碳塔以預(yù)飽和 CO2 的溶液作貧液這種先進(jìn)工藝的采用的先決條件 [19]。 經(jīng)閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進(jìn)入脫碳塔中部，用以吸收進(jìn)口氣體中大部分 CO2。 若降低吸收溫度，則一方面提高了 H 值 (即提高了 GK 值 )，另一方面溫度降低會使同樣的液相濃度的平衡分壓2COP?降低，吸收 2CO 的推動力 ? ?22CO COPP??將增大。閃蒸后的 NHD 溶液中還有少量的氣體 i，此時可往溶液中鼓入不含氣體 i的空氣等惰性氣體，繼續(xù)降低氣 相中 i的濃度，可進(jìn)一步降低溶液中 i氣體的濃度 iC ,達(dá)到溶液再生的目的，使之重復(fù)用于吸收。K)] 2100 冰點(diǎn) (℃ ) 22～ 29 閃點(diǎn) (℃ ) 151 燃點(diǎn) (℃ ) 157 7 計算的熱力學(xué)基礎(chǔ) NHD 溶劑在脫碳過程具有典型的物理吸收特征。 對于合成氨原料氣的脫碳及再生，我想用物理吸收法，這樣在吸收二氧化碳后，只需經(jīng)過閃蒸和氣提，就可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的再回收，所用的吸收劑是 NHD,氣提吹掃的惰 性氣體選用氮?dú)?[15]。它沸點(diǎn)高，冰點(diǎn)低，蒸汽壓低，對 CO2 氣體具有很強(qiáng)的選擇吸收性，能適合于煤油為原料，算起分壓較高的合成氣等氣體凈化，脫碳時許消耗少量冷 量，屬地能耗的凈化方法。 6 第 2 章 工藝流程方案的確定 脫碳及再生的方法 一種凈化氣體的過程，指脫除混合氣體中的二氧化碳，主要見于合成氨生產(chǎn)原料氣或煤氣的處理。低溫甲醇洗脫硫與脫碳是用同一個高的吸收塔分為兩段，上段脫二氧化碳，下段脫硫，上塔吸收 CO2 的溶劑一部分去下塔脫硫； NHD目前的流程是脫硫和 脫 CO2 溶劑分開各自成立系統(tǒng)循環(huán)，但低溫甲醇洗法外增加一個甲醇—水蒸餾塔。 NHD 工藝技術(shù)是國內(nèi)南京化工研究院開發(fā)，化工部第一設(shè)計院已在魯南化肥廠 Ⅱ 期工程凈化系統(tǒng)成功的設(shè)計了一套年產(chǎn) 8～ 10 萬噸氨裝置，現(xiàn)已投產(chǎn)三年多，運(yùn)行十分穩(wěn)定。 ② NHD 凈化工藝是國內(nèi)八十年代以后開發(fā)成功的新技術(shù)，具有九十年代的水平，該工藝在常溫 (5～ 10℃ )條件下操作，設(shè)備材質(zhì)大部分為碳鋼，國內(nèi)可以解決，價格也便宜。所以此法的冷、熱能量消耗較高 [11]。低溫下甲醇對 CO2 溶解度較大，因此循環(huán)溶液量小，耗電較少。 ③ 物理 —化學(xué)吸收法 以乙醇胺和二氧化四氫噻 吩 (又稱環(huán)丁砜 )的混合溶液作吸收劑，稱環(huán)丁砜法。主要方法有乙醇胺法和催化熱鉀堿法。 合成氨脫碳常見的三種方法 [9][10]： ① 物理吸收法 最早采用加壓水脫除二氧化碳，經(jīng)過減壓將水再生。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)原料路線、生產(chǎn)工藝的不同進(jìn)行選擇 [8]。在催化劑存在下，它可以被氫還原成甲烷、甲醇、甲醛、甲酸；它與 H2 一起代替甲醇參與芳烴的烷基化，得到包括加氫和甲基轉(zhuǎn)移的產(chǎn)物；它與不飽和烴反應(yīng)生成內(nèi)酯、酸或酯類。 CO2 在焊接工藝中作為絕緣劑和凈化劑，用來提高焊接質(zhì)量；作為萃取劑可以從香料和水果中提取香精，從咖啡里提取堿。 CO2 物理和化學(xué)方面的應(yīng)用 CO2 不是合成氨合成的原料氣，故需要在凈化階段除去；但 CO2 在常溫常壓下是無色無臭氣體，在常溫下加壓即可液化或固化，安全無毒 ，使用方便，加上其含量非常豐富，因此隨著地球能源的日益緊張，現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展， CO2 的利用越來越受到人們的重視。氨還可以用作制冷劑，在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的的銅、鎳等金屬，在醫(yī)藥工業(yè)中用作生產(chǎn)磺胺類藥 物、維生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。 氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 2 第 1 章 總述 氨的的性質(zhì)和用途 氨在常溫、常壓下為無色氣體，比空氣輕，具有特殊的刺激性臭味，交易液化。它的主要成分是聚乙二醇二甲醚（國外稱 Seiexol），是一種有機(jī)溶劑。 對粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)， 主要包括變換過程、脫硫、脫碳過程以及氣體精制過程。 為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。/h。 the tower diameter is , the height of tower is 13m， the tower packing layer is 9m and the column pressure dropping is 2906Pa. The desorption segment’s results are as follows: The amount of carbon dioxide flashes is 1