【正文】 （ 54） 式中： D — 吸收塔直徑， m sV— 氣體的體積流量， sm/3 將入塔流量 Vs= m3/s 分為兩股，分別進(jìn)入兩個(gè)塔內(nèi)，則每個(gè)塔的入塔流量為Vs=。 根據(jù) PC 的定壓比熱容公式： CpL=+(t10) KJ/kg? ℃ ； （ 411） 算得： Cpl1=? ℃ ； Cpl2=? ℃ ； (3) CO2的溶解熱 查得 ? Hco2=14654kJ/kmol CO2（實(shí)驗(yàn)測(cè)定值） CO2在 PC 中的溶解量為： =故 QS=14656=(4)出塔溶液的溫度 根據(jù)全塔熱量衡算有： 帶入的熱量（ QV1+QL2） +溶解的熱量（ QS） =帶出的熱量 （ QV2+QL1+QV夾） 溶解 氣體占溶液的質(zhì)量分率 （ 412） ? ?? ?1 1 1 1 02 2 2 2 01 6 0 4 2 5 2 2 . 4 3 1 . 3 4 3 0 6 7 3 3 5 5 3 k J /h(33445 76. 49 1106. 94) 1. 435 30 14403 1672 kJ / h28862793. 6 kJ / hV P V VL P L LSQ V C T TQ L C T TQ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? 19 ? ?? ?2 2 2 2 01 1 1 1 0 1 11 0 11 1 3 7 7 5 2 2 . 4 2 9 . 0 4 3 0 4 4 2 5 0 3 4 . 8 k J /h( ) 3 4 3 3 8 4 7 . 2 5 1 . 4 3 5 4 9 2 7 5 7 0 . 88 4 . 5 3 0 2 2 . 4 3 1 . 3 4 1 1 8 . 3V P V VL P L L L LV L LQ V C T TQ L C T T T TQ T T T? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 式中： L1=++= kg/h 熱量平衡： 6733553+144031672+=++ 得出： L1 ? ℃ 與假設(shè)接近，可以接受。=溶解氣量： = Nm3/h 溶解氣平均摩爾質(zhì)量： sM =44+28+2+28= kg/kmol 溶解氣的質(zhì)量流量： 247。 30℃ ： ρL1=1192kg/ m3； 35℃ ： ρL1=1187 kg/ m3 PC 的蒸汽壓 查 PC 理化數(shù)據(jù)知， PC 蒸汽壓與操作總壓及 CO2 的氣相分壓相比均很小，故可認(rèn)為PC 不揮發(fā)。合成氨 ： ?8000300000 。除此以外，復(fù)合溶劑為了達(dá)到操作特性要求所作的混合過(guò)程，還具有其它方面的靈活性，即復(fù)合溶劑的組成。 解決辦法 目前，碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個(gè)新的階段，工業(yè)應(yīng)用的或即將應(yīng)用的最有吸引力的進(jìn)展有以下幾個(gè)方面： 塔器的優(yōu)化包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過(guò)程控制的技術(shù)改造，改造后往往可提高 20%50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進(jìn)行 :一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造，其目的是提高通氣量和強(qiáng)化氣液接觸效率，加大潤(rùn)濕面積。 液體流程 碳酸丙烯酯脫碳流程簡(jiǎn)述 貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來(lái)，由塔底排出稱為富液。自油水分離器頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來(lái)的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至工藝指標(biāo)內(nèi)。 技術(shù)經(jīng)濟(jì) 由于碳丙脫碳純屬物理過(guò)程，因而它的能耗主要消耗在輸送流體所須的電能。 PC法是南化集團(tuán)研究院等單位于 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)的技術(shù)， 1979 年通過(guò)化工部鑒定。 物理化學(xué)吸收法 物理化學(xué)吸收法脫除 CO2 工藝主要有環(huán)丁砜法和常溫甲醇法，物理化學(xué)吸收法常用于中等 CO2分壓的原料氣處 理。為了達(dá)到連續(xù)分離的目的，變壓吸附脫碳至少需要兩個(gè)以上的吸附塔交替操作，其中必須有一個(gè)吸附塔處于選擇吸附階段，而其它塔則處于解吸再生階段的不同步驟。物理吸收法常用于高 CO2分壓的原料氣處理。低熱耗苯菲爾工藝是由美國(guó)聯(lián)碳公司在傳統(tǒng)苯菲爾工藝基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，采用了節(jié)能新技術(shù)?；瘜W(xué)吸收法常用于 CO2分壓較低的原料氣處理。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置的能力。因此合成氨生產(chǎn)中把脫除工藝氣中 CO2的過(guò)程稱為脫碳，在合成氨尿素聯(lián)產(chǎn)的化肥裝置中，它兼有凈化氣體和回收純凈 CO2的兩個(gè)目的。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開(kāi)發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等 [3]。近年，合成氨產(chǎn)量以蘇聯(lián)、中國(guó)、美國(guó)、印度等十國(guó)最高，占世界總產(chǎn)量的一半以上。 1901 年法國(guó)物理化學(xué)家呂 同時(shí)尿素的甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用。與水形成水合氨（ OHNHOHNH 2323 ??? ）簡(jiǎn)稱氨水，呈弱堿性。該法是目前國(guó)內(nèi)最為常用的脫碳方法。設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單介紹了合成氨的主要脫碳方法，并通過(guò)對(duì)比總結(jié)各脫碳方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定采用的脫碳方法是碳酸丙烯脂法脫碳。設(shè)計(jì)了合成氨脫碳工段的工藝流程、工藝參數(shù)、主要設(shè)備、熱量衡算、物料衡算，以及設(shè)備的尺寸等相關(guān)內(nèi)容。本設(shè)計(jì)還詳細(xì)的介紹了合成氨脫碳工段的生產(chǎn)原理、工藝流程、工藝參數(shù)、主要設(shè)備、熱量衡算、物料衡算，以及設(shè)備的設(shè)計(jì) 與選型等內(nèi)容。氨水極不穩(wěn)定，遇熱分解，氨含量為1%的水溶液 PH=。目前，世界上氨產(chǎn)量的 85%— 90%用于生產(chǎn)各和氮肥。所以合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門。查得利開(kāi)創(chuàng)性地提出氨合成的條件是高溫、高壓，催化劑存在。合成氨主要消費(fèi)部門為化肥工業(yè)，用于其他領(lǐng)域的（主要是高分子化工、火炸藥工業(yè)等）非化 4 肥用氨，統(tǒng)稱為工業(yè)用氨。 中國(guó)的合成氨工業(yè)是在 20 世紀(jì) 30 年代開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)僅在南京和大連兩地建有規(guī)模不大的兩個(gè)合成氨工廠，此外在上海還有 一個(gè)電解水制氫生產(chǎn)合成氨的小型車間，全國(guó)年產(chǎn)量不到 1 萬(wàn)噸。 由變換工序來(lái)的低變氣進(jìn)脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)物理吸收或者化學(xué)吸收法吸收二氧化碳。 合成氨脫碳的方法概述 在合成氨的整個(gè)系統(tǒng)中，脫碳單元為系統(tǒng)關(guān)鍵項(xiàng)，脫碳工序運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定與否。 （ 1）烷鏈醇胺類的脫碳工藝主要是乙醇胺 (MEA)法； （ 2） 碳酸鉀溶液作吸收劑的脫碳工藝，即熱鉀堿脫碳工藝有： ① 苯菲爾法； ② Flexsorb法 [4]等。國(guó)內(nèi)新建的以天然氣為原料的大型合成氨裝置，脫碳系統(tǒng)也多采 用低熱耗苯菲爾工藝。 (1)低溫甲醇洗法 低溫甲醇洗工藝由德國(guó)林德公司（ Linde）和魯奇公司（ Lurgi）開(kāi)發(fā)，是利用甲醇溶劑對(duì)各種氣體溶解度的顯著差別，可同時(shí)或分段脫除 H2S、 CO2 和各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，具有氣體凈化度高、選擇性好、溶液吸收能力強(qiáng)，操作費(fèi)用低等特點(diǎn)，是一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的氣體凈化工藝 [7]。在每次循環(huán) 中，每個(gè)吸附塔依次經(jīng)歷吸附、多次壓力均衡降、逆向放壓、抽空、多次壓力均衡升、最終升壓等工藝步驟。 (1)環(huán)丁砜法 環(huán)丁砜法中所使用的溶劑是由環(huán)丁礬、二異丙醇胺與水組成，能同時(shí)吸收 CO2和硫的化合物，且吸收速度快，凈化度高，但再生耗熱多，目前只有一些中小型廠使用。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，已有 150 余家工廠使用 PC 技術(shù)，現(xiàn)有裝置 160 余套，其中大型 裝置兩套，其余為中小型裝置。碳丙溶劑對(duì) CO2等酸性氣體的吸收能力較大，一般為同條件下水吸收能力的 4 倍。凈化氣由塔頂出來(lái)后進(jìn)入凈化氣分離器，將凈化氣夾帶的碳酸丙烯酯霧沫進(jìn)一步分離，凈化氣由分離器頂部出來(lái)回壓縮機(jī)入口總管。富液經(jīng)減 11 壓后進(jìn)入閃蒸槽，自閃蒸槽出來(lái)的碳酸丙烯酯液進(jìn)入常解 汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出來(lái)經(jīng)過(guò)兩液封槽進(jìn)入汽提塔頂部，與自下而上的空氣逆流接觸，將碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳進(jìn)一步汽提出來(lái)，經(jīng)汽提后的碳酸丙烯酯溶液為貧液，由汽提鼓風(fēng)機(jī)補(bǔ)入防腐空氣到常解再生塔的下段汽提塔，用空氣進(jìn)一步汽提出殘留于富夜中的 CO2 ,貧液由汽提塔出來(lái)進(jìn)入中間槽，再由中間槽進(jìn)入溶液泵， 由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進(jìn)入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個(gè)解吸過(guò)程。具體辦法是設(shè)稅全截面均勻分布的氣體和液體分 布器，部分或全部采用規(guī)整填料；二是再生塔的改造。而且，復(fù)合溶劑可以優(yōu)化配方用 最低的費(fèi)用達(dá)到所須的分離要求（見(jiàn)表 ）。 （ 41） 變換氣： 4278Nm3變換氣 /t氨。 PC 的黏度 logμ=+（ ） smPa? （ 45） T— 為熱力學(xué)溫度， K 物料衡算 各組分在 PC 中的溶解量 各組分在操作總壓為 、操作溫度為 35℃ 下在 PC 中的溶解度數(shù)據(jù)，并取相對(duì)吸收飽和度為 80%，數(shù)據(jù)如表 。=帶出氣體的總質(zhì)量流量： += 驗(yàn)算吸收液中凈化氣中 CO2的含量 取脫碳塔阻力降為 ，則塔頂壓強(qiáng)為 = kgf/cm2，此時(shí) CO2的分壓為： Pco2==此時(shí)分壓呈平衡的 CO2液相濃度為： lgXco2=lgPco2+（ 410） 17 =+ = Xco2= CO2/kmolPC = 1192/ ? =＞ Nm3CO2/m3PC 式中： 1192 為吸收液在塔頂 30℃ 時(shí)的密度，近似取純 PC 液體的密度值。 20 第五章 吸收塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定吸收塔塔徑及相關(guān)參數(shù) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 已知量： 入塔氣： V1=160425 Nm3/h=144726kg/h， ρG1=， M 1=， 30℃ 出塔氣： V2=113775 Nm3/h=， ρG2= kg/m3， M 2=， 30℃ 出塔液 : L1=++= kg/h, ρL1=1187kg/m3， Pt1= 入塔液： L2=+=， ρL2=1192 kg/m3， 30℃ ， Pt2= 黏度： 由公式 logμ=+（ ） （ 51） 得： μL1=此時(shí)每個(gè)塔的塔徑 4 ????，圓整后取塔徑為 。 混合氣體的密度 : 10 10 G PMRT??? ? ?? ? ?? （ 52） 2 0 .2tGFL3 Llg[ ]aug ? ???? ? ?=AK 11 G 84L( ) ( )LV ??? （ 53） 220 . 2 0 . 2tGFFL33L11841 0 6 . 4 2 2 . 4 5l g [ ] l g 2 . 3 6 89 . 8 1 1 1 8 70 . 93433845. 05 22. 450 . 0 9 4 2 1 . 7 5 ( ) ( )1 4 4 7 2 6 1 1 8 7auug? ?????? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? 得 F? =取 /sFuu?? 21 式中 : Fu — 泛點(diǎn)氣速， sm/ g— 重力加速度， 2/sm a — 填料總比表面積， 32/mm ? — 填料層空隙率 G? 、 L? — 氣相、液相密度， 3/mkg ? — 液體粘度， SmPa? L 、 G — 液相、氣相的質(zhì)量流量， hkg/ 求取塔徑 Vs=160425（ ） （ ） = uVD s ?/4? = 4 ?? =。 表 各組分溫度系數(shù)及其定壓比熱容 組分 溫度系數(shù) 定壓比熱容 a b c d CP1 CP2 CO2 102 105 109