【正文】 且依據(jù) 2N的性質(zhì)來(lái)作近似計(jì)算，因此進(jìn)料中可看成氮?dú)獾暮繛?2%。經(jīng)預(yù)處理合格的原料氣經(jīng)管 16 道進(jìn)入一級(jí)脫硫器，再經(jīng)管道進(jìn)入二級(jí)脫硫器，再經(jīng)管道進(jìn)入干燥工序。合格的液體二氧化碳進(jìn)入儲(chǔ)槽，再根據(jù)用戶(hù)情況進(jìn)行槽車(chē)運(yùn)輸或充瓶。所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量全面符合美國(guó)可口可樂(lè)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)最新國(guó)標(biāo) GB106212020（食品添加劑 液體二氧化碳）的各項(xiàng)要求。 綜上所述，在制定食品級(jí)二氧化碳工藝技術(shù)路線(xiàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)原料氣的來(lái)源、氣體成分和產(chǎn)品執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 ―量身定做 ‖。要求的設(shè)備壓力等級(jí)高，氣耗高，動(dòng)力消耗大 ?；瘜W(xué)溶劑吸收法主要是采用堿性溶液對(duì) CO2進(jìn)行吸收，然后通過(guò)脫吸分離出 CO2，同時(shí)使溶劑再生，循環(huán)使用。 浙江現(xiàn)有 CO2主要使用有：工業(yè)氣體保護(hù)焊領(lǐng)域，約達(dá)整個(gè)浙江市場(chǎng)的 60～ 70%左右，主要分布在寧波、舟山、溫州、臺(tái)州等沿海工業(yè)、造船業(yè)發(fā)達(dá)的城市；其次是食品加工領(lǐng)域，如：啤酒、飲料生產(chǎn)、煙絲膨化行業(yè)。其中英國(guó) BOC 公司投資最 大，在我國(guó)成立的合資公司最多，液體 CO2 的 7 產(chǎn)量和市場(chǎng)占有率也最高。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中低效、高污染能源占相當(dāng)?shù)谋戎?，電能、石油、天然氣等高效清潔能源所占比例太小，這樣的結(jié)構(gòu)不僅造成大量的能源浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也造成極大的污染。美國(guó) % 的 CO2用于食品的冷卻、冷藏、研磨和惰化 , % 用于飲料碳酸化 , 11% 用于油井氣井操作 , % 用于碳酸鹽、青霉素的生產(chǎn)及冷卸 , % 用于焊接、冷收縮 裝配等金屬加工 , % 用于滅火劑、氣霧劑等其它方面。隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的多元化發(fā)展，國(guó)內(nèi) CO2需求呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。糧食基地、蔬菜基地的建立，為 CO2作為氣肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)其增長(zhǎng)幅度也在 5%以上。而本設(shè)計(jì)則提供了一套簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)年 5 萬(wàn)噸的食品級(jí)液態(tài)CO2。本設(shè)計(jì)就整個(gè)工藝流程和提純塔進(jìn)行了物料衡算，原料氣進(jìn)料總量為 4000Nm3/h。和熱量衡算，通過(guò)計(jì)算，提純塔為的塔徑取 800mm，塔高約為 ， 關(guān)鍵詞： 二氧化碳 ； 資源 ； 冷凝 ； 提純 ； 提純 II The process design of 50kt/a foodgrade CO2 Abstract: In synthetic ammonia coal chemical,Transformation gas in synthetic ammonia contains about 27% of CO2, and before ammonia, CO2 must be removed. The CO2 of some enterprises is evacuated, because of the control of the process flow, which destructs the ecological environment and leads to the greenhouse effect, also wastes the valuable resource. A simple process about how to recycle CO2 is provided and designed. Recycling carbon dioxide and producing foodgrade liquid carbon dioxide, waste is turned into treasure. After application, it can play a dual effect of protecting environmental and recycling economy． The production of 50 kt/a of liquid food grade CO2 is designed. Decarbonization of desorption food grade is used to purification liquid CO2. This design has many advantages. For example, its process is short, simple, saving energy, economical, making full use of energy, and so on. The temperature swing adsorption technology to remove water is used in this device, low temperature distillation to remove noncondensable gases． Atmospheric pressure padding rectifying tower and selected interrelated equipment mainly for purification CO2 are designed. In this design, material balance and thermal balance of the entire process flow and the main equipment purification tower are calculated. By calculation, the diameter of the purification tower is selected 800mm, and the height of the purification tower is selected , total feed is 4000 hNm/3 ． Key words： Carbon dioxide 。 2 第 一 章 緒論 二氧化碳（ CO2）是較豐富的 化學(xué) 物質(zhì)之一，其來(lái)源分為天然的和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的兩種。 目前， CO2 在中藥、食品、香料、石油化工、生物化工、石油開(kāi)采等方面已取得突破性 進(jìn)展 。至 1997 年底，國(guó)內(nèi) 50 多家中型合成氨廠(chǎng)已建成了 34 套 CO2回收裝置，總產(chǎn)能約 23 萬(wàn)噸 /年，其中最小規(guī) 模僅 1000 噸 /年，最大規(guī)模為3 萬(wàn)噸 /年，萬(wàn)噸以上 9 套。美國(guó) CO2生產(chǎn)裝置的利用率在 60%左右，近幾年產(chǎn)量基本維持在 450 萬(wàn)噸 /年。我國(guó)是當(dāng)今界上能源結(jié)構(gòu)以煤炭為基礎(chǔ)的少數(shù)國(guó)家之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了世界能源結(jié)構(gòu)以油、氣為發(fā)展趨勢(shì)的主流。 BOC 公司以其開(kāi)發(fā)的新型 CO2生產(chǎn) 設(shè)備 作為資本投入方式，在我國(guó)已引進(jìn) 8 套 1 萬(wàn)噸 /年的液體 CO2生產(chǎn)設(shè)備，其中 6 套已在撫順、大連、遷安、膠南、興甲、資江等正式投產(chǎn)。主要分布在杭州、溫州、寧波等地。物理溶劑吸附法是根據(jù)亨利定律，在一定溫度下， CO2在某些溶液中的濃度與液面上該氣體的平衡壓力成正比，依此規(guī)律按照物理溶解的方法實(shí)現(xiàn) CO2的分離與回收。而且由于操作壓力高，雜質(zhì)分壓也高，會(huì)大量溶解在液體二氧化碳中，產(chǎn)品純度低。本工藝以合成氨中多余的氣體為原料氣。 13 表 食品添加劑液體二氧化碳標(biāo)準(zhǔn) [17] 組分名稱(chēng) 組分含量 /% 二氧化碳 水分 總硫 總烴 氧氣 氨 氮氧化物 一氧化碳 硫氧化碳 硫化氫 二氧化硫 ≤ ≤ ≤（其中 CH4≤%） ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)述 本設(shè)計(jì)工藝是一個(gè)簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的工藝流程。工藝流程方框圖如圖 圖 流程方框圖 主要生產(chǎn)設(shè)備 提純塔 提純塔是是提純系統(tǒng)的主體設(shè)備，也是本設(shè)計(jì)中最主要的設(shè)備。主要目的將原料氣中的微量硫化物脫至產(chǎn)品質(zhì)量要求。 2CO :摩爾質(zhì)量為 kmolkg/ 進(jìn)料液： %98? （體積分?jǐn)?shù)） %? （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 餾出液： %? （體積分?jǐn)?shù)） %? （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 殘留液： %80? （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 2N :摩爾質(zhì)量為 kmolkg/ 已知： atD /50000??? 質(zhì)量分?jǐn)?shù)： %??F? %??D? %80??W? km olkgM CO / ? k m o lkgM N / ? 餾出液 流量 D 組成 Dx 進(jìn)料液 流量 F 組成 Fx 殘留液 流量 W 組成 Wx 20 所以，餾出液產(chǎn)品質(zhì)量流量： hkghkgD / 9 4 4/243 0 0 105 0 0 0 0 3 ????? 進(jìn)料液、餾出液、殘留液的摩爾分?jǐn)?shù)分別為 WDF ??? 、 ： ???F? ???D? 7 1 8 ???W? 進(jìn)料液平均摩爾質(zhì)量： k m o lkgM F /)9 8 0 ( 8 0 ?????? 餾出液平均摩爾質(zhì)量： k m olkgM D /)9 9 9 ( 9 9 ?????? 殘留液平均摩爾質(zhì)量： k m o lkgM W /)7 1 8 ( 1 8 ?????? 餾出液： hk m o lD / 9 4 4 ?? 總物料守恒： DWF ?? (32) 2CO 物料守恒： DWF DWF ??? ?? (33) 由式 3式 33 代入數(shù)據(jù)解得： hkmolF /? hkmolW /? 進(jìn)料液產(chǎn)品質(zhì)量流量： hkgFMF F / 4 2 08 4 6 ????? 殘留液產(chǎn)品質(zhì)量流量： hkgWMW W / 7 60 5 ????? 表 物料衡算結(jié)果 進(jìn)料 塔底出料 塔頂出料 質(zhì)量流量 / hkg/ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 摩爾流量 / hkmol/ 摩爾分?jǐn)?shù) /% 21 熱量衡算 由于本流程設(shè)備較多，而主要熱量變換集中在冷凝階段。 物料衡算圖，如圖 所示： 圖 物料衡算圖 本設(shè)計(jì)將 2CO 作為重組分，其體積分?jǐn)?shù)約為 98%；其余的組分為輕組分。 一級(jí)脫硫器和二級(jí)脫硫器 一級(jí)脫硫器和二級(jí)脫硫器是脫硫系統(tǒng)的兩個(gè)主要設(shè)備。本工藝采用全自動(dòng)操作，并通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)整操作指標(biāo) ；將氣態(tài)二氧化碳通過(guò)冷凍方式進(jìn)行液化，液化的冷量由冰機(jī)提供；對(duì)閃蒸氣和蒸發(fā)氣氨冷量進(jìn)行充分回收，采用二級(jí)冷量回收系統(tǒng)；液化后的二氧化碳進(jìn)入提純塔進(jìn)行分離，提純塔工作原理即提純?cè)?，利用二氧化碳與其它氣體雜質(zhì)沸點(diǎn)的不同實(shí)現(xiàn)二氧化碳的提純，經(jīng)提純提純可以從塔釜得到合格的二氧化碳產(chǎn)品。提純塔的設(shè)計(jì)全部采用自動(dòng)操作，專(zhuān)用不銹鋼波紋填料和蒸發(fā)換熱管，在液體 CO2進(jìn)入提純塔時(shí)采用全回流噴淋方式，使進(jìn)入提純塔的液體 CO2與閃蒸氣進(jìn)行熱量交換，在回收冷量的同時(shí)，進(jìn)一步降低 CO2飽和蒸汽壓，既回收了閃蒸氣中的有效組分同時(shí)又降低了 CO2飽和蒸汽壓，從而確保產(chǎn)品 CO2的質(zhì)量和回收 率。雖然這些雜質(zhì)有一定的水溶性，但要靠洗滌和洗附達(dá)到 ppm級(jí)，難度大，不易穩(wěn)定，新國(guó)家食品二氧化碳和國(guó)際飲料技術(shù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中要求醇類(lèi)＜ 10106（ V）、醛類(lèi)＜ 10其它含氧有機(jī)物＜ 106(有機(jī)酸類(lèi)、酯類(lèi)、酮、醚等 )。由于濃度低，要想在淺低溫下液化，如 12℃ 液化，則要求二氧化碳必須具有約 Mpa(絕壓 )，那么，液化時(shí)的總壓至少應(yīng)＞ Mpa。按照吸收分離原理不同，分為化學(xué)溶劑吸收法和物理溶劑吸附法。 東北地區(qū)主要用于焊接 35%，油田驅(qū)動(dòng)氣 21%，飲料和啤酒 22%，大棚蔬菜用氣體肥料 18%，其他用途 4%。近年，世界各大工業(yè)氣體公司，如英國(guó)的 BOC 公司、法國(guó)的法液空公司、美國(guó)的普萊克斯公司、 CBI 公司、日本的巖谷公司以及我國(guó)臺(tái)灣的涇福公司等先后投資國(guó)內(nèi)，在資源豐富、市場(chǎng)潛力較大的省市紛紛建廠(chǎng)。中國(guó)的能源以煤炭消費(fèi)為主，其比重為 75％，石油約占 17％，水電約占 5％，天然氣、核電約占 ％。 國(guó)外 CO2的市場(chǎng)概況 美國(guó)是世界上 CO2 最大的生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó) ,共有 90 余套生產(chǎn)裝置 ,其生產(chǎn)能力為 800104t/a: 主要原料為合成氨廠(chǎng)、制氫廠(chǎng)、石化廠(chǎng)和天然氣加工廠(chǎng)副產(chǎn)回收的 CO2。 90 年代初，國(guó)內(nèi) CO2 產(chǎn)銷(xiāo)量迅速增長(zhǎng)到 20 萬(wàn)噸以上，市場(chǎng)初具規(guī)模。 （ 3） CO2氣肥 CO2 和水是植物光合作用的二種基本原料，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的唯一途徑。目前，二氧化碳的提純工藝尚存在著諸多弊端，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)落后，工藝技術(shù)落后，檢測(cè)手段滯后，投資 大、設(shè)備數(shù)量多，工藝流程繁雜。 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì) CO2的提純而進(jìn)行的常壓填料提純塔的設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備選型。Resource 。 CO2 物理狀態(tài)可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)（干冰）三種形式， 二氧化碳是空氣中常見(jiàn)的化合物，其分子式為 CO2，由兩個(gè)氧原子與一個(gè)碳原子通過(guò)共價(jià)鍵連 接而成，相對(duì)分子 質(zhì)量 為 。該技術(shù)作為一種新型低成本技術(shù) ,將越來(lái)越受到人們的青睞，也為 CO2提供了用 ―武 ‖之地。國(guó)內(nèi)酒精廠(chǎng)、啤酒廠(chǎng)也有百余家安裝了 CO2回收、精制裝置，總生產(chǎn)能力達(dá) 18 萬(wàn)噸 /年，其中最大規(guī)模為