【文章內容簡介】 氣的質量流量： hkg / 41 37 45 ??? 帶出氣體的總質量流量： += 驗算凈化氣中 CO2含量 吸收液中 CO2殘量為 ，凈化氣中 CO2的含量 : 取脫碳塔 阻力降為 ，則塔頂壓強為 2/ cmk g f?? , 此時， CO2的分壓為： aCO kPcmk g fP 3 7 2 ???? 。 查 文獻 [13]知 ： 與此分壓呈平衡的 CO2液相濃度為： PCmcoNmPCmcoNmk m o l P Ck m o l C O3233232COCO/ 0 2 1 8 0 2 0 0 /0 0 2 0 0 2 . 6 9 74 . 1 1 22 . 0 9 8 5 0 . 6 8 2 5 61 1 0 7 4 42 0 7 lg 22???????????? 式中： — 吸收液在塔頂 34℃ 時的密度 （ 近 取純 PC 液體的密度 ）。 計算結果表明，要使出塔凈化氣中的 CO2濃度不超過 %，則入塔吸收液中CO2的極限濃度可達 ,本設計取值在其所需求的范 圍之內，故選值滿足要求 。 出塔氣體的組成 出塔氣體的體積流量應為入塔氣體的體積流量與 PC 帶走氣體的體積流量之差： CO2： 50000 1 =℅ CO： 50000 696=℅ H2： 50000 =℅ N2： 50000 =℅ CH4： 50000 =℅ : ? ％ 17 出塔氣的平均摩爾質量： M 2＝ 44 ＋ 28 ＋ 2 ＋ 28 ＋ 16 ＝ 出塔氣的質量流量： LV2=247。 = 熱量衡算 在物料衡算中假設出塔液相的溫度為 37℃ ,出塔氣相的溫度為 34℃ ，現(xiàn) 通過熱量衡算對假設的溫度進行校核。 混合氣體的定壓比熱容 CPV 真實氣體的定壓比熱容難以查到，氣體的壓力并不很高，所以借助理想氣體的定壓比熱容公式近似計算，查 文獻 [13]知 計算公式 為： CPi=ai+biT+ciT2+diT3,其溫度系數(shù)如下表： CP的單位為（ kcal/kmol﹒ ℃ ） /(KJ/ kmol﹒ ℃ ) 表 各氣體組分定壓比熱容公式中的溫度系數(shù) 組分 溫度系數(shù) 定壓比熱容 a b c d CP1(37℃ ) CP2(34℃ ) CO2 103 105 109 CO 103 105 109 H2 103 105 109 N2 103 105 109 CH4 103 105 109 CPV1= iPiyC? =+++ + =﹒ K CPV2= iPiyC? =+++0.24486+ =﹒ K 液體的比熱容 CPL 實際溶解的 CO2為 Nm3/hPC。 查 文獻 [13]知 溶解氣體占溶液的質量分率： 18 1 8 2 ) 0 0 ( ?? = 式中： — 34℃ 純 PC 的 密度 由計算知 其量很少，因此可用純 PC 的密度代替溶液的密度 。 查 文獻 [13]知： 純 PC的定壓比熱容與溫度的關系式： CPL=+（ t10） 算得： 34℃ 時： CPL1= kJ/kg﹒ ℃ 37℃ 時： CPL2=﹒ ℃ CO2的溶解熱 QS 查 文獻 [13]知 ： 2Hco? =14654kg/kmol 2co?=CO2在 PC中的溶解量為： =故 QS=14654 =。 出塔溶液的溫度 TL1 全塔物料衡算 帶入的熱量（ Qv1+ Q2） +溶解熱量（ QS） =帶出的熱量（ Qv2+ QL1+ QV夾 ） 原料氣帶入量 Qv1=V1CPV1(TV1T0)=50000247。 =溶劑帶入量 溶劑中 CO2殘余量： 7= QL2=L2C PL2(TL2T0)=(+) 33 4 = kJ/h 溶解熱： QS=凈化氣帶出熱： Qv2=V2C PV2(TV2T0)=247。 =富液帶出熱： QL1= L1C PL1(TL1T0) L1=++= kg/h 所以， QL1= 9 TL1= kJ/h 夾帶熱： 19 QV夾 = (T L1T0)=熱量平衡： Qv1+ Qv2 +QS=Qv2+ QL1+ QV夾 得： tL1=℃ 所以， QV夾 =QL1= =求得溫度與假設相近，可以接受 。 最終衡算結果 輸入項 ： 入塔氣及其組成（ 34℃ ） V1=50000Nm3/h=50000/ =Qv1= kJ/h 1M =表 入塔氣的氣量與體積分數(shù) CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h 13750 50000 % % % % % 100% 入塔液及其組成（ 34℃ ） L2=+=QL2=CO2的溶解熱 VCO2=14654Nm3/h=QS=Gi=V1+L2=Qi= Qv1+QL2+QS=輸出項 ： 出塔 氣及其組成（ 34℃ ） V2=Qv2=2M = 20 表 出塔氣的氣量與體積分數(shù) CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h ％ ％ ％ ％ ％ 100% 出塔液及溶解氣組成（ 37℃ ） L1=QL1=SM =表 出塔液中氣體氣量與體積分數(shù) CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h % % % % % 100% 出塔液夾帶氣組成（ 37℃ ） V 夾 =248,312Nm3/h=214,100kg/h QV夾 =夾M =表 出塔液夾帶氣的氣量與體積分數(shù) CO2 CO H2 N2 CH4 Nm3/h ％ ％ ％ ％ ％ 100% G0=V2+L1= kg/h Q0=QV2+QL1+QV夾 = 小結 ① 通過對脫碳填料塔的物熱衡算知，碳酸丙烯酯脫碳為高濃度、多組分、非等溫的物理吸收過程， PC 除了要吸收 CO2外，對其他氣體都有不同程度的溶解吸收作用，因 CO、 H N CH4等氣體在 PC中的溶解度比 CO2小得多（其總量不超過 21 5%）故可以將多組分吸收的問題簡化為單組分吸收的計算，所致誤差工程上可以接受 。 ② CO2在 PC中的溶解熱不能被忽略，因此，在吸收塔內存在一個溫度分布，在塔的各個截面上，其相平衡常數(shù)各不相同，塔內的溫度分布可通過物熱衡算算出。 ③ 在衡算過程 中，雖然有些簡化假設，但衡算結果與生產實際基本相符，所以可作為吸收塔設計的計算依據(jù)。 22 第 4 章 主設備計算 工業(yè)上使用填料塔較普遍，本工藝計算方法按填料塔計算 。 經比較，選 DG25mm 聚丙烯階梯環(huán)（米字筋），查 文獻 [16]知 ： A= 干填料因子3?a=172m1, 比表面積 at=223m2/m3。 已知條件 ： 進塔變換氣量 50000Nm3/h； 碳酸丙烯酯循環(huán)量 ； 脫碳塔操作壓力 。 塔設備 ，是石油、化工、輕工生產中廣泛使用的重要生產設備。 在石油、化工、輕工等生產過程中，塔設備主要用于氣、液兩相直接接觸進行傳質傳熱的過程。 碳酸丙烯酯脫除二氧化碳工藝設計采用填料塔吸收效果較好，本次填料塔的工藝設計主要包括 脫碳塔泛點速度計算，脫碳塔塔徑計算，填料層高度計算， 塔附屬 高 度計算及 填料層壓降計算等 。 物性數(shù)據(jù) 查 文獻 [15]混合氣體的 密 度： nini iG TZYMPT)(10 ???? 式中 G? — 混合氣體的密度， kg/m3 T0— 標準狀態(tài)下 溫度， T— 混合氣體溫度， K P— 混合氣體壓力， atm Zn— 壓縮系數(shù)， Zn =1 Mi— 混合氣體中 i 氣體分子量 ， kg/mol Yi— i 氣體在混合氣體中的 ， mol% 23 ??ni iiYM1 =11 0 1 3 2 0 3 5 0 7 3 6 ??? ????G? =3 查 文獻 [15]混合氣體的粘度： ?????niiiniiliiGMyMy11)()(?? mogili T )(?? ? Li? — i 氣體粘度， cp ogi? — i 氣體在 0℃ ，常壓時的粘度， cp m— 關聯(lián)式指數(shù) 表 0℃ 時常壓氣體的粘度 ogi? 氣體 CO2 CO H2 N2 CH4 ogi? (mpa﹒ s) 102 102 102 102 表 關聯(lián)式指數(shù) m 氣體 CO2 CO H2 N2 CH4 m 值 計算得：2co?=102mPa﹒ s co? =102mPa﹒ s 2H?=102mPa﹒ s 2N?=102mPa﹒ s 4CH?=102mPa﹒ s 將以上數(shù)據(jù)代入 下面公式可得 G? ?????niiiniiliiGMyMy11)()(?? 24 mogili T )(?? ? 所以 G? = 2?? =102 mPa﹒ s= /( . )kg mh 二氧化碳的擴散系數(shù)： 先由雙元擴散系數(shù)關聯(lián)式求出 CO2氣體在 i 氣體中的擴散系數(shù)，然后再求 CO2在混合氣體中的擴散系數(shù) 查 文獻 [16]知 公 式： 23131])()[()11(222iCOiCOCO VVPMMTD?? ??? 式中： ?2)( COV、 ?iV)( — CO2氣體、 i 氣體的分子擴散體積 表 氣體分子擴散體積 氣體 CO2 CO H2 N2 CH4 分子擴散體積 ?V 由表得： COCOD ?2=22 HCOD ?= m2/h 22 NCOD ? = m2/h 42 CHCOD ?= m2/h 二氧化碳在氣體中的擴散系數(shù)： 1 22 ??? ?????? ?ni iCOiCOGDyyD =103m2/h 計算得：COCOCODy?=22HCOHDy?= h/m2 44NCONDy?= h/m2 44CHCOCHDy?= h/m2 二氧化碳在碳酸丙烯酯中的擴散系數(shù)： DL=108LT? =108 25 =105cm2/s=109m2/h 二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度系 數(shù)： H=22COPCcoL PM x?? 由物熱衡算知： 2COP= ?2cox=所以， H=(kPa﹒ m3) 脫碳塔泛點速度計算 查 文獻 [16] lg[ 32 )(LLGF agW ???? ] =A－ 8141 )()(LGGL ?? 式中： Fu — 泛點空塔速度， m/s g— 重力加速度， L? — 碳酸丙烯酯粘度， （ cp） 3?a— 干填料因子， 172m1 L? — 碳酸丙烯酯 34℃ 時的密度， L— 碳酸丙烯酯流量， G— 進塔氣體流量， 將上述各值帶入公式：