【文章內(nèi)容簡介】 稱Fluor法。PC法是南化集團研究院等單位于20世紀70年代開發(fā)的技術(shù)，1979年通過化工部鑒定。據(jù)初步統(tǒng)計，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。大部分用于氨廠變換氣脫碳。總脫碳能力約300萬噸合成氨/年，其中配尿素型應(yīng)用較多，占60%左右，至今該法仍是聯(lián)堿、尿素、磷銨等合成氨廠使用最廣的脫碳方法，其開工裝置數(shù)為MDEA、NHD法總和的數(shù)倍。PC技術(shù)的應(yīng)用，主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段始于70年代末，兩個小氮肥廠用PC法代替水洗法脫CO2的工業(yè)試驗裝置獲得成功，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。加之PC法在工藝上與水洗法相似，改造費用低，很快在一些小氮肥企業(yè)中推廣應(yīng)用；第二階段，20世紀90年代以來，隨著小化肥改變碳銨單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場需要，采用脫碳增氨轉(zhuǎn)產(chǎn)尿素或聯(lián)醇等方法，以提高經(jīng)濟效益，增強小化肥的竟爭能力。為此，需要增設(shè)一套變換氣脫碳裝置，由于PC技術(shù)為典型的物理吸收過程，流程簡單，投資少，節(jié)能明顯，技術(shù)易于掌握。因此，很快得到了推廣，并擴大了應(yīng)用范圍，技術(shù)上也趨于成熟。由于碳丙脫碳純屬物理過程，因而它的能耗主要消耗在輸送流體所須的電能。碳丙溶劑對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。因此，代替水洗法脫除變換氣中CO2不但滿足銅洗要求，而且回收CO2的濃度和回收率也能滿足尿素、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。與水洗法相比可節(jié)省電耗150250KWh/tNH3，可節(jié)省操作費1025元/t NH3。因而應(yīng)用碳丙脫碳的廠家均可獲得明顯的節(jié)能效果。但這種效果隨著工藝配置、設(shè)備、操作狀況，處理規(guī)模和目的的不同而差異較大。 幾種脫碳方法的能耗比較表方法名稱加壓水洗苯菲爾法位阻胺法改良MEDA法NHD法PC法能耗284735585442334941871884104712561256操作溫度的確定溫度對各種工藝氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度影響較大，操作溫度的升高，會使二氧化碳、硫化氫等氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度下降，對吸收過程很不利，由于氫、氮等氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度隨溫度的升高而增加，所以又增加氮氣體的溶解性損失，溶劑的再生則反之。 提高操作溫度則會使溶劑中溶解的氣體較多的解析出來，使溶劑很快再生。但由于吸收過程的利弊對整個工藝的影響大于溶劑的再生過程，所以應(yīng)先滿足吸收過程的要求。降低操作溫度可以減少溶劑的循環(huán)量，使溶劑泵的電耗下降，還可以降低整個脫碳過程中的氣相帶出的溶劑蒸汽，即溶劑的損耗降低，相應(yīng)的減少了操作運行費用，提高了經(jīng)濟效益。根據(jù)我國的小合成氨廠普遍采用的合成氨生產(chǎn)“兩水”閉路循環(huán)的方法，冷卻水為循環(huán)用水，溫度較高，所以碳酸丙烯酯脫碳操作溫度應(yīng)控制在35攝氏度以下。在用地下水補充用水的工廠，最好采用地下水為脫碳冷卻水后，再做循環(huán)水系統(tǒng)的補充用水，這樣，脫碳操作溫度應(yīng)控制在25攝氏度左右，對整個生產(chǎn)過程有利。操作壓力的對二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度有巨大影響，隨著壓力的升高，二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度逐漸增加，提高壓力，有利于提高碳化氣的凈化度。吸收壓力的提高，在相同的溫度條件下，變換氣的飽和水蒸氣減少，帶入脫碳系統(tǒng)的水量減少，有利于系統(tǒng)的水平衡，減少變換氣帶入系統(tǒng)的水分。因此， 壓力要好，表現(xiàn)在在等同的處理相同原料氣量的情況下，氣體凈化度高，碳酸丙烯酯循環(huán)量小，含水分易控制，損耗小。①氣體流程 ⑴原料氣流程，洗去變換氣中的大部分油污及部分硫化物，并將氣體溫度降到30℃以下，同時降低變換氣中飽和水蒸汽含量。氣體自水洗塔塔頂出來進入分離器，自分離器出來的氣體進入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至工藝指標內(nèi)。凈化氣由吸收塔頂部出來進入凈化氣洗滌塔底部，與自上而下的稀液（或脫鹽水）逆流接觸，將凈化氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與蒸氣洗滌下來，凈化氣由塔頂出來后進入凈化氣分離器，將凈化氣夾帶的碳酸丙烯酯霧沫進一步分離，凈化氣由分離器頂部出來回壓縮機四段入口總管。根據(jù)各廠的具體情況和氨加工產(chǎn)品的不同，相匹配的碳丙脫碳條件及要求亦各異。在使用上，有替代加壓水洗型、聯(lián)堿型、配尿素型、聯(lián)醇型、生產(chǎn)液氨型以及制氫等各類型；在凈化效率上，有的對CO2進行粗脫，而大部分廠家，則進行精脫；對脫碳壓力，、。⑵解吸氣體回收流程由閃蒸槽解吸出來的閃蒸氣進入閃蒸氣洗滌塔，自下而上與自上而下的稀液逆流接觸，將閃蒸氣夾帶的液滴回收下來。閃蒸氣自閃蒸氣洗滌段出來后進入閃蒸氣分離器，將閃蒸氣夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離下來，閃蒸氣自分離器頂部出來送碳化，脫除二氧化碳并副產(chǎn)碳酸氫銨后，閃蒸氣回壓縮機一段入口總管。由常解塔解吸出來的常解氣進入常解汽提氣洗滌塔的常解氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與飽和于常解氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，常解氣自常解氣洗滌段出來后進入常解氣分離器，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離，常解氣自分離器頂部出來送食品二氧化碳工段。汽提氣由汽提塔出來后進入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將汽提氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴和飽和汽提氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。②液體流程①碳酸丙烯酯脫碳流程簡述貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來，由塔底排出稱為富液。富液經(jīng)自調(diào)閥進入溶液泵渦輪機組的渦輪，減壓后進入閃蒸槽，自閃蒸槽出來的碳酸丙烯酯液一部分進入過濾器，大部分不經(jīng)過過濾器，二者混合過后進入常解汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出來經(jīng)過兩液封槽進入汽提塔頂部，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一步汽提出來，經(jīng)汽提后的碳酸丙烯酯溶液為貧液，貧液由汽提塔出來進入循環(huán)槽，再由循環(huán)槽進入溶液泵渦輪機組的溶液泵，由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個解吸過程。②稀液流程循環(huán)稀液（或軟水）由常解汽提氣洗滌塔的常解段出來，經(jīng)稀液泵加壓后送往凈化氣洗滌塔上部自上而下。由塔底出來經(jīng)自調(diào)閥進入閃蒸氣洗滌塔的上部自上而下，由底部出來經(jīng)自調(diào)閥進入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段自上而下，由底部出來經(jīng)一U型液封管進入常解氣洗滌段繼續(xù)循環(huán)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 4 吸收塔的工藝設(shè)計4 吸收塔的工藝設(shè)計（PC）的物理性質(zhì) 碳酸丙烯酯的性質(zhì)正常沸點，（℃）蒸汽壓粘度，mPas分子量20430℃38℃20℃50℃溫度，（℃）015254055ρ（kg/m3）12241207119811841169 CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度 碳酸丙烯酯的溶解度溫度t，（℃）254050亨利系數(shù)E CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解熱可近似按下式計算（以表示）吸收是利用各組分溶解度的不同而分離氣體混合物的操作?；旌蠚怏w與適當?shù)囊后w接觸，氣體中的一個或幾個組分便溶解于液體中而形成溶液，于是原組分的一分離。對與此題中的易溶氣體是CO2 。依題意：年工作日以300天，每天以24小時連續(xù)運行計，有：30024=7200h合成氨：80000t/a= 變換氣： 4300m3（標）變換氣/t氨（簡記為Nm3/t）V = 4300=變換氣組成及分壓如下表 變換氣組成及各分壓進塔變換氣CO2COH2N2CH4合計體積百分數(shù),%100組分分壓，MPa組分分壓，kgf/cm2 CO2在PC中亨利系數(shù)數(shù)據(jù) 碳酸丙烯酯的亨利系數(shù)溫度t，（℃）254050亨利系數(shù)E 亨利系數(shù)與溫度的關(guān)系作圖得：亨利系數(shù)與溫度近似成直線，且kPa因為高濃度氣體吸收，故吸收塔內(nèi)CO2的溶解熱不能被忽略。現(xiàn)假設(shè)出塔氣體的溫度為，出塔液體的溫度為，并取吸收飽和度（定義為出塔溶液濃度對其平衡濃度的百分數(shù)）為70%。用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗證上述溫度假設(shè)的正確性35℃下，CO2在PC中的亨利系數(shù)： E35== kPa= kPa1．出塔溶液中CO2的濃度（假設(shè)其滿足亨利定律）（摩爾分數(shù)）2．根據(jù)吸收溫度變化的假設(shè)，在塔內(nèi)液相溫度變化不大，可取平均溫度30℃下的CO2在PC中溶解的亨利系數(shù)作為計算相平衡關(guān)系的依據(jù)。即： kPaCO2在PC中溶解的相平衡關(guān)系，即：式中：為摩爾比，kmolCO2/kmolPC；為CO2的分壓，kgf/cm2；T為熱力學(xué)溫度，K。用上述關(guān)聯(lián)式計算出塔溶液中CO2的濃度有與前者結(jié)果相比要小，為安全起見，本設(shè)計取后者作為計算的依據(jù)。結(jié)論：出料（摩爾分數(shù)） PC密度與溫度的關(guān)系利用題給數(shù)據(jù)作圖，得密度與溫度的關(guān)聯(lián)表達式為式中：t為溫度，℃；為密度，kg/m3 各溫度下碳酸丙烯酯的密度溫度，（℃）0152530354055（kg/m3）1224120711981193118811841169 碳酸丙烯酯的密度與溫度的關(guān)系 PC蒸汽壓的影響根據(jù)變換氣組成及分壓可知，PC蒸汽壓與操作總壓及CO2的氣相分壓相比均很小，故可忽略。 PC的粘度 mPasT為熱力學(xué)溫度，K吸收塔是實現(xiàn)吸收操作的設(shè)備。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。第一類是氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔?！　∷?nèi)氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出?！　」I(yè)吸收塔應(yīng)具備以下基本要求：　　1．塔內(nèi)氣體與液體應(yīng)有足夠的接觸面積和接觸時間。　2．氣液兩相應(yīng)具有強烈擾動，減少傳質(zhì)阻力，提高吸收效率?！?．操作范圍寬，運行穩(wěn)定?！?．設(shè)備阻力小，能耗低?！　?．具有足夠的機械強度和耐腐蝕能力。　6．結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和檢修。　 填料塔它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。填料必須具備較大的比表面，有較高的空隙率、良好的潤濕性、耐腐蝕、一定的機械強度、密度小、價格低廉等。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、弧鞍形和矩鞍形填料，20世紀80年代后開發(fā)的新型填料如QH—1型扁環(huán)填料、八四內(nèi)弧環(huán)、刺猬形填料、金屬板狀填料、規(guī)整板波紋填料、格柵填料等，為先進的填料塔設(shè)計提供了基礎(chǔ)。填料塔適用于快速和瞬間反應(yīng)的吸收過程，多用于氣體的凈化。該塔結(jié)構(gòu)簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應(yīng)性強，塔阻力小，壓力損失為300～700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為0．5～1．2m/s，氣速過大會形成液泛，噴淋密度6～8/以保證填料潤濕，液氣比控制在2～10L/。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設(shè)計時應(yīng)克服塔內(nèi)氣液分布不均的問題。 本設(shè)計采用填料塔逆流操作?！　　?、操作溫度為30℃下在PC中的溶解度數(shù)據(jù)，并取其相對吸收飽和度均為70%，將計算所得結(jié)果列于下表（亦可將除CO2以外的組分視為惰氣而忽略不計，而只考慮CO2的溶解）：CO2溶解量的計算如下：各個溶質(zhì)溶解量的計算如下：（以CO2為例）通過第一部分已知CO2在35℃的平衡溶解度 Nm3/m3PC式中：1188為PC在35℃時的密度，= 計算結(jié)果匯總組分CO2COH2N2CH4合計組分分壓，MPa溶解度Nm3/m3PC溶解量，Nm3/m3PC溶解氣所占的百分數(shù)%說明：進塔吸收液中CO2的殘值取0Nm3/m3PC，即純碳酸丙烯酯入塔混合氣平均分子量： = 溶解氣體的平均分子量： = Nm3/m3PC計，各組分被夾帶的量如下：CO2： = Nm3/m3PCCO： = Nm3/m3PCH2： =N2： =CH4： =各組分溶解量：CO2： CO： Nm3/m3PC %H2： Nm3/m3PC %N2： CH4： Nm3/m3PC % Nm3/m3PC 100%夾帶量與溶解量之和：CO2：+=CO：+=H2：+= Nm3/m3PC %N2：+=CH4：+= Nm3/m3PC % Nm3/m3PC 100%以分別代表進塔、出塔及溶液帶出的總氣量，以分別代表CO2相應(yīng)的體積分率，對CO2作物料衡算有：V1 = Nm3/ h聯(lián)立兩式解之得V3=V1(y1y2)/(y3y2)=