【導(dǎo)讀】５萬噸/年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù)／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì)?！癤X化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽

　　

【正文】 OUT 組 分 流 量Kmol/hr N2 5 107 5 107 CO2 總流量 kmol/hr 總流量 kg/ hr 6251 6251 總流量 cum/ hr 溫度 K 壓力 Kpa 1200 4000 氣相分率 表 壓縮機(jī) C205的能量衡算表 項(xiàng)目 進(jìn)料物流 IN 出料物流 OUT 總流量 kmol/hr 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK 二氧化碳三級(jí)壓縮后換熱冷卻物料及能量衡算 換熱器 E203的進(jìn)出物流見圖 ，物流平衡計(jì)算結(jié)果見表 ，能量平衡 結(jié)果見表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 25 圖 換熱器 E203的進(jìn)出物流 表 E203的物流平衡表 項(xiàng)目 HOTIN HOTOUT COLDIN COLDOUT 組分流量Kmol/hr N2 5 107 5 107 0 0 CO2 總流量 kmol/hr 總流量 kg/ hr 6251 6251 7206 7206 總流量 cum/ hr 溫度 K 壓力 Kpa 4000 4000 6000 6000 氣相分率 表 E203的能量平衡表 項(xiàng)目 HOTIN HOTOUT COLDIN COLDOUT 總流量 kmol/hr 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK 氫氣的壓縮物料及能量守恒 壓縮機(jī) C202的進(jìn)出物流見圖 ，物流平衡計(jì)算結(jié)果見表 ，能量平衡結(jié)果見表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 26 圖 壓縮機(jī) C202的進(jìn)出物流 表 壓縮機(jī) C202的物流平衡表 項(xiàng)目 進(jìn)料物流 IN 出料物流 OUT 組 分 流 量Kmol/hr H2 總流量 kmol/hr 總流量 kg/ hr 總流量 cum/ hr 溫度 K 壓力 Kpa 20xx 6000 氣相分率 表 壓縮機(jī) C202的能量衡算表 項(xiàng)目 進(jìn)料物流 IN 出料物流 OUT 總流量 kmol/hr 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK 循環(huán)氣的壓縮物料及能量守恒 壓縮機(jī) C202的進(jìn)出物流見圖 ，物流平衡計(jì)算結(jié)果見表 ，能量平衡結(jié)果見表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 27 圖 壓縮機(jī) C204的進(jìn)出物流 表 壓縮機(jī) C204的物流平衡表 項(xiàng)目 進(jìn)料物流 IN 出料物流 OUT 組 分 流 量Kmol/hr H2 3757 3757 CO2 CO C H3OH H2O 總流量 kmol/hr 4773 4773 總流量 kg/ hr 50569 50569 總流量 cum/ hr 4121 2685 溫度 K 壓力 Kpa 3000 6000 氣相分率 表 壓縮機(jī) C204的能量衡算表 項(xiàng)目 進(jìn)料物流 IN 出料物流 OUT 總流量 kmol/hr 4773 4773 焓 KJ/mol 熵 KJ/KmolK ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 28 反應(yīng)工段物料衡算和能量衡算 物料衡算 反應(yīng)物料在進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)之前需預(yù)先進(jìn)行混合和預(yù)熱，混合器物料衡算如下 混合器 物料衡算 成分 物流 H2 kmol/h CO2 kmol/h CO kmol/h CH3OH kmol/h H2O kmol/h 合計(jì) kmol/h 氫氣 426 0 0 0 0 426 二氧化碳 0 142 0 0 0 142 循環(huán)氣 混合氣 反應(yīng)器 物料衡算 成分 物流 H2 kmol/h CO2 kmol/h CO kmol/h CH3OH kmol/h 進(jìn)料 出料 續(xù)表 CH3OCH3 kmol/h C2H5OH kmol/h H2O kmol/h 合計(jì) kmol/h 0 0 氣液分離器 物料衡算 成分 物流 H2 kmol/h CO2 kmol/h CO kmol/h CH3OH kmol/h 液體 0 0 0 氣體 續(xù)表 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 29 CH3OCH3 kmol/h C2H5OH kmol/h H2O kmol/h 合計(jì) kmol/h 284 0 0 能量衡算 反應(yīng)工段能量衡算 如下： 計(jì)算所用的物性數(shù)據(jù) 組分 0,? J/mol 3322100 TATATAAC iiiipi ??????? J/mol H2 0 +01 CO +05 +01 CO2 +05 +01 CH3OH +05 +01 H2O +05 +01 計(jì)算中的近似處理，因反應(yīng)中生成的雜質(zhì)極少，所以計(jì)算反應(yīng)熱和物流焓變時(shí)是生成產(chǎn)物只生成主產(chǎn)物無副反應(yīng)。 熱量衡算的流程： 321 HHHH ??????? 根據(jù)以上熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算各組分在 25℃下的熱容，和在 210℃時(shí)的熱容結(jié)果如下 單位J/mol 210℃的進(jìn)料 25℃的進(jìn)料 245℃的出料 25℃的出料 1H? 2H? 3H? H? ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 30 溫度 組分 25℃ 熱容 210℃ 熱容 平均熱容 H2 +01 +01 +01 CO +01 +01 +01 CO2 +01 +01 +01 CH3OH +01 +01 +01 H2O +01 +01 +01 TCpF ii ??? ?1H 式中 iF —— 為各組分的摩爾流量 mol/h iCp —— 各組分的平均摩爾熱容 K)J/(mol? 計(jì)算出 101 ??? J/h 反應(yīng)熱 02H fHN???? 式中 N? —— 每小時(shí)生成的甲醇量 mol/h 0fH? —— 25℃時(shí)反應(yīng)熱 J/mol 92 106 .9 5 84 9 0 0 01 4 2 0 0 0H ????? J/h 計(jì)算 25℃和 245℃的平均熱容 溫度 組分 25℃熱容 245℃熱容 平均熱容 H2 +01 +01 CO +01 +01 CO2 +01 +01 CH3OH +01 +01 H2O +01 +01 ??3H TCpF ii ?? 計(jì)算得 103 ???? J/h ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 31 9321 ????????? HHHH J/h 熱損失 按 5%計(jì)算， ?? J/h 沸騰水帶走的熱量， 9106 6 0 ???? J/h 查得 230℃飽和水的氣化熱為 r=1813 kJ/kg 沸騰水的用量， 31001813 )( 6 ?????? rQHm kg/h ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 32 第 4 章 吸收解吸塔的計(jì)算及設(shè)計(jì) 所需物性參數(shù)的計(jì)算： （ 1） .煙氣密度 所用混合煙氣密度計(jì)算公式如下： ? ?。，），組分的摩爾質(zhì)量（煙氣中組分的摩爾分?jǐn)?shù)；煙氣中）；溫度（）；（氣體常數(shù)，）；總壓（）；混合煙氣的密度（mo lkgMmo lkgMmo lkgMmo lkgiiTKmkgMyRTpCOONiiGiiG//yKm o l/Pap/2223??????????? ??? 表 1： 煙氣含量： 成分 N2 O2 CO2 SO2 顆粒物 含量（ mol%） 81 5 14 50PPm 50mg/m3 計(jì)算結(jié)果為： T＝ 313K時(shí)，ρ G＝ kg/mol （ 2） .液體密度 所用吸收溶液密度可根據(jù) Little等人的計(jì)算公式確定。 多項(xiàng)式系數(shù)。，）；液體濃度（）；混合煙氣的密度（??????321332210//aaammo lcmkgcacaaM E ALM E AM E AL?? 表 2：不同溫度下的 MEA水溶液密度的多項(xiàng)式系數(shù)： ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 33 計(jì)算結(jié)果如下表： 溫度（ K） 313 325 393 368 密度（ kg/m3） 粘度 （ 1） .氣體粘度 氣體在不同溫度下的動(dòng)力粘 度系數(shù)μ可用 Sutherland公式進(jìn)行計(jì)算： SSTT TTTT ??????????? 02300?? ）。常數(shù)（）；溫度（）；（時(shí)氣體的動(dòng)力粘性系數(shù)下溫度為）；氣體動(dòng)力粘度（KS u t h e r l a n dTKTS00???????sPaa t msPa?? 混合氣體的動(dòng)力粘度系數(shù)可用下式近似計(jì)算： ）。數(shù)（組分氣體的動(dòng)力粘度系煙氣中組分氣體分子量；煙氣中分比；組分氣體所占的體積百煙氣中）；煙氣動(dòng)力粘度（sPaiimisPammiiiGiiiiiG???????????????? 2121 煙氣中各組分的 0? ，分子量 mi和 Sutherland常數(shù)： 氣體 )(10 60 sPa ??? m TS(K) N2 28 114 O2 32 131 CO2 44 254 ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 34 計(jì)算結(jié)果如下： T = 313K時(shí)， G? ＝ 105 Pa s T = 393K時(shí)， 水蒸氣? = 105 Pa s （ 2） .液體粘度 多項(xiàng)式系數(shù)。，）；液體濃度（）；溶液的動(dòng)力粘度系數(shù)（???????32132210/bbbmm o lcsPacbcbbM E ALM E AM E AL?? 不同溫度下 MEA水溶液粘度的多項(xiàng)式系數(shù)： 計(jì)算結(jié)果如下： T = 313K時(shí)， L? = mPa s 擴(kuò)散系數(shù) （ 1） CO2在煙氣中的擴(kuò)散系數(shù) CO2在煙氣中的擴(kuò)散系數(shù)可以利用 Fuller等人提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： ）。分的摩爾質(zhì)量（二元?dú)怏w體系中氣體組，；，，），分的擴(kuò)散體積（二元?dú)怏w體系中氣體組，）；數(shù)（二元?dú)怏w體系的擴(kuò)散系m o lkgMMm o lmm o lmm o lmm o lmm o lmsmDMMpTDOHN/////11)(213535O3535CO32122,12121231231182,12222???????????????????????????????????? 計(jì)算結(jié)果如下： DCO2,煙氣 ＝ 105 m2/s DCO2,水蒸氣 ＝ 105 m2/s ５萬噸 /年燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集及后續(xù) ／年制甲醇項(xiàng)目設(shè)計(jì) 35 （ 2） CO2在溶液中的擴(kuò)散系數(shù) CO2在 MEA溶液中的擴(kuò)散率和物理溶解度的求解利用 N2O類推的方法進(jìn)行計(jì)算： ）。數(shù)（氣體在純水中的擴(kuò)散系，）；數(shù)（氣體在溶液中的擴(kuò)散系，smDDsmDDDDDDOHONOHCOLONLCOOHONOHCOLONLCO/ONCO/ONCO222,222,,222222222222???