【導(dǎo)讀】行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外，本論文不包含任何其它個(gè)人或。對本文研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均。已在文中以明確的方式標(biāo)明。本人對本論文有自主知識產(chǎn)權(quán)，沒有抄襲、剽竊他。人成果，由此造成的一切后果由本人負(fù)責(zé)。藝過程也不斷得到改進(jìn)。文章簡要論述了奎屯錦疆煤化工的合成氨工藝過程，對。它的脫碳工序進(jìn)行了核算。并進(jìn)行了在該條件下的二氧化碳吸收塔的設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 閃蒸甲醇溶液流量為 309687 Kg/h，經(jīng) 2甲醇泵 P1602A/B加壓至 MPa 后進(jìn)入洗滌塔底富甲醇換熱器 E1607，冷卻出 T1601 上塔、下塔底部的兩股富甲 醇溶液，溫度上升至 ℃ ，進(jìn)入 T1602 底部進(jìn)一步解吸所溶解的 CO2。此時(shí)氣態(tài)的摩爾流量為 Kmol/h，二氧化碳濃度為 ，因此解析出的二氧化碳量為 ： ***= Nm3/h； 液態(tài)的摩爾流量為 Kmol/h，質(zhì)量流量為 309678 Kg/h，二氧化碳濃度為 ，二氧化碳在甲醇中的溶解度為 40 L/Kg，因此解吸出的二氧化碳量為： 8 7 8 7 . 8 6 * 0 . 0 8 9 9 * 0 . 8 7 6 * 2 2 . 4 3 0 9 6 7 8 * 0 . 0 4 = 3 1 3 2 . 4 N m 3 / h 綜上可算總的二 氧化碳解吸量為： 12628++++++= Nm3/h 與工廠數(shù)據(jù)（ 55868 Nm3/h）基本吻合。 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 18 第三章 吸收塔的設(shè)計(jì) 板式塔與填料塔的比較 板式塔與填料塔的相對優(yōu)缺點(diǎn)如下 [6]： （ 1） 塔徑較大時(shí)宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿詥挝凰迕娣e計(jì)的造價(jià)，隨塔徑增大而減少，填料塔的造價(jià)則與其體積成正比。小直徑填料塔（ m 以下）的造價(jià)一般都比板式塔低。并且板式塔直徑大，其效率可提高，填料 塔直徑大則液體分布較難均勻，其效率會下降。大塔板的檢修也不填料塔清理容易。 （ 2） 當(dāng)所需要的傳質(zhì)單元數(shù)比較多而塔很高時(shí)，板式塔比較適宜，此情況下填料塔則要分成許多段，須進(jìn)行多次液體再分布，否則液體分布不均，液體或氣體產(chǎn)生溝流，影響傳質(zhì)效率。 （ 3） 若有熱量須從塔內(nèi)移除，宜用板式塔，因?yàn)樗迳细阌诎苍O(shè)冷卻管。 （ 4） 板式塔可適應(yīng)比較小的液體流量，若此時(shí)用填料塔則易制填料潤濕不足。 （ 5） 板式塔使用與處理有懸浮物的液體，填料層則易被懸浮物堵塞。 （ 6） 板式塔便于側(cè)線出料。 （ 7） 填料塔適于處理有腐蝕性的物料，塔板若用耐腐蝕的金屬材料制造，則造價(jià) 高得多。 （ 8） 填料塔壓力降比較小。真空蒸餾時(shí)必須控制塔內(nèi)壓力降在很小的數(shù)值之下，用填料塔通常能滿足要求。 （ 9） 填料塔適于處理易發(fā)泡的液體。 填料塔的工藝設(shè)計(jì) 因?yàn)樘盍纤谖詹僮鞯脑O(shè)備中比較常見，因此在此設(shè)計(jì)一填料塔，可與板式塔進(jìn)行實(shí)際的比較。 已知條件：混合氣流量 G= m3/h, 密度 ? = kg/m3 進(jìn)口氣二氧化碳含量 y2= Y2= 220 .4 6 7 0 .8 7 61 1 0 .4 6 7y y ???? 吸收劑流量 L=254071 Kg/h, 密度 ? =850 kg/m3 粘度 G? =2 cp 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 19 選用 Φ 38 的不銹鋼鮑爾環(huán)。 泛點(diǎn)氣速計(jì)算 由 BainHougen 關(guān)聯(lián)式 [10] 1 / 81 / 42 0 . 23l o g * 1 . 7 5ggtF LLLau LAgG??????? ? ? ???????? ? ? ?????? ? ? ??? (31) 式中 uF 泛點(diǎn)空塔速度， m/s。 g重力加速度， m/s2。 at/? 3 干填料因子， m1。 ? g,? L氣相及液相密度， kg/m3 ? L液相粘度， cp。 L,G液相及氣相流量， kg/h。 A常數(shù)，見表； ? 填料空隙率， m3/ m3； ? 液相的表面張力， dyn/㎝ 。 de填料通道的當(dāng)量直徑， m。 由《 化工原理課程設(shè)計(jì) 》中查 得 A=， at/? 3 =152 m1 L=254071 kg/h G= kg/h 代入式（ 31）中 解得 uF= m/s 空塔氣速和塔徑 取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的 60%，則空塔氣速 u=60%uF =*= m/s 初估塔徑 D’= 4*3600Gu? = 4 * 1 8 3 0 0 0 .9 1 4 .0 53 .1 4 * 3 .8 4 * 3 6 0 0 m? 圓整得塔徑 D=4 m 填料層高度的計(jì)算 用傳質(zhì)單元法計(jì)算填料層高度 H，可表示為 : H=HOG*NOG （ 32） 式中 HOG 按氣相傳質(zhì)總系數(shù) Ky 計(jì)算的傳質(zhì)單元高度， m。 NOG 氣相傳質(zhì)單元數(shù) 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 20 （ 1） NOG的計(jì)算 [3] 按傳質(zhì)單元的概念： 12yOG y dyN y ye? ?? （ 33） NOG=12221 1 1ln [ (1 ) ]11y m xA y m x AA????? （ 34） 式中 1A 解吸因數(shù)， 1 mGAL? ； 其中 1y =, 2y =, 1x =0, 2x =,m=。 由此可算出 1 * 225313254071A ? =， 所以 NOG= 1 0 . 8 7 6l n [ (1 0 . 4 4 3 ) 0 . 4 4 3 ]1 0 . 4 4 3 0 . 0 0 0 2 ??? =14 m (2)HOG的計(jì)算 [5][7] 關(guān)于 HOG 的計(jì)算其核心是求容積傳質(zhì)系數(shù) 力表示傳質(zhì)總系數(shù)。設(shè)以 GK 表示，此時(shí) GK 的單位為 kmol/(m2﹒ atm﹒ h).它與 Ky的關(guān)系可用下式表示： Ky= GK P。按雙膜理論，氣相傳質(zhì)總系數(shù)與氣相液膜之間有如下關(guān)系： GK = 111kGLHk? (35) 用波磨干夫等所推薦的關(guān)聯(lián)式計(jì)算氣膜傳質(zhì)分系數(shù)： kG = ? ? GDG?????????? 2 / 3G MG G BMGDP?? ????????????? (36) 式中 kG 氣相傳質(zhì)系數(shù)， kmol/(m2﹒ atm﹒ h) pD 填料公稱直徑， m； G混合氣體的質(zhì)量流率， kg/(m2﹒ h)； G? 混合氣體粘度， kg/(m﹒ h)； ? 填料空隙率， m3/m3 G? 混合氣體密度， kg/m3； GD 二氧化碳在混合氣體中的 擴(kuò)散系數(shù)， m2/h。 MG 混合氣體的摩爾分率， kmol/(m2﹒ h)； 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 21 BMP 氣體中惰性氣體分壓的對數(shù)平均值， atm。 已知 pD =38 mm= m ， G=*4= kg/(m2﹒ h)， ? = m2/m3， G? = kg/(m﹒ h)， G? = kg/m3 MG =*4= kmol/(m2﹒ h) 由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 [5]中查得： GD = cm2/s= m2/h 又 1BP =*106*（ %） = atm 2BP =*106*（ ） = atm 故 BMP = 2121lnBBBBPPPP? = ? =40 atm 將各數(shù)據(jù)代入（ 37）解得： kG = kmol/(m2﹒ atm﹒ h) 用思田修正式計(jì)算液膜傳質(zhì)分系數(shù)： Lk = 210 .533( ) ( ) ( )L L Lw L L L LGgaD??? ? ?? （ 37） 式中 Lk 液相傳質(zhì)分系數(shù)， m/h； L溶劑的質(zhì)量流率， kg/(m2﹒ h)； ta 干填料的比表面積， m2/m3； L? 溶劑的粘度， kg/(m﹒ h)； L? 溶劑的密度， kg/m3 LD 二氧化碳在溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)， m2/h； g重力加速度， 已知： L=*4= kg/(m2﹒ h) 由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 [5]中查得 : ta =130 m2/m3, L? =2cp= kg/(m﹒ h), LD = cm2/s= m2/h, L? =850 kg/m3 將值代入（ 37）得到 Lk = m/h 溶液總濃度 C= 溶 液 密 度溶 液 平 均 分 子 量=85032 = kmol/m3 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 22 由 E=C/H m=E/P 可算出溶解度系數(shù) H=mCP= **5440= kmol/(m3﹒ atm) 再由式（ 35）得 GK = 111kGLHk?= 1 * ?= m/h 填料有效接觸面積可由下式計(jì)算 [5]： a/ ta =1exp[ 2 2t2ttaa g g gaLL L LL L?? ? ? ? ??? ? ? ????? ? ? ? ?????????? ? ? ?L ] （ 38） 式中 a填料有效接觸面積， m2/m3； L? 填料材質(zhì)的臨界表面張力， kg/h2。 ?溶劑的表面張力， kg/h2。 由《化工原理》下冊，可查得 L? =75*103 kg/s2=*105 kg/h2 由《合成氨》可查得 ? = L? =29*103 kg/s2=*105 kg/h2， 將各值代入式（ 39）中，可求得 a=78 m2/m3. BG *4 == kmol/(m2﹒ h) HOG=KyaBG= *78 = m 所以填料層高 H=HOG*NOG=*14= m 壓降計(jì)算 填料層的壓降可用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖。見《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 [5] 已知填料因子 [7]? =92 m1，液相重度校正系數(shù) ? =?水 /?L =1000/850= 空塔速度 u= m/s, L? =2 cp 橫坐標(biāo) 1/2gLLG ????????= 1 2254 071 33()225 313 850 = 縱坐標(biāo) g G LLu ??? ????????= 0 .23 .8 4 * 9 2 * 1 .1 8 0 .7 3 3( ) 29 .8 1 8 5 0= 查圖得到壓降 ? P/? H=400 mmH20/m填料 填料層總壓降 ? P=400*11=4400 mmH2O 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 23 持液量計(jì)算 由持液量關(guān)聯(lián)式： 0 . 4 40 . 6 7 6 32pp0 2ug1 . 2 9 5 LLLDDH ?????????? ?????? ?? （ 39） 式中 0H 動持液量， m3 液體 / m3 填料； uL 液相空塔速度， m/s。 uL = = / *4 = m/s 將各值代入式（ 310）求得 0H = m3 液體 / m3 填料； 填料塔內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì) （ 1）填料層頂部壓板 填料層設(shè)置塔板的必要條件為： 22g mug? 2PPND? 式中： N—填料個(gè)數(shù) mu —最大氣速 , m/s P? —填料堆積密度 , kg/m3 最大氣速既為空塔氣速 226 4 .6 5 4 2( ) ( ) * 3 .8 42 2 9 .8 1g mug? ? ? = 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 [5]查表 1026 得： 379?P? kg/m3 N=13400 個(gè) /m3 22379 1 9 .61 3 4 0 0 * 0 .0 3 8P PND? ?? 故22)2( PPmg NDugP ?? ，需要設(shè)置塔板。 （ 2）填料支撐板 支撐板選用帶有圓筒形升氣管的柵板，柵板縫寬取 ～ 。支撐板的開孔面積要求接近于填 料的空隙率，必要時(shí)要等于 100％的塔截面。填料外徑縫寬取*38=27 mm。由于塔徑較大，可在柵板上設(shè)置一層十字隔板的填料。 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 24 填料層高 H=11 m。將其分為 2 段，一段為 6 m，另一段為 5 m。則所需要填料支撐板為 2 塊。 （ 3）液體分布器 [5] 選用盤式分布器，盤上開 10 mm 的小孔，分布盤的直徑取