【正文】 24681012140 圖 41 PC 吸收 CO2的操作線和平衡線 圖中下方散點線為平衡線，經(jīng)關聯(lián)得相平衡關系可用一二次曲線 y=+，亦可用 一直線 y=，即近似滿足亨利定律。 忽略氣體因溫升引起的焓變、溶劑揮發(fā)帶走的 熱量及塔的熱損失，則氣體溶解所釋放的熱量完全被吸收液所吸收，對第 n個小區(qū)間作熱量衡算有： ? ?111()/P L n n n nn n P LLC t t L x x H st t H s C???? ? ? ? ?? ? ?n n 1（ x x ） 式中的 L為液相的摩爾流率， Hs? 為第 n區(qū)間內(nèi)溶解氣的平均微分摩爾溶解熱， Hs? =14654kJ/mol。 h)(滿足要求 ) 填料層高度計算 選用填料層高度計算公式 ? ?? ?21 1*yy y G d yH K a y y y? ??? （ 45） 采用近似的簡化方法計算，即 ? ? ? ? ? ? ? ?2112 2111 ln1 * 1 * 2 1yyyy m yG d y G d yH K a y y y K a y y y y?? ???? ? ???? ? ? ? ????? （ 46） 首先建立相應的操作線方程和相平衡方程 因為其他氣體的溶解度很小，故可將其他氣體視作為惰性氣體并且恒定不變，那么，惰氣的摩爾流率 G′ 1 5 0 0 ( 1 0 . 1 3 ) 0 . 6 2 7 3 /( 3 6 0 0 1 . 1 3 0 4 ) 0 . 0 7 72 2 . 4 0 . 1 3 0 3G ? ? ???? ? ? ??????? 又 溶劑的蒸汽壓較低，可以忽略 溶劑的蒸發(fā)與夾帶損失，并做恒定計算，則 119200 0 . 2 8 6 91 0 2 . 0 9 3 6 0 0 1 . 1 3 0 4L ? ???? y2= x2=0 化工課程設計說明書（ 論文） 第 14 頁 共 39 頁 吸收塔物料衡算的操作線方程為： 221 1 1 1yxyxGLy y x x? ? ? ???? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 47） 將上述已知數(shù)據(jù)代入操作線方程，整理得 0 .0 7 7 0 .0 1 210 .2 8 6 9 0 .0 7 7 0 .0 1 21yyxyy?????????????????? 將相平衡方程中的氣相分壓 p和液相中的濃度 X轉化為氣液兩相 均以摩爾分率表示的對應關系，即 ? ?y f x? ，其轉化過程如 式（ 31） ： 22 6 4 4 .2 5l g l g 4 .1 1 2X c o P c o T? ? ? 221COCOXx X? ? 2 /COy P Pt? 利用兩線方程求傳質(zhì)推動力（ yy*） 因塔內(nèi)的壓力分布和溫度分布未知，現(xiàn)假定總壓降與氣相濃度差成正比（實際上與填料高度成正比，因為填料高度待求），將氣象濃度變化范圍十等分成 10 個小區(qū)間，可求的各分點處的壓強。 帶入計算得 : min min()WtU L a? = =(m2 h),(對于直徑不超過 75mm 的散裝填料，可直接取 m3/(m 對于散裝填料，其最小噴淋密度通常用下式計算： min min()WtU L a? （ 44） 式中： minU —— 最小噴淋密度， m3/(m2 h)； Lh—— 液體噴淋量， m3/h； D—— 填料塔直徑， m。 表 式中的 A、 K值 散裝填料類型 A K 規(guī)整填料類型 A K 塑料鮑爾環(huán) 金屬絲網(wǎng)波紋填料 金屬鮑爾環(huán) 塑料絲網(wǎng)波紋填料 塑料階梯環(huán) 金屬網(wǎng)孔波紋填料 金屬階梯環(huán) 金屬孔板波紋填料 磁矩環(huán) 塑料孔板波紋填料 金屬環(huán)矩環(huán) 入塔氣： V1=1500Nm3/h=, 7 / , 30 .95 , 30G k g m M C? ? ? ? 出塔氣： V2=,M =,～ 30℃ 入 塔液： L1=119200kg/h, 31 1 1 9 2 / , 3 0L kg m? ? ℃ 化工課程設計說明書（ 論文） 第 12 頁 共 39 頁 出 塔液： L2=118700kg/h, 32 1 1 8 7 / , 3 5L kg m? ? ℃ 1 2 .3 6 8 8 .5 2 5 / ( )L m P a S k g m h? ? ? ? ? 2 96 445 / ( )L m P a S k g m h? ? ? ? ? 選擇 50 30 的聚氯乙烯階梯環(huán)， at/ 3? =159m1,at=,aw=89,根據(jù)上表查得 A=,K=。 1 / 4 1 / 820 .213lg VVFLLL V Lua AKg ?? ??? ? ? ??? ??? ? ? ??? ???? ??? ? ? ?????? ? ? ????? （ 41） 式中： uF—— 泛點氣速， m/s； g—— 重力加速度， ； a1—— 填料的比表面積， m2/m3； ε —— 填料床層空隙率， m3/m3； VL??、 —— 氣相、液相密度， kg/m3； L? —— 液體粘度， mPa﹒ s； LV??、 —— 液相、氣相的質(zhì)量流量， kg/h； A、 K—— 關聯(lián)常數(shù) 。 泛點氣速可用經(jīng)驗方程式計算，亦可用相關聯(lián)圖求取。 對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為 u/uF=～ 對于規(guī)整填料，其泛點率的經(jīng)驗值為 u/uF=～ 泛點率的選擇主要考慮填料塔的操作壓力和物系的發(fā)泡程度。由上式可見，計算塔徑的核心問題在于確定空塔氣速 u。 與假設接近，可以接受。 ℃ CPL2= 文獻查得純碳酸丙烯酯的定壓比熱容： CPL=+（ t10） kJ/kg K) CPV2=∑ CPiyi= + + = J/(mol K) CPO2=+ 308+（ ） 105 3082+0= (mol K) 35℃ 時 CPCO2=+ 308+（ ） 105 3082+0=(mol K) CPN2=+ 303+0+0= J/(mol理想氣體的定壓摩爾比熱容計算式： CPi=ai++ci 105T2+di 106T2,J/(mol否則，應調(diào)整出塔液相的溫度、溶劑吸收飽和度和溶劑循環(huán)量，以使熱量衡算得到的結果與物料衡算所作的假設大致相等或完全一致。 CO2:1500 =空氣： 1500 =1305Nm3/h % 出塔氣的平均摩爾質(zhì)量： 44 29 ? ? ? ? ?kg/kmol 熱量衡算 在物料衡算中在物料衡算中曾假設出塔液相的溫度為 35℃ ，出塔氣相的溫度為 30℃ ，現(xiàn)通過熱量衡算對出塔溶液的溫度進行校核，看其是否符合 35℃ 下的操作標準。 表 32 煙道氣中各組分的溶解情況 項目 組分 CO2 空氣 合計 組分分壓 溶解度（ Nm3/m3PC） 0 溶解量（ Nm3/m3PC） 0 溶解氣組成的體積百分數(shù)（ %） 100 0 100 CO2的溶解量計算如下： 之前已經(jīng)算到 35℃時 CO2在 PC 中的平衡 溶解度： XCO2=PC 對 CO2的實際溶解能力為： =，即為溶液帶出氣體的量。 化工課程設計說明書（ 論文） 第 7 頁 共 39 頁 其他物性 其他物性將在下面的計算中補充。 30℃： 31 11 92 /L kg m? ? ； 35℃： 32 11 87 /L kg m? ? PC的蒸汽壓 查 PC理化數(shù)據(jù)知， PC蒸汽壓操作總壓及 CO2的氣相分壓比均 很小，故可認為 PC不揮發(fā)。 1187—— 出塔溶液的密度（近似取純 PC的密度）， kg/m3。 有人關聯(lián)出了 CO2在 PC中溶解的相平衡關系，因數(shù)據(jù)來源不同，關聯(lián)式略有差異。 表 31 煙道氣的組成及分壓 項目 進塔煙道氣 CO2 空氣 合計 體積百分數(shù)（ %） 13 87 100 組分分壓（ MPa） （ kgf/cm2） （ atm） 化工課程設計說明書（ 論文） 第 5 頁 共 39 頁 進塔氣體流量 V= 1 5 0 0 2 7 3 .1 5(2 7 3 .1 5 3 0 ) 2 2 .4? ????=進塔惰性氣體流量 V（ ） = = 氣體的摩爾比 y1= 1 = = 根據(jù)回收率計 算出塔氣體濃度 Y2 回收率 121 YYY? ??? 所以 Y2=Y1（ 1— η） = 2221yY y? ? 2220 .0 1 2 0 .0 1 21 1 0 .0 1 2Yy Y? ? ??? 在填料塔吸收過程中吸收的 CO2量 V（ Y1Y2） =* () = 103 kmol/s CO2 在 PC中的溶解度關系 因為是高濃度氣體吸收，故吸收塔內(nèi) CO2的溶解熱應予以考慮。 表 21 常用填料的相對通過能力 填料類型 公稱尺寸， mm 25 38 50 相對值 拉西環(huán) 100 100 100 矩鞍 132 120 123 鮑爾環(huán) 155 160 150 階梯環(huán) 170 176 165 矩鞍環(huán) 205 202 195 化工課程設計說明書（ 論文） 第 4 頁 共 39 頁 表 22 常用填料的氣體動能因子設計值 類別 尺寸， mm 25 38 50 矩鞍 鮑爾環(huán) 矩鞍環(huán) 表 23 常用填料的等板高度設計值 類別 尺寸 ， mm 25 38 50 矩鞍 430 550 750 矩鞍環(huán) 420 540 710 鮑爾環(huán) 430 530 650 計算依據(jù) 處理能力： 1500m3/h； 進料組成： CO2含量 13%（ Vol），其余視為空氣； 工藝要求：回收率為 92% 操作條件：壓強為 ，吸收溫度 30℃。階梯環(huán)是在鮑爾環(huán)的基礎上發(fā)展起來的新型填料，是目前環(huán)形填料中性能較優(yōu)的一種。填料塔內(nèi)傳質(zhì)效率的高低與液體的分布及填料的潤濕情況有關，為使填料能獲得良好的潤濕，應保證塔內(nèi)液體的噴淋密度不低于某一個極限，所以還需驗算塔內(nèi)的噴淋密度是否大于最小噴淋密度。 填料按形狀可分為環(huán)形、鞍形和波紋形。 填料改進的方向為增加其通過能力，以適應工業(yè)生產(chǎn)的需要；改善流體的分布與接觸，以提高分離效率。對于給定的設計條件，常有多種填料可供選用。 塔填料（簡稱為填料）是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填 料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。 （ 5） 成本 ， 填料的制造成本較高，但填料塔比板式塔容易安裝，因此可導致總體上較低的安裝成本。 （ 3） 操作彈度 ， 合理的填料塔，其操作彈性一般好于篩板塔，大致和浮閥塔相當。填料塔的特性體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） 生產(chǎn)能力 ， 填料塔的生產(chǎn)能力大于同直徑的篩板塔很浮閥塔。例如：塔徑小于 800mm的塔，如使用板式塔將很難安裝，而填料塔卻很容易安裝；要求低壓降的塔，如采用板式塔將很難保證塔底的真空度，而填料塔的壓降常低于板式塔。目前，國內(nèi)已有 l5O余家工廠應用 PC法脫碳 (大多為中小型氨廠 )，包括替代水洗脫碳、配尿素、配磷銨、聯(lián)堿等類 型，其開工裝置數(shù)為 MDEA 法、 NHD法脫碳總和的數(shù)倍。 四、設計要求 設計說明書一份； 設計圖紙： a、工藝流程圖一 張（采用 AutoCAD 繪制）； b、主要設備總裝配圖一張（ A1）； 答辯?；ふn程設計說明書（ 論文） 第 1 頁 共 39 頁 化工課程設計任務書 一、設計題目 碳酸丙烯酯吸收煙道氣中 CO2填料塔的設計 二、設計任務 處理能力： 1500m3/h； 進料組成： CO2含量 13%（體積），其余視為空氣 ； 工藝要求： 回收率為 92%； 操作條件： 壓強 ,吸收溫度 30℃。 設備型式： 填料塔 三、設計內(nèi)容 設計法案的確定和流程說明； 填料 塔的工藝設計； 填料 塔的結構設計； 填料 塔的強度設計； 其他主要設備的選型 。 五、設計完成時間 ～ 化工課程設計說明書（ 論文） 第 2 頁 共 39 頁 引言