年產(chǎn)40萬噸合成氨脫碳工段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 1）計(jì)算出塔溶液中CO2的濃度有 lgXco2=+Xco2= /kmolPC=（）= Nm3CO2/ m3PC式中：—PC的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；1187—出塔溶液的密度（近似取純PC的密度，kg/m3）。 PC的密度與溫度的關(guān)系 PC密度與溫度的關(guān)系：ρ= 式中：t—溫度，℃；ρ—密度， kg/m3。30℃：PL1=1192kg/ m3；35℃：PL2=1187 kg/ m3 PC的蒸汽壓查PC理化數(shù)據(jù)知，PC蒸汽壓于操作總壓及CO2的氣相分壓相比均很小，故可認(rèn)為PC不揮發(fā)。 PC的黏度logμ=+（） T為熱力學(xué)溫度，K。、操作溫度為35℃下在PC中的溶解度數(shù)據(jù)，并取相對(duì)吸收飽和度為80%。 各組分在PC中的溶解度數(shù)據(jù)項(xiàng)目CO2COH2N2合計(jì)組分分壓(MPa)溶解度(Nm3/m3PC)溶解量(Nm3/m3PC)溶解氣體積分?jǐn)?shù)(%)%。其它氣體在PC中的溶解度很小，故也可將CO2以外的組分視為惰性氣體而忽略不計(jì)，而只考慮CO2的溶解吸收，即將多組分吸收簡化為單組份吸收的問題。說明：，故計(jì)算的實(shí)際溶解量時(shí)應(yīng)將其扣除。其他組分本身溶解度就很小，經(jīng)解吸后的殘值完全可被忽略。CO2溶解量的計(jì)算如下：前已算出，35℃時(shí)CO2在PC中的平衡溶解度Xco2=，PC對(duì)CO2的實(shí)際溶解能力為：= Nm3/m3PC。 溶劑夾帶量 Nm3/m3PC計(jì)，各組分被夾帶的量如下：CO2：= Nm3/m3PCCO：= Nm3/m3PCH2：= Nm3/m3PCN2：= Nm3/m3PC 溶液帶出的氣量為夾帶量與溶解量之和CO2：+= Nm3/m3PC %CO：+= Nm3/m3PC %H2：+= Nm3/m3PC %N2：+= Nm3/m3PC % Nm3/m3PC 100%以VVV3分別代表進(jìn)塔(出塔及溶液帶出的總氣量，以yyy3分別代表CO2相應(yīng)的體積分率，對(duì)CO2作物料衡算有：聯(lián)立兩式解之得V1===62200Nm3/hV2= V1 V3=21390062200=151700 Nm3/h Nm3，故有：L===3757m3/h37571187=4459560kg/h操作的氣液比為V1/L=213900/3757= Nm3/m3L0=443757=1476kg/h夾帶氣量：3757=1127 Nm3/h夾帶氣的平均摩爾質(zhì)量：1=44+28+2+28=夾帶氣的質(zhì)量流量：1127247。=1017kg/h溶解氣量：622001127=61073kg/h溶解氣的平均摩爾質(zhì)量：=44+28+2+28= kg/kmol溶解氣的質(zhì)量流量：61073247。=117552kg/h帶出氣體的總質(zhì)量流量：1017+117552=118569kg/h，= kgf/cm2，此時(shí)CO2的分壓為： Pco2==此時(shí)分壓呈平衡的CO2液相濃度為：lgXco2=+= Xco2= CO2/kmolPC ==＞ Nm3CO2/m3PC式中：1192為吸收液在塔頂30℃時(shí)的密度，近似取純PC液體的密度值。計(jì)算結(jié)果表明：%， Nm3/m3PC，本設(shè)計(jì)的取值正好在其所要求的范圍之內(nèi)，故選取值滿足要求。出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與PC帶走氣體的體積流量之差CO2：2139003757= Nm3/h %CO：2139003757= Nm3/h %H2：213900+3757= Nm3/h %N2：213900+= Nm3/h % Nm3/h % 出塔氣的平均摩爾質(zhì)量：2=44+28+2+28=出塔氣的質(zhì)量流量：V2=247。=74427kg/h因難以查到真實(shí)氣體的定壓比熱容，但氣體的壓力并非很高，故可借助理想氣體的定壓比熱容公式進(jìn)行近似計(jì)算。理想氣體的定壓比熱容： CPV=ai+biT+ciT2+DdiT3。組分溫度系數(shù) 定壓比熱容a b c d CP1 CP2CO2102105109CO102106109H2103106109N2102106109注2：表中CP的單位為（）。進(jìn)出塔氣體的摩爾比熱容： ===+++=由于（1187為35℃時(shí)純PC的密度）其量很少，因此可用純PC的密度代替溶液的密度（其它物性也如此）。文獻(xiàn)查的PC的定壓比熱容：CpL=+(t10) ；據(jù)此算得：CpL1=； CpL2=； CO2的熔解熱查得H CO2=14654kg/kmol CO2（實(shí)驗(yàn)測定值）CO2在PC中的溶解量為：3757=58820Nm3/h =2626kmol/h故QS=146562626=38479567kJ/h根據(jù)全塔熱量衡算有：帶出的熱量（QV1+QL2）+溶解的熱量（QS）=帶出的熱量（QV2+QVL1+QV夾）溶解氣體占溶液的質(zhì)量分率式中：L1=4459560+1476+117552=4578590 Kg/h熱量平衡：8978070+190843120+38479567=5899970+6571850TL1QV夾=55768kJ/hQL1=8978070+190843120+38479567589997055768得出：℃第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已知量：入塔氣： V1=213900 Nm3/h=192968kg/h，ρG1=， M1=，30℃ 出塔氣： V2=151700 Nm3/h=74427 kg/h，ρG2= kg/m3，2=，30℃ 出塔液： L1=4459560+117552+1476=4578590kg/h，ρL1=1187kg/m3 ，Pt1= 入塔液： L2=4459560+1476=4461040kg/h，ρL2=1192 kg/m3 ，30℃，Pt2=黏度：由公式logμ=+（）得：μL1=s=（mh） μL2= mPas=（mh）選擇d=50mm塑料鮑爾環(huán)（米字筋），其填料因子φ=120m1，ε=，比表面積at=，BainHougen關(guān)聯(lián)式常數(shù)A=，K=。泛點(diǎn)氣速uF可由Eckert通用關(guān)聯(lián)圖或BainHougen關(guān)聯(lián)式求取，現(xiàn)按BainHougen關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)率關(guān)聯(lián)式求解uF。混合氣體的密度: =AK得uF=取Vs=213900（）（）= m3/h= m3/sD==。將入塔流量Vs= m3/s分為兩股，分別進(jìn)入兩個(gè)塔內(nèi)，則每個(gè)塔的入塔流量為Vs=。此時(shí)每個(gè)塔的塔徑。 u====（鮑爾環(huán)的徑比要求）。取最小潤濕速率為：所以L噴，min=（MWR）== m3/（m2/h）L噴 =2289295kg/h=＞ m3/（m2/h）經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=。選用填料層高度的計(jì)算公式H=采用近似簡化的計(jì)算方法，即H=≈ 由于其他氣體的溶解度很小，故將其他氣體看做是惰性氣體并視為恒定不變，那么，惰性氣體的摩爾流率G′G′==（m2s）又溶劑的蒸汽壓很低，忽略溶劑的蒸發(fā)與夾帶損失，并視作為恒定不變，那么有L′=2229780/（3600）=（m2s）Y2=，x2=吸收塔物量衡算的操作線方程為G′()=L′（(）將上述已知數(shù)據(jù)帶入操作線方程，整理得x=吸收塔內(nèi)相平衡方程將相平衡關(guān)系中的氣相分壓p和液相中的濃度X轉(zhuǎn)化為氣也兩相均以摩爾分率表示的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即：y=f(x)，其轉(zhuǎn)化過程如下：lgXco2=+x= y=PCO2/Pt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(shí)際上與填料層高度成正比，因填料層高度待求），將氣相濃度變化范圍十等份成10個(gè)小區(qū)間，可求得各分點(diǎn)處的壓強(qiáng)。溫度分布可利用各區(qū)間的熱量衡算求出。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(duì)第n個(gè)小區(qū)間作熱量衡算有：LCPL=(tntn1)=L（xnxn1）△HS得： tn＝tn1+（xnxn1）△HS/CPL式中：L液相摩爾流率，△HS：第n區(qū)間內(nèi)溶解氣的平均微分摩爾熔解熱；△ HS=14654kJ/kmol；CPL第n區(qū)間液體平均定壓比熱容，其表達(dá)式為：CPL= [+(10)]（kmol℃）；= tn1+（xnxn1）。 傳質(zhì)推動(dòng)力及其倒數(shù)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目012345678910y102x102y*102Ti，K 氣相傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算在y2至y1之間做偶數(shù)等分，對(duì)每個(gè)y值算出對(duì)應(yīng)的f（y）=，然后按《化工原理》[13]中公式（887）的Simpson[13]陳敏恒,叢德茲,（下）[M].2006,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2425.法求積：=（f0+4f1+2f2+4f3+2f4+…+2fn2+4fn1+fn）式中的步長： ＝ = [f0+ f10+ (2 f2+ f4+ f6+ f8) +4(f1+ f3+ f5+ f7+ f9)]=[（+）+2+4] ==NOG=+= 氣相總傳質(zhì)單元高度 PC吸CO2傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算采用PC吸CO2的專用公式對(duì)CO2傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算[14][J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù),2005,26(5):912.[14]：氣相：kG= kmol/（m2hatm）液相：kL= CO2在兩相中的擴(kuò)散系數(shù)（1）CO2在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)DG首先計(jì)算CO2在各組分中的擴(kuò)散系數(shù)，然后再計(jì)算混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)。計(jì)算公式如下：DCO2 i=（Pt的單位。kPa）DG=查各組分的摩爾質(zhì)量Mi和分子擴(kuò)散體積，計(jì)算參數(shù)為塔底：溫度30℃，；塔頂：溫度30℃， MPa。將CO2在各組分中擴(kuò)散系數(shù)按上式計(jì)算。 CO2在各組分中的擴(kuò)散系數(shù)項(xiàng)目CO2COH2N2摩爾質(zhì)量4428228擴(kuò)散體積塔頂106106106塔底106106106平均106106106平均為平均溫度30℃。（2）CO2在液相中的擴(kuò)散系數(shù)關(guān)于CO2在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，有下面的經(jīng)驗(yàn)公式：=108T/ cm2 /s （的單位為） =108T/ cm2 /s （的單位為） 為使得結(jié)果準(zhǔn)確，取二者的算術(shù)平均值，即=108 T/ ，塔底、塔頂溫度分別為35℃和30℃。所以108（）=105 cm2/s =106m2/h108（）=105 cm2/s =106m2/h式中，℃和30℃時(shí)的黏度。（1）氣相的黏度μG μG=（氣體混合物的黏度）（純組分的黏度）為0℃、常壓下純氣體組分的黏度。其中m為關(guān)聯(lián)指數(shù)（） 常壓下氣體純組分的黏度組分 mCO2102CO102H2102N2102在常壓及操作溫度下。 氣流中純組分的黏度計(jì)算結(jié)果部 位CO2COH2N2塔頂102102102102塔底102102102102=105==105=（2）液相的黏度根據(jù)log=+mPas得=s=（mh）=s=（mh）吸收液：= mN/m則= mN/m=513565kg/h2= mN/m=520953 kg/h2填料：=33 mN/m=427680 kg/h2塔底壓力塔頂壓力：，（合49044Pa）Pt2=280000049044=2750956 Pa≈ MPa。PB1= Pt1(1)=()= MPaPB2= Pt2(1)=()= MPa=（m2h）= kmol/（m2h）dp==4=VG1=kg/（m2h）VG2=kg/（m