碳酸丙烯酯(PC)脱除合成氨原料气中CO2填料塔的设计 精(2)

（1）．出塔溶液中CO2的浓度（假设其满足亨利定律）

?x1?0.7x1?0.7?p/E??0.7?440/10485??0.7?0.0427??0.0294（摩尔分数）

（2）．根据吸收温度变化的假设，在塔内液相温度变化不大，可取平均温度35℃下的CO2在PC中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即：

E35??1.6204?35?39.594??101.3?9756 kPa

CO2在PC中溶解的相平衡关系，即：

logXCO2?logpCO2?644.25?4.112 T式中：XCO2为摩尔比，kmolCO2/kmolPC；pCO2为CO2的分压，kgf/cm2；T为热力学温度，K。

用上述关联式计算出塔溶液中CO2的浓度有

lgXCO2?lg4.488?XCO2644.25?4.112??1.4 313.15?0.0396kmolCO2/kmolPCXCO21?XCO2?0.7?0.0386??0.0270

?x1?0.7x1?0.7?与前者结果相比要小，为安全起见，本设计取后者作为计算的依据。 结论：出料x1?0.0270（摩尔分数）

2.PC密度与温度的关系

利用题给数据作图，得密度与温度的关联表达式为

ρ?1223?0.9858t（式中t为温度，℃；ρ为密度，kg/m3）

温度，（℃） ?（kg/m3） 0 1224 15 1207 25 1198 40 1184 55 1169 6

123012201210120011901180117011600102030405060

3.PC蒸汽压的影响

y = -0.9858x + 1223根据变换气组成及分压可知，PC蒸汽压与操作总压及CO2的气相分压相比均很小，故可忽略。

4.PC的粘度

log???0.822?185.5 mPa·s（T为热力学温度，K）

T?153.15.工艺流程确定：

本次吸收采用逆流吸收的方法。 四、物料衡算

1.各组分在PC中的溶解量

查各组分在操作压力为1.6MPa、操作温度为40℃下在PC中的溶解度数据，并取其相对吸收饱和度均为70%，将计算所得结果列于下表（亦可将除CO2以外的组分视为惰气而忽略不计，而只考虑CO2的溶解）：CO2溶解量的计算如下：

各个溶质溶解量的计算如下：（以CO2为例）

7

通过第一部分已知CO2在40℃的平衡溶解度XCO2?0.0402kmolCO2/kmolPC

XCO2?0.0396kmolCO2/kmolPC?0.0396?22.4?10.29 Nm3/m3PC

102.09/1184式中：1184为PC在40℃时的密度，102.09为PC的相对摩尔质量。 CO2的溶解量为（10.29-0.15）×0.7=7.1 Nm3/m3PC 组分 组分分压，MPa 溶解度，Nm3/m3PC 溶解量，Nm3/m3PC 溶解气所占百分数% 说明：进塔吸收液中CO2的残值取0.15 Nm3/m3PC，故计算溶解量时应将其扣除。其他组分溶解度就微小，经解吸后的残值可被忽略。 平均分子量：

入塔混合气平均分子量：

Mm1?44?0.275?28?0.00368?2?0.5?28?0.181?16?0.0072?19.364kg/kmol

CO2 0.44 10.29 7.1 95.35 CO 0.059 0.024 0.0168 0.2256 H2 0.8 0.25 0.175 2.35 N2 0.29 0.20 0.14 1.88 CH4 0.0115 0.020 0.014 0.188 合计 1.6 10.784 7.446 100.00 溶解气体的平均分子量：

Ms?44?0.9535?28?0.002256?2?0.0235?28?0.0188?16?0.0188?42.62kg/kmol

2.溶剂夹带量Nm/mPC

3

3

以0.2 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下： CO2：0.2×0.275=0.055 Nm3/m3PC CO：0.2×0.0368=0.0072 Nm3/m3PC H2： 0.2×0.5=0.1 Nm3/m3PC N2： 0.2×0.181=0.0362 Nm3/m3PC CH4：0.2×0.0049=0.0014

3.溶液带出的气量Nm/mPC

8

33

各组分溶解量：

CO2： 7.1 Nm3/m3PC 95.35% CO： 0.0168 Nm3/m3PC 0.2256% H2： 0.175 Nm3/m3PC 2.35% N2： 0.14Nm3/m3PC 1.88% CH4： 0.014Nm3/m3PC 0.188%

7.446Nm3/m3PC 100%

夹带量与溶解量之和：

CO2：0.055+7.1=7.155Nm3/m3PC 93.58% CO：0.0077+0.0168=0.02452 Nm3/m3PC 0.32% H2：0.1+0.175=0.275Nm3/m3PC 3.69% N2：0.0362+0.14=0.1762 Nm3/m3PC 2.37% CH4： 0.00144+0.014=0.01544Nm3/m3PC 0.21%

7.646Nm3/m3PC 100%

4.出脱碳塔净化气量

以V1、V2、V3分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量，以y1、y2、y3分别代表CO2相应的体积分率，对CO2作物料衡算有：

V1 =23500 Nm3/ h

V1?V2?V3 V1y1?V2y2?V3y3

联立两式解之得

V3=V1(y1-y2)/(y3-y2)=235000.011)=6708.48Nm3/h

V2 = V1 - V3 =16791.52 Nm3/ h

×

(0.275

－

0.011)/(0.9358

－

9

5.计算PC循环量

因每1 m3PC 带出CO2为7.155Nm3 ，故有： L=V3y3/7.155=6708.48×0.9358/7.155=877.4m3/h 操作的气液比为V1/L=23500/877.4=26.784

6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm/mPC时净化气中CO2的含量

3

3

取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm2，则塔顶压强为16.32-0.3=16.02 kgf/cm2，此时CO2的分压为pCO2?16.02?0.011?0.1762 kgf/cm2，与此分压呈平衡的CO2液相浓度为：

lgXCO2?lgpCO2?644.25?4.112 TlgXCO2?lg0.1762?XCO2644.25?4.112??3.083303.15?0.0008257kmolCO2/kmolPC0.0008257?22.4102.09/1193?0.216Nm3CO2/m3PC?0.15Nm3CO2/m3PC?

式中：1193为吸收液在塔顶30℃时的密度，近似取纯PC液体的密度值。计算结果表明，当出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%，那入塔吸收液中CO2的极限浓度不可超过0.216 Nm3/m3PC，本设计取值正好在其所要求的范围之内，故选取值满足要求。 入塔循环液相

CO2：877.4×0.15=131.61

7.出塔气体的组成

出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC带走气体的体积流量之差。

CO2：23500×0.275-7.155×877.4=189.7Nm3/h 1.1%

CO：23500×0.0368-0.02452×877.4=843.3Nm3/h 5% H2： 23500×0.5-0.275×877.4=11508.7Nm3/h 68.5% N2： 23500×0.181-0.1762×877.4=4098.9Nm3/h 24.4% CH4：23500×0.0072-0.01544×877.4=155.65 Nm3/h 0.93%

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