年捕集4萬噸二氧化碳車間-工藝流程設(shè)計【畢業(yè)作品】

-PAGEI-畢-設(shè)業(yè)-計（20__屆）年捕集4萬噸二氧化碳車間—工藝流程設(shè)計所在學(xué)院專業(yè)班級化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師職稱完成日期年月PAGE2摘要本設(shè)計主要是利用查詢到的文獻(xiàn)資料，得到了MEA（乙醇胺）法，ECO2法，膜分離法，低溫蒸餾法，吸附法，電化學(xué)法等6種不同捕集二氧化碳的工藝方法。在比較各種捕集工藝的優(yōu)缺點后，結(jié)合已經(jīng)了解的實際情況，最后選擇采用ECO2法作為捕集二氧化碳的基本工藝。利用aspenplus11.1，CAD等軟件，首先設(shè)計了一套以ECO2法為基礎(chǔ)的帶控制點的工藝流程圖。然后利用查詢和搜集到的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，對整個工藝進(jìn)行了物料和熱量衡算及工藝優(yōu)化，從而驗證了工藝的可行性。若以此工藝為藍(lán)本，將從燃煤電廠煙道氣中捕集到的二氧化碳進(jìn)行再生產(chǎn)，可以有效的提高資源的利用率。該工藝如果能夠普及利用將會大大地減少二氧化碳的排放，并且將創(chuàng)造極大的經(jīng)濟(jì)價值。 關(guān)鍵詞：二氧化碳捕集工藝流程

AbstractUsedprimarilytheliteraturesinthispaper,6differentmethodsofcapturingcarbondioxideprocess,suchasMEA(Ethanolamine)Act,ECO2Act,membraneseparation,cryogenicdistillation,adsorptionandelectrochemicalmethodswereobtained.Aftercomparedwithmutualadvantagesanddisadvantagesofvariouspost-capturetechnology,andcombinedwiththeactualsituationknown,thecaptureofcarbondioxidebyECO2methodwasselectedasthebasicprocess.Byuseofaspenplus11.1,CADandothersoftware,asetofECO2lawwasdesignedasasimpleandbasicchemicalprocesschart.Thenbyusedofthequeryandthevariousparametersanddatacollected,thewholeprocesswerecountedatmaterialbalanceandheatbalance.Ttheresultsprovedthefeasibilityoftheprocess.Ifthisprocesscanbeasamodeledtocapturecarbondioxidebetobeused,itcaneffectivelyimprovetheutilizationofresources,thereproductionofcarbondioxidecapturedinthefluegasfromcoal-firedpowerplants.Ifthismethodcanbespread,itwillgreatlyreducecarbondioxideemissions,andcreategreateconomicvalue.Keywords:Carbondioxide；Capture；Processflow目錄摘要 4Abstract 51緒論 71.1設(shè)計選題的背景 71.2設(shè)計選題的意義 71.3設(shè)計選題的依據(jù) 71.4設(shè)計研究的范圍 82工藝路線的選擇 92.1吸收二氧化碳的工藝 92.1.1MEA（乙醇胺）法捕集二氧化碳 92.1.2ECO2法捕集二氧化碳 92.1.3膜分離法 102.1.4低溫蒸餾法 112.1.5吸附法 112.1.6電化學(xué)法 122.2各種工藝的比較 122.3脫碳工藝的選擇 132.4工藝流程簡圖的繪制 133工藝條件的優(yōu)化 153.1吸收塔的溫度 153.2吸收塔壓力 153.3氨水濃度 163.4氨水的流量 173.5停留時間 183.6解析塔壓力 183.7解吸塔的溫度 184物料衡算和熱量衡算 194.1物理衡算 194.1.1化學(xué)反應(yīng)方程式 194.1.2物料衡算的任務(wù) 194.1.3相關(guān)數(shù)據(jù)和資料 194.1.4物料衡算 204.2熱量衡算 234.2.1概述 234.2.2熱量衡算原則 244.2.3熱量衡算基準(zhǔn) 244.2.4熱量衡算 24結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 301緒論1.1設(shè)計選題的背景全球應(yīng)對氣候變化的核心是減少溫室氣體排放，其中主要是減少燃煤能源消耗產(chǎn)生的CO2氣體的排放。二氧化碳捕集、封存和利用（CCS&U）技術(shù)是減少CO2排放的一種有效措施。當(dāng)前，我國是全球CO2排放第二大國，2004年占世界CO2排放總量的17.8%[1]。2000～2004年間我國CO2排放的增長量占世界同期CO2排放增長量的一半以上，2010年前我國CO2排放量就有可能超過美國，成為世界第一排放大國。我國CO2排放量較快增長的態(tài)勢將越來越受到國際社會的關(guān)注目前，我國現(xiàn)有或者正在建設(shè)中的大型燃煤電廠數(shù)量為127家，另有72家燃煤電廠正在擴(kuò)建增加裝機(jī)容量，所以總數(shù)為199家。CO2是碳和含碳化合物氧化的最終產(chǎn)物，是主要的溫室氣體之一。1.2設(shè)計選題的意義CO2也是地球上最豐富的C資源之一，具有儲量大、安全無毒和價廉易得等優(yōu)點。因此，CO2資源利用具有重大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。近幾十年來，許多化學(xué)家都在為CO2的資源化利用而努力。從CO2與環(huán)氧化合物出發(fā)合成環(huán)狀碳酸酯是目前CO2資源化利用最典型的成功范例之一。如果在反應(yīng)過程中不使用有機(jī)溶劑，則該過程將是一個符合綠色化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)。環(huán)狀碳酸酯廣泛應(yīng)用于紡織、印染、高分子合成以及電化學(xué)領(lǐng)域，同時在藥物和精細(xì)化工中間體的合成中也占據(jù)重要的地位。本項目捕集燃煤電廠煙道氣的二氧化碳，并將其作為原料生產(chǎn)下游產(chǎn)品。利用最佳的捕集工藝能夠有效的提高資源的利用率。如果能夠普及利用將大大的減少我國二氧化碳的排放，并且將創(chuàng)造極大的經(jīng)濟(jì)價值。1.3設(shè)計選題的依據(jù)1．當(dāng)前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄；2．中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法；3．中華人民共和國安全生產(chǎn)法；4．嘉興能源化工基地自然、交通、生產(chǎn)條件等相關(guān)資料；5．化工原理，化工手冊等數(shù)據(jù)資料。1.4設(shè)計研究的范圍1．工藝路線的選擇；2．工藝條件的優(yōu)化和選擇；3．進(jìn)行熱量衡算和物料衡算；4.畫出帶控制點的工藝流程圖。

2工藝路線的選擇2.1吸收二氧化碳的工藝針對火電廠排放的二氧化碳，考慮到燃料主要由碳、氫、氧三種元素構(gòu)成，而空氣是助燃?xì)怏w，從燃燒的不同階段劃分，二氧化碳的捕集技術(shù)路線主要可以分為4種：燃燒后脫碳、燃燒前脫碳、富氧燃燒以及化學(xué)鏈燃燒技術(shù)。具體的又可分為下面幾種：2.1.1MEA（乙醇胺）法捕集二氧化碳MEA（乙醇胺）法捕集原理如下：根據(jù)理論分析，MEA（乙醇胺）與CO2反應(yīng)生成比較穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，在再生過程中需要較多的能量才能分解，導(dǎo)致再生能耗較大。同時氨基甲酸鹽對設(shè)備的腐蝕性較強(qiáng)，又易形成水垢。MEA與CO2的總反應(yīng)式如下：CO2+2HOCH2CH2NH2→HOCH2CH2NHCOO-+HOCH2CH2NH3其簡易的工藝流程圖示例如下[2]：圖2-1乙醇胺法脫碳工藝流程示意圖2.1.2ECO2法捕集二氧化碳ECO2（氨水捕集法）捕集二氧化碳的基本原理[3]如下：總反應(yīng)式如下：:CO2+NH3+H2O<==>NH4HCO3實際反應(yīng)比較復(fù)雜，可視為分步反應(yīng)：2NH3+CO2→NH2COONH4NH2COONH4+CO2+2H2O→2NH4HCO3NH2COONH4+H2O→NH4HCO3+NH3NH3+H2O+CO2→NH4HCO32NH3+H2O+CO2→(NH4)2CO3(NH4)2CO3+H2O+CO2→2NH4HCO3氨水吸收CO2的反應(yīng)不是純放熱反應(yīng)；每kg氨可吸收高達(dá)1.2kg的CO2；氨水易于再生、可得到高純度的CO2；副產(chǎn)品NH4HCO3是氮肥，具有一定的經(jīng)濟(jì)價值。再生時的反應(yīng)為：2NH4HCO3(aq)→(NH4)2CO3(aq)+H2O+CO2(g)NH4HCO3(aq)→2NH3(aq)+H2O+CO2(g)(NH4)2CO3→2NH3(aq)+H2O+CO2(g)簡易流程舉例如下[4]：圖2-2氨水法回收二氧化碳工藝流程圖2.1.3膜分離法膜分離法的原理：膜分離法是利用某些聚合材料制成的薄膜對不同氣體的滲透率差異來分離氣體的。膜分離的驅(qū)動力是壓差，當(dāng)膜兩邊存在壓差時，滲透率高的氣體組分以很高的速率透過薄膜，形成滲透氣流，滲透率低的氣體則絕大部分在薄膜進(jìn)氣側(cè)形成殘留氣流，兩股氣流分別引出從而達(dá)到分離的目的。圖2-3兩種膜分離原理示意圖簡易工藝流程[5]舉例如下：圖2-4水合物膜法捕集煙氣中二氧化碳工藝流程示意圖2.1.4低溫蒸餾法低溫蒸餾法的原理：該法主要用于回收油田伴生氣中的CO2。較典型的工藝是美國KochProcess(KPS)公司的RyanHolmes三塔和四塔工藝，整個流程包括乙烷回收、甲烷脫除、添加劑和CO2回收。低溫蒸餾法能耗高，分離效果較差，只適用于油田伴生氣中CO2的回收。在未來的IGCC設(shè)計或CO2再循環(huán)系統(tǒng)中，由于煙氣中含有高濃度CO2，低溫蒸餾法值得考慮，其優(yōu)點是可以產(chǎn)生用管道輸送的液體CO2?，F(xiàn)在沒有成型的二氧化碳捕集工藝流程圖。2.1.5吸附法吸附法原理[6]；吸附法是利用吸附劑對混合氣中CO2的選擇性可逆吸附來分離回收CO2的。吸附法又分為變溫吸附法(TSA)和變壓吸附法(PSA)。吸附劑在高溫或高壓時吸附CO2，降溫或降壓后將CO2解析出來，通過周期性的溫度或壓力變化，從而使CO2分離出來。該法的關(guān)鍵是吸附劑的載荷能力，其主要決定因素是溫差或壓差。吸附法工藝過程簡單、能耗低，但吸附劑容量有限,用量很大，且吸附、解吸頻繁，要求自動化程度高。簡易流程舉例[6]見圖2-5。1一壓縮機(jī)；2一冷干機(jī)；3一真空緩沖罐；4一真空泵；5一產(chǎn)品氣緩沖罐；QI流量變送器；TI變送器；PI力變送器；P一壓力表；～程控閥；D圈一球閥；N一單向閥圖2-5吸附分離系統(tǒng)工藝圖2.1.6電化學(xué)法電化學(xué)法原理：熔融碳酸鹽燃料電池是在閉合電路(應(yīng)用一個外部電動勢)下通過膜傳輸CO2，其反應(yīng)原理如下：陰極:O2+2CO2+4e=2CO32-陽極:H2+2CO32-=2CO2+2H2O+4e日本大阪研究社(OsakaResearchInstituteinJapan)、英國石油公司(BritishPetroleumintheUK)和意大利Ansaldo公司(AnsaldoFuelCellsinItaly)也對用熔融碳酸鹽電化學(xué)系統(tǒng)分離捕集煙道氣中CO2進(jìn)行了實驗研究[3]，熔融碳酸鹽電化學(xué)法還需要在具有更高傳導(dǎo)性的碳酸鹽離子固態(tài)電解質(zhì)研制方面取得突破并進(jìn)一步優(yōu)化工藝，所以現(xiàn)在國內(nèi)沒有現(xiàn)成的流程工藝，但這種方法仍可望成為一種有競爭力的CO2分離捕集技術(shù)。2.2各種工藝的比較將幾種CO2捕集工藝進(jìn)行分析對比，可以得到下列表2-1的內(nèi)容。表2-1各種工藝優(yōu)缺點比較脫碳方法優(yōu)點缺點MEA法技術(shù)成熟；脫碳效率高；已工業(yè)化。成本高；吸收慢；設(shè)備腐蝕率高；再生能耗高ECO2法原料價廉；脫碳效率高；反應(yīng)低壓進(jìn)行，安全性好；再生能耗較MEA大大降低。氨損失大；再生吸收劑吸收能力降低膜分離法裝置簡單；操作方便；能耗低。得到CO2的純度低；分離回收CO2成本高低溫蒸餾法可以產(chǎn)生用管道輸送的液體CO2能耗高；分離效果較差。吸附法工藝過程簡單；能耗低。吸附劑容量有限，用量很大；且吸附；解吸頻繁；要求自動化程度高電化學(xué)法電廠煙氣中分離CO2的附加電力費(fèi)用較低。熔融碳酸鹽在高溫下具有極強(qiáng)的腐蝕性，其制作和操作都很困；存在電解質(zhì)隔離和電極退化問題2.3脫碳工藝的選擇本次設(shè)計是針對CO2的捕集與利用，在工藝的選擇上，我們首先注重的是安全、可靠、綠色、環(huán)保。其次，結(jié)合各工藝的成本及工藝路線的繁瑣程度及各工藝的經(jīng)濟(jì)性考慮，我們選擇氨水洗滌法（ECO2)來實行對電廠煙道氣的脫碳。2.4工藝流程簡圖的繪制根據(jù)綜合分析結(jié)果，本設(shè)計選擇氨水洗滌法（ECO2)來實行對電廠煙道氣脫碳。繪制出簡易的工藝流程圖，用以進(jìn)行物理衡算和熱量衡算。工藝流程簡圖見圖2-6。壓縮機(jī)壓縮機(jī)預(yù)處理緩沖罐氨捕集壓縮機(jī)煙氣氨解吸圖2—6氨水吸收建議流程圖

3工藝條件的優(yōu)化氨水法脫除二氧化碳的工藝，使用氨水作為吸收劑。影響捕集工藝條件主要有：吸收塔的溫度、吸收塔壓力、氨水濃度、氨水的流量、停留時間、解析塔壓力、解析塔溫度。3.1吸收塔的溫度溫度變化對CO2最終的脫除率有著顯著的影響.下圖[7]為化學(xué)反應(yīng)溫度對CO2脫除率的影響，水浴溫度從室溫到33℃，CO2脫除率隨溫度的升高而增大。但是，在反應(yīng)溫度為33℃到37℃區(qū)間段內(nèi)，CO2脫除率隨溫度的升高而降低.超過37℃以后，脫除率上升。實驗表明，脫碳化學(xué)反應(yīng)(NH4)2CO3+CO2+H2O=2NH4HCO3的化學(xué)反應(yīng)平衡在33℃到37℃區(qū)間趨于可逆反應(yīng).。圖3-1反應(yīng)溫度對CO2脫除率的影響由圖3-1可以看出，溫度對CO2脫除率有著顯著的影響。最佳脫除率出現(xiàn)在33℃附近，反應(yīng)溫度控制在31~33℃比較適宜。3.2吸收塔壓力由于煙道氣的流量較大，吸收塔的壓力的增加，將會消耗很大一部分能耗用于氣體的壓縮。而在氨水洗滌過程中，壓力對吸收的影響不大，但可以減少氨的揮發(fā)，故吸收塔壓力定為3bar吸收。圖3-2吸收壓力與吸收塔氨損失、溶液質(zhì)量流率的關(guān)系3.3氨水濃度反應(yīng)物濃度增加將促進(jìn)反應(yīng)正向移動。不同濃度范圍氨水脫碳試驗結(jié)果表明，氨水吸收能力可達(dá)約1.2kgCO2/kgNH3，隨著氨水濃度的增加，CO2脫除效率提高，但上升速率逐漸下降。相同氨水濃度的提高引起脫除效率的增幅加大，但氨水濃度的增加一樣會增加氨的損失。氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)圖3-3二氧化碳吸收率與氨水濃度關(guān)系圖3-4不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)氨水的氨溢出體積分?jǐn)?shù)與時間關(guān)系曲線氨的溢出量隨氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，隨時間延長而減小。在相同條件下質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%以上的氨水，溢出體積分?jǐn)?shù)較高且延續(xù)時間較長，從降低成本和減少二次污染角度考慮，并不是氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高越好。綜合實驗研究結(jié)果可知，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%左右較為有利，此時CO2脫除率達(dá)到90%以上。3.4氨水的流量不同的氨水和二氧化碳的摩爾比會影響二氧化碳的吸收效率。見下圖[7]。圖3-5氨與CO2摩爾比對CO2吸收的影響由圖可見，當(dāng)其它條件相同時,氨與CO2的摩爾比增加,氨水吸收CO2的效率升高。當(dāng)氨水濃度不變時，增加氨水與CO2的摩爾比，意味著增加了供給反應(yīng)器的氨水流量，增大了液氣比。液氣比增加，氣體與液體接觸的機(jī)會增加，促進(jìn)了液體對CO2的吸收，CO2吸收效率升高。選擇最合適的摩爾比，然后根本煙道氣中二氧化碳的流量來確定氨水的流量。3.5停留時間停留時間對脫碳的影響如下圖3-6所示。圖3-6吸收效率與停留時間關(guān)系從上圖中可以看出，當(dāng)其它條件相同時，停留時間增加，CO2吸收效率升高。還可以看出停留時間從2.54s增加到5.04s時，雖然停留時間增加很多，但CO2吸收效率增加很少，說明在實驗條件下，停留時間為2.54s時，反應(yīng)已進(jìn)行得比較充分。3.6解析塔壓力增加解吸塔壓力，可以減少解吸塔產(chǎn)生的氣體中氨的含量。所以，適當(dāng)?shù)膲毫梢蕴岣逤O2/NH3的分離與氨的再生，從而提高CO2的純度。隨著再生塔操作壓力增加，出口氨逸出量減少，氨再生比例、CO2與氨分離率和CO2純度均有所增加，但CO2解吸效率略有下降。根據(jù)圖3-2所得的數(shù)據(jù)，故取解吸塔壓力為2bar。3.7解吸塔的溫度隨著再生塔操作壓力增加，出口氨逸出量減少，氨再生比例、CO2與氨分離率和CO2純度均有所增加，但CO2解吸效率略有下降。碳酸氫銨，碳酸銨分解溫度小于100℃，取進(jìn)料溫度為100℃，塔底再沸器溫度120℃。

4物料衡算和熱量衡算4.1物料衡算4.1.1化學(xué)反應(yīng)方程式吸收(主)：NH3+CO2+H2O→NH4HCO3（副）：NH4HCO3+NH3→（NH4）2CO3解吸(主)：NH4HCO3→NH3+CO2↑+H2O（副）：（NH4）2CO3→2NH3+CO2↑+H2O4.1.2物料衡算的任務(wù)對于新建捕集二氧化碳的車間，其工藝采取年工作8000小時的連續(xù)操作，物料衡算的主要任務(wù)在于：（1）確定二氧化碳的實際產(chǎn)量及質(zhì)量指標(biāo)，以及副產(chǎn)物碳酸氫銨的產(chǎn)量及規(guī)格；（2）確定原料氨水，煙道氣的消耗定額以及轉(zhuǎn)化率；（3）確定工藝中的“三廢”排放量等公共經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；（4）各主要單元過程的物料衡算，并指導(dǎo)工藝設(shè)備的尺寸確定；（5）匯總?cè)鞒涛锪虾馑?，?shù)據(jù)用于完成物料流程圖等后續(xù)設(shè)計任務(wù)4.1.3相關(guān)數(shù)據(jù)和資料（1）由化工工藝設(shè)計，本廠所確定的一期工程目標(biāo)為單套年產(chǎn)4萬噸食品級二氧化碳；年開工8000h；因此，CO2產(chǎn)品質(zhì)量流率為6250kg/h。與過程計算相關(guān)的物理化學(xué)常數(shù)見表4-1表4-1相關(guān)物理化學(xué)常數(shù)名稱數(shù)值摩爾氣體常數(shù)R=8.31433J/mol·K標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325kPa冰點溫度273.15K其余物性數(shù)據(jù)選用ASPENPLUS11.1中自帶的物性數(shù)據(jù)庫和整合的企業(yè)數(shù)據(jù)庫。（2）對全廠進(jìn)行合成和分離回收工藝選擇和優(yōu)化后，結(jié)合流股數(shù)據(jù)，得出分離CO2的消耗定額數(shù)據(jù)見下表4-2。表4-2消耗定額Kg/ht/a消耗定額（1）煙道氣37615.1300920.8氨5424336水180001440004.1.4物料衡算在物料衡算中，選擇質(zhì)量基準(zhǔn)，并且以單位小時的摩爾流量作為衡算的基本，進(jìn)行單元和工段的質(zhì)量衡算。（1）捕集工段吸收段以吸收塔T101單元為主，流股數(shù)據(jù)如下所示：表4-3吸收段物料衡算一覽表進(jìn)料出料流股名稱A1-G-INA1-L-INA1-L-OUTA1-G-OUT流股信息煙道氣氨水富液廢氣MoleFlowlbmol/hrN22434.2193600.093010462434.12635O255.200421900.0040481855.1963737CO2294.70251300.3858890132.2930945H3N0530.35991416.2208842221.035448H2O04515.254064104.30811149.310606NH4+00.38909567293.4926780H3O+02.51E-111.24E-060OH-00.389095670.000906140HCO3-00230.5552860CO3=0031.46824360TotalFlowlbmol/hr2784.12235046.392164676.529062891.96188TotalFlowlb/hr82927.101490389.528695486.619977830.0101TotalFlowcuft/hr364274.5571548.785141384.70173422311.023TemperatureF89.600003380.600003492.8414819133.726298Pressurepsi44.961698743.511321343.511321343.5113213VaporFrac1001LiquidFrac0110SolidFrac0000EnthalpyBtu/lbmol-17839.959-113514.44-127937.63-8368.8466EnthalpyBtu/lb-598.94325-6337.4419-6265.8416-310.9647EnthalpyBtu/hr-49668628-572838385-598304029-24202385EntropyBtu/lbmol-R-1.1357208-40.699638-41.220674-2.5670381EntropyBtu/lb-R-0.0381297-2.2722359-2.0188135-0.0953845Densitylbmol/cuft0.007642923.258290743.377282660.00684794Densitylb/cuft0.2276558.36156968.95825990.18429548AverageMW29.785725117.911713120.418267226.9125298LiqVol60Fcuft/hr2388.536542396.12861表4-4水吸收塔T102物料衡算一覽表進(jìn)料出料流股名稱A1-G-OUTM-OUTA2-G-OUTA2-L-OUT流股信息混合氣水廢氣氨水MoleFlowkmol/hrN21104.1000701104.051480.04858762O225.0366046025.03461450.00199009CO214.0202581.18E-060.000173060.00643886H3N100.1899711.846229442.7261724782.3770741H2O66.72420592967.6044740.30115632980.02575NH4+00.08463407017.0175882H3O+02.19E-0903.59E-08OH-00.0232903700.01140741HCO3-00.01503656011.0974941CO3=00.0231535502.95434334TotalFlowkmol/hr1310.071112969.596811172.113593093.54068TotalFlowkg/hr35256.201753497.897732501.874156252.2252TotalFlowl/min196440.896896.159094249664.21962.087384TemperatureK329.65832304.773565311.807657331.958515Pressureatm3.00000012.000000072.000000072.00000007VaporFrac1010LiquidFrac0101SolidFrac0000Enthalpycal/mol-4565.99-68161.398-1920.4875-66636.464Enthalpycal/gm-169.6658-3783.5482-69.258452-3664.6126Enthalpycal/sec-1661603.2-56225519-625285.95-57261836Entropycal/mol-K-2.5951338-38.581427-0.9579541-37.592466Entropycal/gm-K-0.0964315-2.1416035-0.0345466-2.0673639Densitymol/cc0.000111150.055228237.82E-050.05359077Densitygm/cc0.002991240.994947930.00216970.97448227AverageMW26.911670418.015205727.729286918.1837677LiqVol60Fl/min1129.921591022.41365（2）捕集工段解吸段表4-5解吸塔料衡算一覽表進(jìn)料出料流股名稱S-L-INS-L-OUTS-G-OUT流股信息MoleFlowkmol/hrN20.042188831.97E-270.04218883O20.001836222.03E-190.00183622CO26.243177160.00017568119.004854H3N25.0759581.28266222139.163152H2O1867.750061966.5544713.9433844NH4+115.4077480.037844110H3O+6.68E-069.55E-080OH-0.001285020.015406260HCO3-110.1609910.021315120CO3=2.622739090.00056140TotalFlowkmol/hr2127.305991967.91243272.155416TotalFlowkg/hr43312.001335452.16057859.84084TotalFlowl/min700.726634627.23557564846.0165TemperatureK373.150007393.174336346.792948Pressureatm15.05198551.97384661.9738466VaporFrac001LiquidFrac110SolidFrac000Enthalpycal/mol-69623.029-66563.076-49256.078Enthalpycal/gm-3419.5947-3694.8469-1705.5445Enthalpycal/sec-41141524-36386195-3723696.7Entropycal/mol-K-38.187561-33.976653-10.683019Entropycal/gm-K-1.8756147-1.8860086-0.369911Densitymol/cc0.050597620.052290626.99E-05Densitygm/cc1.030168780.942021420.00202012AverageMW20.360024118.015110828.8799722LiqVol60Fl/min234.682437表4—6氨分離塔的物料衡算進(jìn)料出料流股名稱GASCO2NH3流股信息混合氣體二氧化碳?xì)怏w液氨MoleFlowkmol/hrN2000O2000CO2119.004854119.0048540H3N139.1631520139.163152H2O000NH4+000H3O+000OH-000HCO3-000CO3=000TotalFlowkmol/hr258.168007119.004854139.163152TotalFlowkg/hr7607.406265237.379832370.02641TotalFlowl/min61538.29628413.959133120.8773TemperatureK346.792948346.792948346.792948Pressureatm1.97384661.97384661.9738466VaporFrac111LiquidFrac000SolidFrac000Enthalpycal/mol-48822.738-93618.996-10515.562Enthalpycal/gm-1656.8681-2127.2307-617.45252Enthalpycal/sec-3501241.3-3094754.1-406494.1Entropycal/mol-K-11.1059850.70760417-23.750979Entropycal/gm-K-0.37689720.01607833-1.3946094Densitymol/cc6.99E-056.98E-057.00E-05Densitygm/cc0.002060340.003072060.00119261AverageMW29.466882344.009817.03056LiqVol60Fl/min230.448507106.227303124.2212044.2熱量衡算4.2.1概述如何利用熱量的傳遞和轉(zhuǎn)化規(guī)律，以保證適宜的工藝條件，是化工生產(chǎn)重要的關(guān)鍵問題。在過程設(shè)計中，進(jìn)行熱量平衡計算，可以確定過程所需要的熱量；在工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行熱量平衡計算，可以說明熱量利用的情況及節(jié)能的可能性。根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備。通過下述能量衡算，可以為提高熱量的利用率，降低能耗提供主要依據(jù)。4.2.2熱量衡算原則根據(jù)能量守恒定律，進(jìn)出系統(tǒng)的能量衡算式為：輸入系統(tǒng)中的能量－從系統(tǒng)輸出的能量＝系統(tǒng)中積累的能量，即Q：過程的換熱之和。W：輸入系統(tǒng)的總的機(jī)械能?！艸out：離開設(shè)備的各物料焓之和。∑Hin：進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。在穩(wěn)定流動中，系統(tǒng)內(nèi)積累的能量為零。在無機(jī)械能形式能量的交換時過程所需吸收或放出的熱量等于其焓變。熱量衡算就是對過程進(jìn)行焓衡算，即：4.2.3熱量衡算基準(zhǔn)熱量衡算時采用的單位基準(zhǔn)如下：表4-7熱量衡算的單位基準(zhǔn)物理量時間溫度壓力焓機(jī)械能反應(yīng)熱單位hrKatmJ/kmolJ/kmolJ/kmol4.2.4熱量衡算（1）吸收塔ABSORB-1的熱量衡算。結(jié)果見表4-8、表4-9。表4-8COMPR-1物流焓變化計算表StreamNameA1-G-INA1-L-INA1-G-OUTA1-L-OUTTemperatureK305.15300.15329.66306.95Pressureatm3.062.962.962.96VaporFrac1.0001.000EnthalpyJ/kmol-41495745-264034590-19465933-297582923∑HJ/kmol∑Hin=-305530335∑Hout=-317048856表4-9PUMP-1能量平衡計算表QW∑Hin∑HoutERROR115185210-305530335-3170488563.9E-4（2）吸收塔T102的ABSORB-2的熱量衡算。結(jié)果見表4-10、表4-11。表4-10COMPR-10物流焓變化計算表StreamNameA1-G-OUTM-OUTA2-G-OUTA2-L-OUTTemperatureK329.66304.77312.09332.18Pressureatm2.962.002.002.00VaporFrac1.0001.000EnthalpyJ/kmol-19465932-285379885-8166193.8-279076748∑HJ/kmol∑Hin=-304845817∑Hout=-279893367.8表4-11PUMP-1能量平衡計算表QW∑Hin∑HoutERROR249524490-304845817-279893367.87.6E-4（3）解析塔T103的STRIPPE的熱量衡算。結(jié)果見表4-12、表4-13。表4-12T-3物流焓變化計算表StreamNameSTR-INS-G-OUTS-L-OUTTemperatureK369.74347.09393.07Pressureatm2.961.971.97VaporFrac0.041.000EnthalpyJ/kmol-283927435-206626944-278636537∑HJ/kmol∑Hin=-283927435∑Hout=-485263481表4-13PUMP-1能量平衡計算表QW∑Hin∑HoutERROR-2013360460-283927435-4852634811.6E-54.2.5換熱網(wǎng)絡(luò)的初步模擬設(shè)計從AspenPlus工藝模擬的參數(shù)中提取參與換熱的流股名字、參數(shù)以及信息：表4—14換熱流股一覽表NameTypeInletT/KOutletT/KDuty/MWNotesS-L-OUTHOT393.00308.1518.015冷卻解析貧液A1-L-OUTCOLD307.00365.8620.425解析液預(yù)熱HE-2-INCOLD365.86369.8919.953解析液預(yù)熱HOT-H2OHOT623.15554.8518.01解析塔再沸器S-GHOT373.15347.0028.88解析塔部分冷凝器S-LCOLD373.15393.0018.01`解析塔再沸器換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則：1）所有熱（冷）流股在夾點處只能和那些熱容流率比自己大或相等的冷（熱）流股匹配；2）最大限度地滿足兩流股中的一股，使這一股的熱量完全用盡；3）不要在夾點以上設(shè)置任何公用工程冷卻器；不要在夾點以下設(shè)置任何公用工程加熱器；4）不要有跨越夾點的熱量傳遞。換熱網(wǎng)路的簡要模擬圖：以AspenEnergyAnalyzer的初步設(shè)計結(jié)果（不包括空氣冷卻）：圖4—1車間換熱網(wǎng)路的簡易模擬圖

5工藝流程控制圖的繪制5.1考慮基礎(chǔ)氨水吸收工藝的缺點并進(jìn)行必要的改進(jìn)，運(yùn)用AspenPlus軟件，結(jié)合優(yōu)化后的工藝條件，繪制出帶控制點的工藝流程圖。詳見圖5-1。圖5-1設(shè)計的工藝流程圖工藝簡述：經(jīng)氨水儲罐輸送而來的氨水與回收池氨水混合形成10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氨水溶液，經(jīng)蒸汽加熱至32℃，由泵送入填料吸收塔上端，與塔底進(jìn)入的煙氣相遇，氣液兩相充分接觸，控制塔內(nèi)溫度31~33℃，壓力300kPa。未被吸收的CO2和N2夾帶部分NH3從塔頂出去，進(jìn)入水洗滌塔T102，經(jīng)水洗滌回收氨氣。吸收塔T101塔底出去的富液經(jīng)過兩次換熱再經(jīng)蒸汽加熱至100℃從解吸塔T103上端進(jìn)入，控制塔底再沸器溫度120℃，塔內(nèi)壓力0.2MPa。塔底含少量碳酸氫銨的液體經(jīng)H103回收熱后去進(jìn)入水洗滌塔T102；塔頂出來的氣體含有水蒸氣、氨氣與大部分的CO2經(jīng)冷卻從干燥塔塔底進(jìn)入，除水后，混合氣體進(jìn)入液化設(shè)