工業(yè)用液體二氧化碳工藝設(shè)計(jì)樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)提要總論簡(jiǎn)述二氧化碳生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外概括及意義產(chǎn)品的性質(zhì)、用途、規(guī)格和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的原始依據(jù)、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)二氧化碳設(shè)計(jì)采取的生產(chǎn)方法確定原料來(lái)源及性質(zhì)論證設(shè)計(jì)選定的廠址、交通、氣候、地質(zhì)條件簡(jiǎn)要說(shuō)明主輔車間地組成、工作制度及水、電地供應(yīng)裝備三廢情況及環(huán)境保護(hù)的大致方案安全注意事項(xiàng)工藝流程設(shè)計(jì)及設(shè)備論證設(shè)計(jì)論證逐步完善工藝流程工藝流程敘述設(shè)備論證物料衡算衡算依據(jù)總算100#工序洗滌除塵工序200#工序脫硫干燥工序從原料壓縮機(jī)至提純塔的過(guò)程物料衡算熱量衡算緩沖罐洗滌塔吸收塔原料壓縮機(jī)及其冷卻器二級(jí)脫硫產(chǎn)品氣壓縮機(jī)及其冷卻器提純塔氨冷器工藝設(shè)備選型換熱器選型提純塔工藝設(shè)計(jì)其它各塔及設(shè)備的工藝計(jì)算主要參考資料結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)10000噸食品級(jí)液體二氧化碳工藝設(shè)計(jì)二、主要原料:合成氨脫碳放空氣三、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T6052－1993)四、主要設(shè)計(jì)參數(shù):見(jiàn)附表五、設(shè)計(jì)要求:按設(shè)計(jì)大綱六、設(shè)計(jì)內(nèi)容:1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(1)工藝流程的選擇和論證(2)工藝指標(biāo)的確定和論證(3)物料衡算和能量衡算(4)設(shè)備選型及計(jì)算(5)按大綱要求的其它內(nèi)容2、設(shè)計(jì)圖紙(1)帶控制點(diǎn)工藝流程圖(2)設(shè)備平、立面布置圖七、完成日期:二OO三年六月二十五日設(shè)計(jì)者:發(fā)出日期:二OO三年五月三日附表:主要設(shè)計(jì)參數(shù)1.年工作日300天;2.CO2的提取率為86%;3.產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):組成H2SSO2有機(jī)硫H2ONOX含量≤2mg/Nm3≤2mg/Nm3≤0.5mg/Nm3≤30ppm≤5ppm組成O2N2COCO2含量≤20ppm≤20ppm≤10ppm≥99.0%4.原料氣組成:組成COCO2N2O2SO2含量1.8～2％86％10％1～2％50mg/Nm3組成NOXH2SCS2COS粉塵含量20mg/Nm3500mg/Nm30.97mg/Nm3200mg/Nm350mg/Nm35.原料氣水洗工序放空氣出口溫度:常溫放空氣出口壓力:30-40mm水柱放空氣出洗滌塔溫度:≤30℃放空氣出洗滌塔含塵量:≤5mg/Nm3放空氣出吸收塔H2S含量:≤500ppm6.原料氣壓縮、預(yù)處理工序預(yù)處理器出口無(wú)機(jī)硫含量:≤500ppm一級(jí)脫硫器進(jìn)口氣體溫度:≤35℃三級(jí)脫硫出口轉(zhuǎn)化率取90%～99%四級(jí)脫硫器出口:總硫≤0.2ppm7.提純塔進(jìn)口CO2含量為86%(v/v),塔頂CO2含量為95%(v/v),塔釜CO2含量為99.0%(v/v);8.置換氣放空CO2含量為45%(v/v),N2含量為52%(v/v),其余為3%(v/v);9.廢氣、順?lè)艢釩O2含量為20%(v/v);10.緩沖罐、洗滌塔、吸收塔、原料氣壓縮機(jī)段后冷卻器的出口水蒸汽濃度取相應(yīng)溫度下的水蒸汽飽和分壓。設(shè)計(jì)提要本次設(shè)計(jì)是生產(chǎn)10000噸/年的工業(yè)用二氧化碳工業(yè)流程設(shè)計(jì),采用技術(shù)為分子篩法。設(shè)計(jì)中以節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)合理、工藝簡(jiǎn)單、保證產(chǎn)品質(zhì)量為前提,依據(jù)永氮合成氨廠的工藝情況并結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求,在流程中首先將含CO2原料氣體進(jìn)入予處理工序,采用濕法除塵工藝除塵,多級(jí)脫硫脫除硫化物,分子篩吸附技術(shù)除水等技術(shù),除去雜質(zhì)氣體,然后再進(jìn)入提純工序,得到純度較高的CO2氣體,以滿足工業(yè)需要,最后經(jīng)過(guò)提純工序,得到純度更高的液態(tài)CO2產(chǎn)品,產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T6052-1993的標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)共包括:設(shè)計(jì)總論、工藝流程設(shè)計(jì)論證、設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖四個(gè)部分。在設(shè)計(jì)總論部分,首先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了概述,并按廠址選擇要求,對(duì)選定廠址的水文、氣象、地質(zhì)等情況作了初步調(diào)查,并從水、電、汽供應(yīng)情況和交通運(yùn)輸方面進(jìn)一步說(shuō)明了廠址選擇地合理性,并對(duì)主、副原料的供應(yīng)要求作了明確的規(guī)定。同時(shí),重點(diǎn)從生產(chǎn)CO2的用途和提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低車間生產(chǎn)費(fèi)用等目的出發(fā),確定了分子篩吸附法,提純CO2的方法,并對(duì)本工藝路線和生產(chǎn)原理作了扼要的介紹,就流程中各工序的任務(wù)作了明確的說(shuō)明。著重從工藝的各個(gè)角度,對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,經(jīng)過(guò)工藝條件的分析,工藝流程的論證,主要設(shè)備的論證,進(jìn)一步闡明本設(shè)計(jì)在生產(chǎn)中的先進(jìn)性和合理性。并對(duì)安全保護(hù)措施、三廢處理問(wèn)題作了具體的說(shuō)明。在設(shè)計(jì)計(jì)算部分,主要從給定地生產(chǎn)任務(wù)出發(fā)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行總算,并對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行了具體的物料衡算和熱量衡算,在此基礎(chǔ)上對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)計(jì)算,對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行了選型計(jì)算。在繪圖部分,根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明和計(jì)算,繪制了工藝流程和設(shè)備布置圖。由于本設(shè)計(jì)在時(shí)間上比較倉(cāng)促,以及有些數(shù)據(jù)難以查找,對(duì)某些方面只按廠里的工藝指標(biāo)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),因此有待于今后實(shí)際生產(chǎn)中的摸索和探討?？傉撘弧⒑?jiǎn)述二氧化碳生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外概括及意義二氧化碳的發(fā)現(xiàn)應(yīng)追溯到17世紀(jì)初,當(dāng)時(shí),比利時(shí)化學(xué)家J·B·VanHelmont(1577-1644)在檢測(cè)木炭時(shí)發(fā)現(xiàn)一種與其它氣體不同的氣體。1757年,J·Black第一個(gè)應(yīng)用定量的方法研究這種氣體,由于它是固定在石灰石中的,因此定名它為”固定空氣”。此后,H·Cavendish和J·Priestley分別研究了”固定空氣”的性質(zhì)。1773年,A·L·Lavoisior把碳放在氧氣中加熱,得到被她稱為”碳酸”的二氧化碳?xì)怏w,測(cè)出質(zhì)量組成為含碳23.5%-28.9%、含氧71.1%-76.5%。1823年,M·Faraday發(fā)現(xiàn)加壓能夠使二氧化碳?xì)怏w液化。1833年,M·Thilorier制得固態(tài)二氧化碳(干冰)。1884年,在德國(guó)建成第一家生產(chǎn)液態(tài)二氧化碳的工廠。二氧化碳化學(xué)自20世紀(jì)80年代以來(lái)引起世界各國(guó),特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界各種礦物燃料(煤,石油,天然氣),燃燒排放到大自然中的二氧化碳量達(dá)到185-242億噸/年,而其利用尚不足1億噸/年。二氧化碳的大量排放,不但造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi),而且做為主要的溫室效應(yīng)氣體,引起的環(huán)境公害舉世注目,美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)都研究制定了排放制度,日本則加快了二氧化碳綜合利用方面的研究,計(jì)劃用時(shí)間建立起以二氧化碳為原料的獨(dú)立工業(yè)體系。中國(guó)隨著工業(yè)發(fā)展,二氧化碳排放量也在逐步上升,1981年已達(dá)532.3×106t,占世界排放的10%,排在第三位,因此加快二氧化碳研究與利用已顯的日益必要和迫切。當(dāng)前,二氧化碳主要用于碳酸飲料、氣體保護(hù)焊、三次采油、超臨界流體萃取、氣肥、保解、煙絲膨化等用途,其用量及應(yīng)用范圍都在逐年擴(kuò)大,因此二氧化碳的分離提純技術(shù)顯的尤為重要,她是CO2化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ),也是化學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。工業(yè)上分離提純二氧化碳的方法有低溫蒸餾法、膜分離法、溶劑吸收法、變壓吸附法(PAS)等。近年來(lái)中國(guó)主要CO2裝置情況見(jiàn)表生產(chǎn)廠家原料來(lái)源工藝產(chǎn)能(Kt/a)廣東江門氮肥廠合成氨廠氣三塔變壓吸附10川化集團(tuán)公司合成氨廠廢氣低壓凈化,提純液化4廣州石化總廠制氨裝置副產(chǎn)加壓法,分子篩吸附和靜壓提純10山東魯化集團(tuán)合成氨廠合成氨廠副產(chǎn)壓縮凈化15黃橋二氧化碳廠CO2氣田凈化-提餾-吸附10金東實(shí)業(yè)公司環(huán)氧已烷副產(chǎn)低溫分餾精制30興化BOC氣體有限公司造氣排放廢氣BOC技術(shù)20美國(guó)普萊克斯公司獨(dú)資鷹山石化排放的工業(yè)尾氣PRAXAIR技術(shù)30上海焦化有限公司焦化脫硫脫碳工業(yè)尾氣林德公司技術(shù),提純壓縮,凈化,液化60BOC公司化工廠廢氣BOC技術(shù)10×7茂名高倫公司制氨裝置廢氣低溫分餾精制30萬(wàn)金塔CO2氣田氣田10韶剛集團(tuán)公司碳廠變壓吸附技術(shù)10二、產(chǎn)品的性質(zhì)、用途、規(guī)格和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物理性質(zhì)CO2在一般狀況下是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體。能溶于水,溶解度為0.1449克/100克水(25℃)。在20℃時(shí),將二氧化碳加壓到5.9×106帕即可變成無(wú)色液體,常壓縮在鋼瓶中貯存。在-56.6℃、5.27×105Pa時(shí)變?yōu)楣腆w。液態(tài)二氧化碳減壓迅速蒸發(fā)時(shí),一部分氣化吸熱,另一部分驟冷變成雪狀固體。將雪狀固體壓縮,成為冰狀固體,俗稱”干冰”?！备杀痹?.01×105Pa、-78.5℃時(shí)可直接升華變成氣體。二氧化碳比空氣重,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度為1.977g/L,約是空氣的1.5倍。二氧化碳無(wú)毒,但不能供給動(dòng)物呼吸,是一種窒息性氣體。在空氣中一般含量為0.03%(體積),若含量達(dá)到10%時(shí),就會(huì)使人呼吸逐漸停止,最后窒息死亡?？菥?、地窖、地洞底部一般二氧化碳的濃度較高,因此在進(jìn)入之前,應(yīng)先用燈火試驗(yàn),如燈火熄滅或燃燒減弱,就不能貿(mào)然進(jìn)入,以免發(fā)生危險(xiǎn)。二氧化碳是非極性分子,可溶于極性較強(qiáng)的溶液中,二氧化碳溶于水生成碳酸。分子直徑(nm)0.35-0.51氣體密度(0℃,0.101MPa)/(kg/m3)1.977汽化熱(0℃)/(kJ/kg)235臨界狀態(tài)溫度/℃31.06壓力/MPa7.382密度/kg/m3467比熱容(20℃,0.101MPa)/［kJ/kg1·k］Cp0.845Cv0.651氣體粘度(0℃,0.101MPa)/mp·s13.8化學(xué)性質(zhì)一般情況下,二氧化碳性質(zhì)穩(wěn)定,無(wú)毒性,不燃,不助燃,在高溫或是有催化劑存在的情況下,二氧化碳能夠參加一些化學(xué)反應(yīng):①還原反應(yīng)CO2+2Mg→2MgO+CCO2+C→2CO②有機(jī)合成反應(yīng)在高溫(170℃-200℃)和高壓(13.8-24.6MPa)下,CO2和氨反應(yīng)CO2+2NH3→NH2COONH4→CO(NH2)2在升溫加壓和有銅-鋅催化劑存在時(shí),用二氧化碳、一氧化碳和氫氣的氣態(tài)混合物能夠合成甲醇,二氧化碳和氫氣反應(yīng)CO2+3H2→CH3OH+H2O用途在化工合成上的應(yīng)用二氧化碳除了成熟的化工利用(例如合成尿素,生產(chǎn)碳銨,生產(chǎn)碳酸鹽、阿斯匹林,制取水揚(yáng)酸及其衍生物等)以外,現(xiàn)在又研究成功了許多新的工藝方法,如合成甲酸及其衍生物,合成天然氣,乙烯,合成甲醇,壬醇,草酸及其衍生物,丙脂及芳烷的烷基化,合成高分子單體及進(jìn)一步二元或三元共聚,制成了一系列高分子材料等,另外利用二氧化碳代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農(nóng)藥做殺蟲(chóng)劑,也在研究之中。在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用用于蔬菜、瓜果的保鮮儲(chǔ)藏,二氧化碳也可用于糧食的儲(chǔ)藏,它比一般所用的蒸蒸劑效果更好。把二氧化碳引入蔬菜溫室,能使蔬菜的生長(zhǎng)速度增加,縮短其生長(zhǎng)周期。用飛機(jī)將干冰撒入云層施行人工降雨,能解決久旱無(wú)雨、莊稼欠收的問(wèn)題。在一般工業(yè)上的應(yīng)用二氧化碳是很好的致冷劑。它不但冷卻速度快、操作性能好、不浸濕產(chǎn)品、不會(huì)造成二次污染,而且投資少、人力省。利用二氧化碳保護(hù)電弧焊接,既少避免金屬表面氧化又可使焊接速度提高9倍。最近美國(guó)制成了不受煙、砂石和煙霧妨礙,能夠正確測(cè)定距離的二氧化碳激光測(cè)距器。二氧化碳作為油田注入劑,可有效地驅(qū)油。當(dāng)前,地?zé)豳Y源是能源開(kāi)發(fā)的重大課題,低溫和較低溫地區(qū)的地下熱水最多,而且沒(méi)有充分利用,其最大的難度是利用地下熱水發(fā)電時(shí)的工作介質(zhì)不理想,國(guó)際上用氟里昂和異丁烷所進(jìn)行的試驗(yàn)都證明沒(méi)有希望,然而,用二氧化碳作為介質(zhì),利用較低溫地下熱水資源來(lái)發(fā)電已在羅馬尼亞研究成功。二氧化碳超臨界萃取超臨界二氧化碳流體,由于具有與液體相近的密度,而粘度只有液體的1%,擴(kuò)散系數(shù)是液體的100倍,因此它的萃取能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)有機(jī)溶劑,更為理想的是控制條件就可定向分離組份,可在常溫下和較低溫下工作,沒(méi)有毒性和發(fā)生爆炸的危險(xiǎn),使用時(shí)不但又很好的工作性能,而且可有效地浸出高沸點(diǎn)、高粘度、熱敏性物質(zhì)。產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6052-1993≤工業(yè)液體二氧化碳≥項(xiàng)目指標(biāo)二氧化碳%(v/v)≥9999.599.9油份按標(biāo)準(zhǔn)4,4檢驗(yàn)合格按標(biāo)準(zhǔn)4,4檢驗(yàn)合格按標(biāo)準(zhǔn)4,4檢驗(yàn)合格一氧化碳、硫化氫、磷化氫及有機(jī)還原物b—按標(biāo)準(zhǔn)4,6檢驗(yàn)合格按標(biāo)準(zhǔn)4,6檢驗(yàn)合格氣味無(wú)異味無(wú)異味無(wú)異味水份露點(diǎn)/℃≤--60-65游離水無(wú)--限定說(shuō)明:感官:外觀、氣味工藝過(guò)程:生產(chǎn)之中十分重要并必須控制的關(guān)鍵項(xiàng)目法規(guī):行政部門的限定規(guī)定三、設(shè)計(jì)的原始依據(jù)及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)的原始依據(jù),按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)年產(chǎn)量10000噸食品級(jí)液體二氧化碳;年工作日300天;CO2的提取率為86%;產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):組成H2SSO2有機(jī)硫H2ONOX含量≤2mg/Nm3≤2mg/Nm3≤0.5mg/Nm3≤30ppm≤5ppm組成O2N2COCO2含量≤20ppm≤20ppm≤10ppm≥99.99%5.原料氣組成:組成COCO2N2O2SO2含量1.8～2％86％10％2～3％50mg/Nm3組成NOXH2SCS2COS粉塵含量20mg/Nm3500mg/Nm30.97mg/Nm3200mg/Nm350mg/Nm36.原料氣水洗工序放空氣出口溫度:常溫放空氣出口壓力:30-40mm水柱放空氣出洗滌塔溫度:≤30℃放空氣出洗滌塔含塵量:≤5mg/Nm3放空氣出吸收塔H2S含量:≤500ppm7.原料氣壓縮、預(yù)處理工序預(yù)處理器出口無(wú)機(jī)硫含量:≤500ppm一級(jí)脫硫器進(jìn)口氣體溫度:≤35℃三級(jí)脫硫出口轉(zhuǎn)化率取90%～99%四級(jí)脫硫器出口:總硫≤0.2ppm8.提純塔進(jìn)口CO2含量為86%(v/v),塔頂CO2含量為95%(v/v),塔釜CO2含量為99.0%(v/v);9.置換氣放空CO2含量為45%(v/v),N2含量為52%(v/v),其余為3%(v/v);10.廢氣、順?lè)艢釩O2含量為20%(v/v);11.緩沖罐、洗滌塔、吸收塔、原料氣壓縮機(jī)段后冷卻器的出口水蒸汽濃度取相應(yīng)溫度下的水蒸汽飽和分壓。四、二氧化碳設(shè)計(jì)所采取的生產(chǎn)方法、工藝流程特點(diǎn)生產(chǎn)方法低溫蒸餾法本法由于設(shè)備龐大、能耗較高、分離效果較差,因而成本較高,不適應(yīng)中小規(guī)模生產(chǎn),一般適用于油田開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng),生產(chǎn)無(wú)硫二氧化碳產(chǎn)品直接注入油井,以提高采率。膜分離法和溶劑吸收法膜分離法具有裝置簡(jiǎn)單、操作方便、能耗較低特點(diǎn),是當(dāng)今世界上發(fā)展迅速的一項(xiàng)節(jié)能型氣體分離技術(shù)?？墒?膜分離法的缺點(diǎn)是很難得到高純度的CO2,為了得到高純度的二氧化碳,它必須與溶劑吸收法結(jié)合起來(lái),前者用于粗分離,后者用于精分離,工藝極其復(fù)雜。分子篩吸附法分子篩吸附法具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、能耗低、適應(yīng)能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn),橋氮二氧化碳裝置采用此項(xiàng)技術(shù)提純二氧化碳裝置,一次開(kāi)車成功,對(duì)以放空氣氣為原料的混合氣中難以解決的氨氧化合物已找到一定的淡化方法,使產(chǎn)品基本滿足GB/T6052-1993標(biāo)準(zhǔn)要求。2.本設(shè)計(jì)采用分子篩吸附法分離提純二氧化碳,其生產(chǎn)方法為:①.以合成氨放空氣為原料氣,經(jīng)濕法除塵裝置除塵,采用多級(jí)脫硫技術(shù)脫除SO2、H2S、COS、CS2等有害雜質(zhì),并采用分子篩吸附技術(shù)脫除H2O,再經(jīng)液化裝置得到液態(tài)二氧化碳,最后經(jīng)提純塔裝置提純二氧化碳產(chǎn)品。3.工業(yè)用CO2工藝流程示意圖復(fù)合洗滌塔蘿茨風(fēng)機(jī)緩沖罐水冷器原料氣復(fù)合洗滌塔蘿茨風(fēng)機(jī)緩沖罐水冷器原料氣氨冷器汽水分離器壓縮機(jī)一級(jí)一級(jí)冷卻器一級(jí)油分氨冷器汽水分離器壓縮機(jī)一級(jí)一級(jí)冷卻器一級(jí)油分第二脫硫塔(關(guān)鍵)第一脫硫塔二級(jí)油分二級(jí)冷卻器壓縮機(jī)二級(jí)第二脫硫塔(關(guān)鍵)第一脫硫塔二級(jí)油分二級(jí)冷卻器壓縮機(jī)二級(jí)第四脫硫塔(關(guān)鍵)第四脫硫塔(關(guān)鍵)第三脫硫塔(關(guān)鍵)三級(jí)冷卻器壓縮機(jī)三級(jí)三級(jí)油分第三脫硫塔(關(guān)鍵)三級(jí)冷卻器壓縮機(jī)三級(jí)三級(jí)油分提純塔(關(guān)鍵)1#2#凈化器(關(guān)鍵)低溫貯罐蒸發(fā)冷凝器提純塔(關(guān)鍵)1#2#凈化器(關(guān)鍵)低溫貯罐蒸發(fā)冷凝器槽車充裝槽車充裝五確定原料來(lái)源、性質(zhì)原料來(lái)源為脫碳工藝放空氣,其中主要含有氮?dú)?、氧氣、一氧化碳等氣體。1.氮?dú)馕锢硇再|(zhì):常溫下是無(wú)色五味、無(wú)臭的氣體物理常數(shù):熔點(diǎn)63.29K比熱容(288.8K,0.101MPa):Cp1.04kJ/kg·KCv0.741kJ/kg·K氣體粘度μ(273K,0.101MPa)879.2×10-2MPa·S沸點(diǎn)77.35K汽化熱196.895kJ/mol化學(xué)性質(zhì)在一般情況下,氮是惰性的,在常溫常壓下,除金屬鋰等極少元素外,氮幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng):6Li+N2=2Li3N在高溫高壓或有催化劑存在的條件下,氮能夠與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),如:3H2+N2→2NH33Mg+N2→Mg3N22.氧氣物理性質(zhì):純凈的氧氣是一種沒(méi)有顏色,沒(méi)有氣味,沒(méi)有味道的氣體,它的密度稍大于空氣,氧氣微溶于水,液態(tài)氧是淡藍(lán)色物理常數(shù)熔點(diǎn)54.75K摩爾比熱容(273.15K,0.101MPa):Cp29.33J/(mol·K)Cv20.96J/(mol·K)氣體粘度(300K,0.101MPa)20.75×10-6Pa·S沸點(diǎn)90.188K汽化熱6.8123kJ/mol化學(xué)性質(zhì)氧氣是最活潑的元素之一,除氦氖和氬等稀有氣體和一些不活潑金屬外,氧能和所有的元素形成化合物,雖然在某些情況中甚至在高溫中同分子氧難以達(dá)到直接化合,當(dāng)氧與其它元素直接化合生成氧化物時(shí),反應(yīng)是放熱的,生成的氧化物一般很穩(wěn)定。同時(shí),氧分子作為一種重要的配位體在生物內(nèi)起著重要作用,除氧外,自然界還存在氧的兩種同素異形體,即O3和O4。3.一氧化碳物理性質(zhì):一氧化碳是一種無(wú)色無(wú)味,無(wú)刺激性可燃燒的有毒氣體物理常數(shù)熔點(diǎn)68.15K比熱容(20℃,0.101MPa)Cp1.0393kJ/kg·KCv0.7443kJ/kg·K氣體粘度(273K,0.101MPa)16.62Pa·S沸點(diǎn)81.63K汽化熱6.042kJ/mol③化學(xué)性質(zhì)由于CO分子是不飽和的亞穩(wěn)分子,在化學(xué)上,就分解而言,CO是穩(wěn)定的,但由于存在未被占有的反鍵軌道,易于被催化劑激活。在高溫高壓下,CO具有極高的化學(xué)活性,能和多種單質(zhì)和化合物反應(yīng),具有較強(qiáng)的還原性。六.論證設(shè)計(jì)選定的廠址、交通、氣候、地質(zhì)條件:廠址選于湖南省郴州市永興縣城關(guān)鎮(zhèn)西郊,距市區(qū)三公里,便江南岸,東徑113005’,北緯26008’,地面平均海拔131m,地勢(shì)東低西高。交通便利,寬12m的水泥公路直達(dá)廠區(qū)。水電豐腴,便江江上、中游建有二座水電站,還有國(guó)家電網(wǎng)變電所輸出3.5萬(wàn)伏供給,電源充分。廠內(nèi)用引水達(dá)200m3/h,水質(zhì)良好。常年為東南風(fēng)和西北風(fēng),年均氣溫17℃,相對(duì)濕度77%,地震烈度7級(jí)。七．簡(jiǎn)要說(shuō)明主輔車間的組成,工作制度以及水、電的供應(yīng)裝備。1.主車間主車間由除塵、脫硫、分子篩吸附、壓縮、液化、提純、貯存等工序組成,儀表接入工業(yè)用二氧化碳儀表集控室。2.輔車間輔車間由機(jī)修車間、動(dòng)力車間、儀表車間等組成。3.工作制度車間員工9人,其中管理人員3人,普通職工實(shí)行三班倒制度。4.水、電的供應(yīng)水、電由永氮公司統(tǒng)一供應(yīng)調(diào)配。八．三廢情況及環(huán)境保護(hù)的大致方案本工藝流程其本身因考慮環(huán)境因素,分離、提純放空氣氣中的二氧化碳。因此工藝流程中產(chǎn)生的污染很少。排放物主要是洗滌塔廢水及舊催化劑等,處理方案是:將洗滌塔廢水經(jīng)沉降后排放,廢舊催化劑統(tǒng)一處理等。九．安全注意事項(xiàng)二氧化碳是無(wú)毒的,大氣中低濃度的二氧化碳不會(huì)對(duì)人體造成直接危害,可是,高濃度的二氧化碳卻是有害的,因此生產(chǎn)二氧化碳場(chǎng)所必須保持通風(fēng)良好。進(jìn)入密閉設(shè)備、容器和地溝等處,必先進(jìn)行安全分析,確定是否合格,分析合格前不可擅自進(jìn)入。進(jìn)入高濃度二氧化碳場(chǎng)所進(jìn)行檢查修理工作前,應(yīng)先抽風(fēng)排氣。分析不合格時(shí),應(yīng)戴上氧氣呼吸器或長(zhǎng)管面具,并要人監(jiān)護(hù)。如果發(fā)現(xiàn)有人中毒,應(yīng)該迅速將中毒者脫離毒區(qū),吸氧。必要時(shí)用高壓氧治療。搶救人員應(yīng)佩戴氧氣呼吸或隔離式防毒面具。充裝液體二氧化碳時(shí),防止低溫液體噴向人體,萬(wàn)一發(fā)生凍傷,立即用40℃的溫水浸泡。充裝工作需有專人負(fù)責(zé)。充裝人員應(yīng)定期培訓(xùn),考核合格才能上崗操作。嚴(yán)格執(zhí)行充裝重量復(fù)驗(yàn)制度,嚴(yán)禁過(guò)量充裝。氣瓶應(yīng)定期檢查,防止泄露,防止腐蝕。吸附劑裝填時(shí),進(jìn)塔人員應(yīng)穿戴好勞保用品,外部必須有人進(jìn)行監(jiān)護(hù),以防不測(cè),當(dāng)塔內(nèi)時(shí)可燃性氣體和惰性氣體時(shí),嚴(yán)禁入塔,用新鮮空氣置換合格后,才能進(jìn)塔。在搬運(yùn)、裝填吸附劑的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生很多粉塵,這些粉塵吸附劑本身均會(huì)刺激人的眼睛、鼻子、喉嚨和皮膚,如果眼睛內(nèi)含有粉塵時(shí),可用足夠的水沖洗,不能將吸附劑放入口中,決不能將水倒入吸附劑中,否則會(huì)引起灼燒。系統(tǒng)停車時(shí),壓縮機(jī)氣缸夾套內(nèi)水需放干凈,所有冷卻器夾套內(nèi)的水要放干凈。各崗位都要配備合適的消防器材。第二章工藝流程設(shè)計(jì)及設(shè)備論證一、設(shè)計(jì)論證逐步完善工藝流程生產(chǎn)原理本設(shè)計(jì)以合成氨脫碳工藝放空氣為原料氣,生產(chǎn)工業(yè)用二氧化碳,整個(gè)工藝流程共分八個(gè)工序,各個(gè)工序生產(chǎn)原理如下:1)原料氣(二氧化碳)經(jīng)過(guò)水冷器冷卻后進(jìn)入緩沖罐,經(jīng)蘿茨鼓風(fēng)機(jī)提壓至0.05Mpa左右進(jìn)入復(fù)合洗滌塔,去除氣體中夾帶的MDEA(脫碳)溶劑,降溫并脫除氣味;2)從復(fù)合洗滌塔出來(lái)的氣體進(jìn)入氨冷器降溫至25℃左右分離出氣體中的大部分水份,之后進(jìn)入汽水分離器分進(jìn)行汽水分離,3)從汽水分離器出來(lái)的氣體進(jìn)入CO2壓縮機(jī)一級(jí)壓縮至0.4Mpa左右,經(jīng)一級(jí)冷卻器、油分離器后進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)壓縮至1.3Mpa左右,經(jīng)二級(jí)冷卻器、油分離器后進(jìn)入第一脫硫塔和第二脫硫塔,脫除大部H2S;4)從第二脫硫塔出來(lái)的氣體進(jìn)入第三脫硫塔。在活性碳的作用下吸附有機(jī)硫和微量的H2S;5)從第三脫硫塔出來(lái)的氣體進(jìn)入第四脫硫塔,在精脫硫劑的吸附下脫除微量的H2S和有機(jī)硫,使其達(dá)到工藝要求(總硫在20ppm以下);6)從第四脫硫塔出來(lái)的氣體進(jìn)入CO2壓縮機(jī)三級(jí)壓縮至3.3Mpa左右;7)經(jīng)三級(jí)壓縮的氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器、油分離器冷卻、分離,進(jìn)入1號(hào)凈化器或二號(hào)凈化器,在3A分子篩干燥劑的作用下,脫除氣體中的濕度水份,使氣體中含水量小于20ppm。8)凈化器出來(lái)的氣體進(jìn)入氨蒸發(fā)冷凝器被液化,然后進(jìn)入提純塔,經(jīng)提純閃蒸后的氣體直接進(jìn)入CO2低溫貯槽或去充裝槽罐車。2.工藝條件分析、選擇。①洗滌塔和吸收塔液氣比和吸收溫度的選擇填料塔是一種常見(jiàn)的濕法除塵設(shè)備,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于抗腐蝕性材料制造,壓強(qiáng)小等特點(diǎn),其原理是依靠液膜界面的完成粒抽集過(guò)程,同時(shí)吸收有害氣體成分。洗滌塔與吸收塔均采用填料塔,其除塵效率與吸收效率和液氣比與吸收溫度有關(guān)。液氣比大,則水量大,吸收溫度低即吸收效率高,除塵效率高,但產(chǎn)品成本增加;相反,液氣比小,水量小,吸收溫度高,吸收效率低,除塵效率低,因此本設(shè)計(jì)考慮可循環(huán)利用水量,故取液氣比1:219,吸收溫度為30℃與1:112吸收溫度為25.9℃。②脫硫塔的空速和溫度選擇一二級(jí)粗脫硫器的空速的選擇同樣也直接影響CO2的生產(chǎn)?？账傩t脫硫器的生產(chǎn)能力低下,空速太大,則硫容減少,有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率低,不能滿足工藝要求,根據(jù)催化劑廠家提供的參數(shù),選擇空速為2500h-1,溫度的選擇對(duì)有機(jī)硫的脫除也有較大影響,該催化劑的正常操作溫度為常溫到100℃(一般高于氣體漏點(diǎn)溫度為20-30℃),因此溫度為40-60℃。③四級(jí)脫硫器的空速和溫度選擇三四級(jí)脫硫所選用的催化劑為活性炭,選擇空速取為1500h-1,溫度低于70℃,以10-40℃為最好。④料氣干燥器工藝條件中分析選擇原料氣干燥是利用分子篩吸附的原理,將原料氣中的水分脫除。分子篩吸附一般可分為三個(gè)步驟:吸附、加熱再生和冷吹?？山?jīng)過(guò)雙塔切換操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。吸附劑有多種,如:活性氧化鋁,硅膠,沸石等,本設(shè)計(jì)采用硅膠吸附劑。吸收周期的確定,吸收周期的確定需根據(jù)吸附質(zhì)吸附性能,加熱冷卻所需時(shí)間,能耗,投資等各種因素綜合考慮,吸收周期長(zhǎng),吸附劑用量大,利用率低,投資高;吸收周期短,吸附劑用量小,但再生頻繁,生產(chǎn)能耗高,吸附劑使用壽命短。鑒于此本設(shè)計(jì)的吸附周期選定為80小時(shí),其中高燥時(shí)間8小時(shí),逆放時(shí)間5分鐘,加熱時(shí)間3小時(shí)55分,冷卻時(shí)間為3小時(shí)55分,升壓時(shí)間為5分鐘。再生溫度的選擇。再生溫度是變溫吸附中非常關(guān)鍵的參數(shù)。提吸附劑的再生溫度有利于解吸的完全程度,也就是提高了吸附劑的利用率,但再實(shí)際操作過(guò)程中,再生溫度不能任意提高,受吸附劑性能下降以至于失去吸附作用,因此選擇的再生溫度必須低于吸附劑耐熱溫度,硅膠吸附劑的耐熱溫度為250℃,本設(shè)計(jì)再生溫度為145℃-150℃?？账俚倪x擇,空速的選擇也影響著吸附效果?？账傩?則處理時(shí)間能力低下,空速太大,則吸附劑的吸附率低,不能滿足工藝要求,根據(jù)硅膠的物性參數(shù),選擇空速為1000h-1。⑤分子篩吸附工藝條件分析選擇分子篩吸附是根據(jù)吸附量與吸附壓力成正比,在較高壓力下進(jìn)行吸附。由關(guān)系圖能夠看處出,壓力越高,吸附量越大。但吸附量隨壓力升高而增大的趨勢(shì)逐漸減小。因此吸附需在較高壓力下進(jìn)行,但也沒(méi)必要很大的吸附壓力,本設(shè)計(jì)選擇3.0MPa左右。空速的選擇,空速小則設(shè)備生產(chǎn)能力低;空速大,廢氣中CO2含量高,CO2的提取率下降,故選擇空速1000h-1。再生方法的選擇。吸附劑的再生程度影響吸附劑的吸附能力,本文選用升溫還原的方法,當(dāng)吸附塔降到大氣壓后,用電爐加熱提純塔放空氣反向吹掃,以獲得更好的再生效果。二、工藝流程敘述1)原料氣(二氧化碳)經(jīng)過(guò)水冷器冷卻后進(jìn)入緩沖罐,經(jīng)蘿茨鼓風(fēng)機(jī)提壓至0.05Mpa左右進(jìn)入復(fù)合洗滌塔,去除氣體中夾帶的MDEA(脫碳)溶劑,降溫并脫除氣味;2)從復(fù)合洗滌塔出來(lái)的氣體進(jìn)入氨冷器降溫至25℃左右分離出氣體中的大部分水份,之后進(jìn)入汽水分離器分進(jìn)行汽水分離,3)從汽水分離器出來(lái)的氣體進(jìn)入CO2壓縮機(jī)一級(jí)壓縮至0.4Mpa左右,經(jīng)一級(jí)冷卻器、油分離器后進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)壓縮至1.3Mpa左右,經(jīng)二級(jí)冷卻器、油分離器后進(jìn)入第一脫硫塔和第二脫硫塔,脫除大部H2S;4)從第二脫硫塔出來(lái)的氣體進(jìn)入第三脫硫塔。在活性碳的作用下吸附有機(jī)硫和微量的H2S;5)從第三脫硫塔出來(lái)的氣體進(jìn)入第四脫硫塔,在精脫硫劑的吸附下脫除微量的H2S和有機(jī)硫,使其達(dá)到工藝要求(總硫在20ppm以下);6)從第四脫硫塔出來(lái)的氣體進(jìn)入CO2壓縮機(jī)三級(jí)壓縮至3.3Mpa左右;7)經(jīng)三級(jí)壓縮的氣體經(jīng)過(guò)三級(jí)冷卻器、油分離器冷卻、分離,進(jìn)入1號(hào)凈化器或二號(hào)凈化器,在3A分子篩干燥劑的作用下,脫除氣體中的濕度水份,使氣體中含水量小于20ppm。8)凈化器出來(lái)的氣體進(jìn)入氨蒸發(fā)冷凝器被液化,然后進(jìn)入提純塔,經(jīng)提純閃蒸后的氣體直接進(jìn)入CO2低溫貯槽或去充裝槽罐車。三、設(shè)備論證<一>.除塵設(shè)備1.濕法除塵與干法除塵相比較,其優(yōu)點(diǎn)有:除塵效率高濕法除塵的效率可與某些高效率的干法除塵的效率相媲美.如電除塵,過(guò)濾除塵等方法。其經(jīng)過(guò)合理的設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠達(dá)到99%以上的去除率,即使是效果不是很理想的濕法除塵設(shè)備,其除塵效率也都在85%以上。另外,其去除粉塵粒徑的范圍很廣,可有效去除粒徑在0.1mm左右的塵粒。(2)設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單,投資少濕法除塵的設(shè)備相對(duì)來(lái)說(shuō)窯簡(jiǎn)單的多。將一些不規(guī)則的或規(guī)則的填料(如拉西環(huán))裝入一個(gè)容器即可構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的填料塔,就可用來(lái)除掉含塵氣流中的大部分顆粒。另外,濕法除塵設(shè)備本身一般無(wú)可動(dòng)部件,只要制造材料質(zhì)量好,就不易發(fā)生故障,使得維修管理方便。(3)適用于高溫、高濕煙氣及非纖維性粉塵的處理,可用于凈化易燃,易爆及有害氣體。這是由于洗滌液一般是水,而且是在常溫下輸入分散,在其與氣體接觸時(shí),由于熱交換的過(guò)程,使得含塵氣體得到冷卻,濕度增加。同時(shí),含塵氣體中的某些有害有毒氣體如硫化氫,二氧化碳及易燃易爆氣體如醇類、醚類等與水接觸時(shí),大量溶于水而被一起除去。2.濕法除塵的缺點(diǎn):(1)消耗大量的水,使得運(yùn)轉(zhuǎn)投資增加.雖然濕法除塵的基建投資少,如上面提到的三種除塵設(shè)備,可是它們最終的平運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和每立方米的總投資費(fèi)用相當(dāng).這主要是因?yàn)闈穹ㄖ杏盟畮?lái)的一系列問(wèn)題所致。(2)粉塵回收困難,造成有用粉塵資源的浪費(fèi)。(3)不利于粘性的粉塵去除.粘性的粉塵遇水易形成稠狀而發(fā)生掛灰及堵塞設(shè)備現(xiàn)象。(4)在嚴(yán)寒地區(qū),冬季需考慮防凍問(wèn)題。(5)設(shè)備腐蝕問(wèn)題。這類情況在濕法除塵中較為常見(jiàn),因此采用濕法除塵時(shí),應(yīng)該考慮到設(shè)備腐蝕問(wèn)題,如果考慮不周,則往往會(huì)引起設(shè)備嚴(yán)重腐蝕而迫使除塵系統(tǒng)難于正常運(yùn)行。(6)過(guò)程會(huì)造成水的二次污染,這也是當(dāng)前濕法除塵存在的一個(gè)主要問(wèn)題,如果對(duì)這些廢水不做妥善處理就進(jìn)行排放,就會(huì)造成污染物轉(zhuǎn)移,即把煙氣對(duì)大氣的污染轉(zhuǎn)化為對(duì)江河水系的污染。3.本設(shè)計(jì)選擇濕法除塵的原因有:廠址選擇在水電豐腴,氣候濕暖的南方,故防凍問(wèn)題及水投資費(fèi)用影響較小;粉塵為非粘性的塵粒,且為有害雜質(zhì),故不須回收及考慮堵塞設(shè)備現(xiàn)象;原料中氣體含有二氧化硫、硫化氫等雜質(zhì),采用濕法除塵可吸收這些有害雜質(zhì),這些有害雜質(zhì)酸性氣體含量較少,故設(shè)備腐蝕問(wèn)題可適當(dāng)考慮;對(duì)除塵過(guò)程中的廢水,可經(jīng)沉淀后排放。<二>.吸收裝置1.板式塔和填料塔比較,列表如下項(xiàng)目板式塔填料塔處理能力與操作彈性操作彈性大規(guī)整填料處理能力比板式塔大在真空和常壓下為30%～50%,新型散裝填料處理能力也比板式塔高些。各塊理論板壓降約1KPa散裝填料約為0.3Kpa規(guī)整填料約為0.15Kpa壓降小是填料塔德的主要優(yōu)點(diǎn)對(duì)腐蝕性物料的適用性必須用耐蝕材料制作,往往比較重或價(jià)格太高。易用陶瓷一類耐蝕材料制作較合小直徑0.6mm以下較難制作很合適分離效率(HETP)分離效率比較穩(wěn)定,大塔效率會(huì)更高些。規(guī)整填料的HETP值比板式塔小,絲網(wǎng)的效率更高,新散裝填料與板式塔相同。塔的檢查容易較困難,規(guī)整填料幾乎不可能。易起泡沫物系較難,塔徑、塔高均需較大值。比較合適2.該工藝過(guò)程中,吸收塔和洗滌塔采用填料塔的原因有:原料氣中含有硫化氫,二氧化硫等酸性氣體,對(duì)設(shè)備具有腐蝕性,而填料塔便于用耐腐蝕性材料制造;填料塔節(jié)約簡(jiǎn)便,占地面積小,金屬耗量少;該工藝過(guò)程中對(duì)除塵要求不是很高,采用填料塔可滿足要求。3.填料塔中采用耐腐蝕的瓷拉西環(huán)作填料,其特性指標(biāo)如下:填料尺寸Am2/m3εr.1/m3亂堆瓷拉西環(huán)50×50×4.5930.8160004.脫硫催化劑干法脫硫中傳統(tǒng)的催化劑有:氧化鋅,氧化鐵,活性碳等.比較其性能,列于下表中:催化劑種類性能活性碳氧化鐵氧化鋅能夠脫除的硫化物H2S、RSH、CS2、COSH2S、RSH、COSH2S、RSH、CS2、COS凈化度,出口總硫＜1＜1＜1脫硫溫度(℃)常溫340～400350～400操作壓力(atm)(表)0～300～300～50空時(shí)400400硫容量215～25再生情況可用蒸汽再生可用蒸汽再生不再生新性的催化劑有:T504型常溫有機(jī)硫水解催化劑,T101,T102,T103型活性碳精脫硫劑,EAC-4型硫化氫,二氧化硫精脫硫劑。T104型催化劑有以下特點(diǎn):常溫下活性好30℃,空速600h-1,COS轉(zhuǎn)化率＞90%;抗硫化氫及二氧化硫中毒能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng);機(jī)械強(qiáng)度好,遇水不粉化,床層阻力小.EAC系列精脫硫劑有以下特點(diǎn):脫硫精度高普通脫硫精度為出口硫化氫<1.0ppm,用于粗脫,而EAC精脫硫劑脫硫精度為出口硫化氫<0.03ppm.反應(yīng)速度快研究表明,EAC的穿透空速是普通脫硫劑的2-4倍,工業(yè)使用時(shí),普通脫硫劑使用空速是200-500h-1左右.精脫硫劑的工作(穿透)硫容高研究表明,EAC型精脫硫劑工作硫容為其它常溫脫硫劑的3-5倍,EAC-4型解決了在常溫下精脫二氧化硫的難題,其硫容可達(dá)10%.對(duì)有機(jī)硫有一定的脫除作用本設(shè)計(jì)中,預(yù)處理器和三級(jí)脫硫塔采用EAC-4型精脫硫劑,其性能指標(biāo)列于下表:精脫硫劑外觀粒度堆密度(g/ml)比表面積(m3/g)孔容(ml/g)空隙率EAC-4型黑色條形4(3-4)×(5-15)06±0.1＞8000.60.41二級(jí)脫硫塔采用T504型常溫有機(jī)硫催化劑,其性能列于下表中:主要成份外觀粒度(mm)堆密度(g/ml)比表面積(m3/g)空隙率Al2O3加特種添加劑白色球狀顆粒42～443～544～60.7～1.0150～3500.355.吸附分離設(shè)備工業(yè)上分離提純CO2的方法有低溫蒸餾法,膜分離法,溶劑吸收法.低溫蒸餾法本法由于設(shè)備龐大,能耗較高,分離效果差,因而成本較高不適應(yīng)于中小規(guī)模生產(chǎn),一般適用于油田開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng),生產(chǎn)無(wú)硫CO2產(chǎn)品直接注入油井以提高采油率。②分離和溶劑吸收法膜分離法具有裝置簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)單,能耗較低等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今世界上發(fā)展較迅速的一項(xiàng)節(jié)能型氣體分離技術(shù).可是膜分離法的缺點(diǎn)是很難得到高純度的CO2,為了得到高純度的CO2,它必須與溶劑吸收法結(jié)合起來(lái),前者用于粗分離,后者做精分離,工藝極其復(fù)雜③分子篩吸附法分子篩吸附法具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,能耗低,適應(yīng)能力強(qiáng),自動(dòng)化程度高,技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)。CO2在物理吸附劑上表現(xiàn)出與其它氣體具有更強(qiáng)的吸附能力,變壓吸附法就是利用這種吸附能力的差異達(dá)到從混合氣體中分離提純不同純度的CO2的目的。6.CO2提純裝置本文設(shè)計(jì)提純的目的是從CO2中除去易揮發(fā)組分NOx、CO等雜質(zhì)。NOx、CO與CO2的相對(duì)揮發(fā)度較高,本文利用精餾法來(lái)提純CO2。提純裝置中采用精密填料,為了克服散堆填料層中由于空隙率不均勻而造成的液相壁流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象,規(guī)定了氣液流徑,改進(jìn)了填料層內(nèi)氣液分布狀況在很低的壓降下,能夠提供更多的比表面積,使得處理能力和傳質(zhì)性能得到較大程度的提高。本設(shè)計(jì)采用壓延制刺孔板濃縮填料。本填料由于金屬表面輾壓有十分密集的微小刺孔,增強(qiáng)了填料表面的毛細(xì)作用,液體充分濕潤(rùn)構(gòu)成成膜,刺又強(qiáng)化液膜的湍動(dòng),利于液膜表面更新,這種填料有很好的分離效率。第三章物料衡算一、衡算依據(jù)1.年產(chǎn)量工業(yè)用CO210000噸;年工作日300天;CO2的提取率為86%;產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):組成H2SSO2有機(jī)硫H2ONOX含量≤2mg/Nm3≤2mg/Nm3≤0.5mg/Nm3≤30ppm≤5ppm組成O2N2COCO2含量≤20ppm≤20ppm≤10ppm≥99.99%5.原料氣組成:組成COCO2N2O2SO2含量1.8～2％86％10％2～3％50mg/Nm3組成NOXH2SCS2COS粉塵含量20mg/Nm3500mg/Nm30.97mg/Nm3200mg/Nm350mg/Nm36.原料氣水洗工序放空氣出口溫度:常溫放空氣出口壓力:30-40mm水柱放空氣出洗滌塔溫度:≤30℃放空氣出洗滌塔含塵量:≤5mg/Nm3放空氣出吸收塔H2S含量:≤500ppm7.原料氣壓縮、預(yù)處理工序預(yù)處理器出口無(wú)機(jī)硫含量:≤500ppm一級(jí)脫硫器進(jìn)口氣體溫度:≤35℃三級(jí)脫硫出口轉(zhuǎn)化率取90%～99%四級(jí)脫硫器出口:總硫≤0.2ppm8.提純塔進(jìn)口CO2含量為86%(v/v),塔頂CO2含量為95%(v/v),塔釜CO2含量為99.0%(v/v);9.置換氣放空CO2含量為45%(v/v),N2含量為52%(v/v),其余為3%(v/v);10.廢氣、順?lè)艢釩O2含量為20%(v/v);11.緩沖罐、洗滌塔、吸收塔、原料氣壓縮機(jī)段后冷卻器的出口水蒸汽濃度取相應(yīng)溫度下的水蒸汽飽和分壓。二、總系統(tǒng)的物料衡算1.原料氣用量的計(jì)算(即窯氣流量)產(chǎn)品組分提取率(%)=產(chǎn)品流量×產(chǎn)品中產(chǎn)品組分含量/(原料流量×原料中產(chǎn)品含量)×100%60%=14000×1000÷320÷24÷1.976×99.99%/(X×40%)×100%(式中101.33kPa,273K下CO2的密度為1.976Kg/m3)解的X=3843.485nm3/hr=1.068nm3/s2.進(jìn)入100#工序的各組分的mol流量以CO2為例,摩爾流量計(jì)算方法如下:ns.CO2=1.068×103×40%/22.4=19.071mol/s單位:mol/sCO2CON2O2SO2NOxCS2H2SCOS∑19.0710.95426.2231.4318.34×10-45.62×10-41.36×10-53.14×10-33.56×10-347.687三．洗滌工序洗滌塔取該設(shè)備的用水量5.13L/s(液氣比1:219,吸收溫度為30℃)取該設(shè)備的用水量5.13L/s(液氣比1:219,吸收溫度為30℃)該過(guò)程對(duì)粉塵的吸收率為60%,吸收的量為(1.068×50-37.38)×60%=9.612mg/s,余量為1.068×50-37.38-9.612=6.408mg/s對(duì)CO2的吸收:洗滌塔的出口溫度為30℃(計(jì)算見(jiàn)熱量衡算)查得CO2在該溫度下的溶解度為0.4204ml/ml(水)吸收CO2的量為:5.13×0.4204/22.4=0.096mol/s進(jìn)洗滌塔后CO2的余量為19.071-0.096=18.975mol/s對(duì)出塔后水蒸汽的夾帶量(每秒的量)查得該溫度下水蒸汽的飽和分壓為4.2474kPa4.2474/101.325=nH2O/(47.591+nH2O)nH2O=2.09mol式中:47.687為干基流量速度.為進(jìn)口氣體流量-吸收掉CO2量即47.687-0.096=47.591mol/s對(duì)SO2吸收以平均每秒的量為計(jì)算)根據(jù)亨利公式P=EX查得該溫度下SO2的亨利系數(shù)為4.85×106Pa 則有101325×nSO2余/(47.591+2.09)=4.85×106XSO2 (1)再根據(jù)摩爾量守恒nSO2(余)+5.13×1000/18×XSO2=8.34×10-4 (2)聯(lián)合(1)、(2)解得氣相中nSO2(余)為7.45×10-4mol其余的組份可參見(jiàn)進(jìn)口的流速。四.脫硫脫水工序1.一二粗級(jí)脫硫①T504型常溫有機(jī)硫水解催化劑反應(yīng)原理:COS+H2S===H2S+CO2△H=-355KJ/molCOS的轉(zhuǎn)化率為90%)CS2+2H2O===2H2S+CO2空速為200-300h-1②計(jì)算吸收后余量二級(jí)脫硫塔工有三層,每層的COS轉(zhuǎn)化率為91%COS的剩余量3.56×10-3×(1-90%)3=3.56×10-6CS2的轉(zhuǎn)化率為60%,則剩余為1.36×10-5×(1-60%)3=8.70×10-7mol∑有機(jī)S(余)=(3.56×10-6+8.70×10-7)mol有機(jī)S(余)含量:(3.56×10-6+8.70×10-7)/52.63=0.084×10-8＜0.1PPM③過(guò)程中所產(chǎn)生的組分增量:(平均每秒的量)nH2S(增)=nCOS(耗)+2nCS2(耗)=3.56×10-3+1.56×10-4=3.72×10-34.三四級(jí)脫硫①反應(yīng)原理H2S+1/2O2===S+H2O△H=-343.0KJ/mol采用EAC-4型H2S,SO2精脫硫劑,其技術(shù)指標(biāo):脫硫精度出口:H2S≤0.03PPMSO2≤0.05PPM空速:H2S,SO2≤10mgs/Nm3時(shí)空速取1000h-1H2S,SO2≥10mgs/Nm3時(shí)空速取500-800h-1②計(jì)算H2S吸收的量取H2S出口:0.025PPM,即1.228×10-6則吸收的H2S的量為3.72×10-3+0.03×52.63×10-6-1.228×10-6=3.72×10-3mol注:原料壓縮機(jī)出口含H2S0.03×52.63×10-6mol二級(jí)脫硫出口增加H2S3.72×10-3mol三級(jí)脫硫出口含H2S1.228×10-6molnH2O增加量=nH2S耗=3.72×10-3mol5.原料干燥器①采用硅膠干燥劑出口H2O≤20PPM②取出口H2O(g)為15PPM,即7.368×10-4mol則吸收的水量為nH2O(吸)=0.3443-3.72×10-3+3.72×10-3-7.368×10-4=0.3436mol6.2)工序后各組分流量單位mol/sCO2CON2O2SO218.7710.95426.2231.4311.97×10-6H2SCS2COSH2O∑1.228×10-68.70×10-73.56×10-67.368×10-447.380五.從原料壓縮機(jī)入口至提純塔的物料衡算1.計(jì)算進(jìn)入循環(huán)到原料壓縮機(jī)入口的置換氣設(shè)X為廢氣和弛放氣的總的流量(平均每秒)。其組成為:CO212%,N282%,其余約6%。設(shè)Y為置換氣每秒的放空量(從吸附塔到原料壓縮機(jī))。其組成為:CO278%,N219%,其余約3%。根據(jù)CO2守恒列出方程:X×12%+Y×78%+11.443=18.771(1)根據(jù)整體總的摩爾量守恒:X+Y+11.443=47.380(2)解得X=31.368,Y=4.569即置換氣有4.569mol放空,另有4.569mol進(jìn)入原料壓縮機(jī)入口。2.計(jì)算提純的進(jìn)口和塔頂流量根據(jù)CO2守恒得:F×95%=W×99.99%+D×90%根據(jù)總系統(tǒng)的守恒得:F=W+D解得:D=11.420,F=22.863,w=11.443塔釜出口標(biāo)準(zhǔn)即產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。第四章熱量衡算一.洗滌塔1.計(jì)算依據(jù)氣體出口溫度不超過(guò)40℃,該塔40℃。氣體溫度進(jìn)入塔時(shí)溫度為80℃。2.計(jì)算(平均每秒的熱量)①設(shè)水的進(jìn)口溫度為25℃,水的出口溫度為30℃。②則氣體放出的熱量:a.降低所放出的熱Q1=△t1niCpmi(353K)-△t2niCpm(313K)=(80-25)×(19.071×38.31+0.954×29.26+26.223×29.17+1.431×29.57)/103-(40-25)×(19.071×37.48+0.954×29.20+26.223×29.14+1.431×29.44)/103=86.12kJb.夾帶的水蒸氣部分冷凝所放出的汽化潛熱Q2=△t1niCpmi(80℃)-△t2niCpm(40℃)+Q潛部分30℃時(shí)的水蒸汽夾帶量為2.09mol式中Q潛部分=2.44mol×18g/mol×2435.0kj/mol×10-3-2.09mol×18g/mol×2423.7kj/g×10-3=15.77kj△t1niCpmi(80℃)-△t2niCpm(40℃)=(80-25)niCpmi(80℃)-(40-25)niCpm(40℃)因此:Q總放=86.12+15.77=101.89KJ③根據(jù)Q吸=Q放5.13kg×0.95×4.174KJ/(kg.℃)×(t-25)℃=101.89KJt=30℃=30℃即假設(shè)成立。3.熱負(fù)荷上限該塔上限是因前面窯氣達(dá)到上限溫度370℃時(shí),文丘里的出口溫度為51℃,此時(shí)夾帶的蒸汽量較大,冷卻時(shí)水溫將升高到t′,此時(shí)t′必須小于洗滌塔氣體出口溫度,即t′＜40℃.Q放上限=Q溫降+Q′潛熱Q溫降=86.12kJ當(dāng)t’=35℃時(shí)計(jì)算得:Q’潛=7.03×18×2375.76/100-4.41×18×2405.62/100=109.67KJ此時(shí)Q吸=5.13×(1-0.05)×4.174×(35-25)=203.42KJQ放總=86.12+109.67=195.79<Q吸即5.13L/S工業(yè)水的用量滿足熱負(fù)荷上限.二.原料氣壓縮熱量恒算依據(jù)壓縮機(jī)入口的溫度為25℃,即298K。計(jì)算得各組分的平均CPm=33.198J/mol·K,Cv=24.884J/mol·K。2.根據(jù)t2=t1(p2/p1)k-1/kK=Cp/Cv=1.334,則(K-1)/K=0.25一段壓縮進(jìn)口溫度為298K,壓力為101.325Kpa(絕),出口壓力為278Kpa,水的出口溫度為33℃,查的水的平均比熱容為4.182KJ/(Kg·℃)t1=298×(278/101.325)0.26=387.4K冷料損失為5%MH2O×4.182×(33-25)×0.95=33.198×49.123×(387.4-303)MH2O=4.33Kg/SV=m/p=4.331/0.998=4.34L/S二段壓縮進(jìn)口溫度為303K,壓力為278Kpa(絕),出口壓力為787.815Kpa(絕),水的出口溫度為33℃壓縮機(jī)的出口溫度:t2=303×(787.815/278)0.26=397.25K冷料損失為5%MH2O×4.182×(33-25)×0.95=33.198×49.123×(397-303)MH2O=4.82Kg/SV2=m/p=4.83L/S三.一二級(jí)粗脫硫進(jìn)入二級(jí)脫硫時(shí)的溫度為80℃COS+H2O→H2S+CO2△H=-35.5KJ/mol在二級(jí)時(shí)放出的熱Q=-n△H=3.56×10-3×35.5=0.1264KJ=126.4JnCPm△t=49.123×33.198×△t=126.4,解得△t=0.08℃即二級(jí)脫硫出口溫度為80.08℃二級(jí)脫硫后冷卻器使氣體冷卻到35℃,水的出口溫度為33℃,冷料損失5%MH2O×4.179×(33-25)×0.95=33.198×49.123×(80.117-35)MH2O=2.31Kg/SV=m/p=2.32L/S四.產(chǎn)品氣壓縮1.熱量衡算依據(jù)進(jìn)入壓縮機(jī)得的三段出口壓力分別為0.388Mpa,1.39Mpa,4.1Mpa壓縮機(jī)進(jìn)口壓強(qiáng)仍為0.1Mpa。2.結(jié)合物料衡算中的數(shù)據(jù)計(jì)算出氣體的平均Cpm=38.0J/mol·K,Cvm=29.69J/mol·Kt2=t1(p2/p1)(k-1)/k式中k=Cp/CV=1.28(k-1)/k=(1.28-1)/1.28=0.2187①一級(jí)壓縮進(jìn)口溫度為298K,壓強(qiáng)為0.1Mpa(絕)出口的壓強(qiáng)為0.388Mpa(絕)t1=298×(0.388/0.1)0.21875=400k一級(jí)壓縮后冷卻器使氣體冷卻到313K進(jìn)入產(chǎn)品氣壓縮機(jī)的物質(zhì)的量為22.863,水出口溫度為33℃22.863×38.0×(400-313)=mH2O*(33-25)×0.95×4.179mH2O=2.38kg/sVH2O=2.38/0.998=2.385L/S②壓縮機(jī)進(jìn)口溫度為313K,壓強(qiáng)0.388MPa(絕)出口壓強(qiáng)為1.39MPa(絕)t2=303×(1.39/0.388)0.21875=400K二級(jí)壓縮后冷卻器使氣體冷卻到308K,水的出口溫度為33℃,22.863×38.0×(400-308)=mHWO×(33-25)×0.95×4.179mHWO=2.517kg/sVH2O=2.517/0.998=2.522L/S三級(jí)壓縮進(jìn)口溫度為303K,壓強(qiáng)為1.39MPa,出口壓強(qiáng)為4.1MPat3=303×(4.1/1.39)0.21875=383.9K,三級(jí)壓縮后冷卻器使氣體冷卻到313K,水的出口溫度為33℃,22.863×38.0×(383.9-313)=mHWO×(33-25)×0.95×4.179mHWO=1.890kg/sVH2O=1.890/0.998=1.894L/S七.提純塔:提純塔的塔頂壓力為3.8MPa(絕)tD=-3℃塔釜壓力為4.0MPa(絕)tW=-1℃在這樣的壓強(qiáng)下,CO2是以液態(tài)的形式存在,其余都為氣相或溶于液態(tài)CO2中Cpm(CO2)(-10℃→-3℃)(L)=2.394KJCpm(CO2)(-10℃→-1℃)(L)=2.475KJCpm(CO2)(-10℃→-3℃)(g)=29.13J/mol再沸器提供的熱量即為塔內(nèi)熱量的增值?！芉(=(MCP△t+NCP*△t)頂+(MCPm△t)釜=[11.443×44×10-3×2.394×(-3+10)+11.443×29.13×10-3×(-3+10)]+11.443×44×10-3×2.475×(-1+10)=19.886KJ再沸器的熱源是由出干燥氣體利用自身的溫降為塔釜提供的。該氣體含CO295%,總量為22.863MolCpm=36.85J/MolNCpm△t=1988622.863×36.85×△t=19886△t=23.6。C即從40。C降到16.4。C八.氨冷器3.9MPa下CO25。C-16.4。CCpm(CO2)=1.56KJ/KgCO2-10。C-5。CCpm(CO2)(L)=2.334KJ/KgN2-20。C-16.4。CCpmN2=1.1335KJ/KgCO2的汽化潛熱574KJ/KgNH3的汽化潛熱574KJ/Kg經(jīng)過(guò)氨冷器時(shí)氣體溫度由16.4。C→-10。C,其中CO2由氣相變液相∑Q=QCO2(16.4→5℃)+QCO2潛+QCO2(5→-10℃)+QN2(16.4→-10℃)=22.863×0.95×44×1.56×(16.4-5)×10-3+574×22.863×0.95×44×10-3+22.863×0.95×44×2.334×[5-(-10)]×10-3+11.420×0.05×28×1.1335×10-3=599.49KJ氨的用量:根據(jù)m×r=Qm=599.49/1373=0.4366Kg/S=1572Kg/Hr第五章工藝設(shè)備選型換熱器選型本設(shè)計(jì)以產(chǎn)品壓縮機(jī)一級(jí)冷卻為例密度Kg/m3比熱容KJ/Kg.K粘度Pa導(dǎo)熱系數(shù)KJ/m.℃氣體4.810.91217.8×10-60.2166水9964.1810.84160.6139①氣體從127℃→40℃Vs=18.771/0.9999×44/4.81=0.172m3/s工業(yè)水33℃←25℃△t2=94℃△t1=15℃Q=Wh·CPh·(T1-T2)=18.771×44×0.912×(127-40)=65532WWc=Q/[CP·(t1-t2)]=65532/[4.181×(33-25)]=1959Kg/s②△tm=(△t2-△t1)/ln(△t2/△t1)=(94-15)/ln(94/15)=43.1℃P=(t2-t1)/(T1-t1)=(33-25)/(127-25)=0.0784R=(T1-T2)/(t2-t1)=(127-40)/(33-25)=10.875查得△φ=0.93,φ△tm=43.1×0.93=40.1℃.③初選換熱器規(guī)格,根據(jù)兩流體的情況,假設(shè)K=95.4W/(m2.℃)故S=Q/(K.△tm)=65532/(95.4×40.1)=17.13m2由于Tm-tm=(127+40)/2-(33+25)/2=54.5℃＞50℃,因此需要考慮熱補(bǔ)償。據(jù)此,由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)(參見(jiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下4-339)中選定固定板式換熱器(JB/T4715-92),有關(guān)參數(shù)如下:殼徑mm公稱壓強(qiáng)MPa公稱面積m2管程數(shù)3254.0017.11管子尺寸mm管子長(zhǎng)度m管子總數(shù)管程流通面積m2φ19×23990.0175實(shí)際傳熱面積S0=n∏dl=99×3.14×0.019×(3-0.1)=17.13m2若采用此傳熱面積的換熱器,則要求總傳熱系數(shù)為95.4W/(m2.℃)④核算壓強(qiáng)降⑴管程壓強(qiáng)降∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNP其中Ft=1.4,NP=2。管程流通面積Ai=0.0175m2ui=Vs/Ai=0.172/0.0175=9.8286Re=duiρ/μ=0.02×9.8286×4.81/(17.80×10-6)=5.31×104(湍流)設(shè)管壁粗糙度ε=0.1mm,ε/di=0.1/20=0.005由λ-Re關(guān)聯(lián)圖查得:λ=0.022因此△P1=λ·L/d·ρ·u2/2=0.022×3/0.02×4.81×9.82862/2=767PaP2=3ρu2/2=3×4.81×9.82862/2=697Pa∑ΔPi=(767+697)×1.4×2=4099.2Pa殼程壓強(qiáng)降∑ΔP0=(ΔP1’+ΔP2’)FsNs其中Fs=1.15,Ns=1△P1’=Ff0nc(NB+1)ρu02/2nc=1.19n1/2=1.19×991/2=12取折流擋板間距h=0.3mNB=L/h-1=3/0.3-1=9殼程流通面積A0=h(D-ncd0)=0.3×(0.325-12×0.025)=0.0075m2u0=2.38/(996×0.0075)=0.3186m/sRe=d0u0p/μ=0.025×0.3186×996/(0.8416×10-3)=9426＞500f0=5.0×Re-0.228=5.0×9426-0.228=0.621因此△P1’=0.4×0.621×12×(9+1)×996×0.31862/2=1507PaΔP2’=NB(3.5-2h/D)ρu02/2=9×(3.5-2×0.30/0.325)×996×0.31862/2=752Pa∑ΔP0=(1507+752)×1.15×1=2598Pa⑤核算總傳熱面積(1)管程對(duì)流傳熱系數(shù)αiRe=5.31×104Pri=CPμ/λ=0.912×103×17.80×10-6/0.2166=0.749αi=0.023×0.2166/0.02×(5.31×104)0.8×0.7490.3=1376.5w/(m2·℃)(2)管程對(duì)流傳熱系數(shù)α0α0=0.36(λ/de)(deu0ρ/μ)0.55(CPμ/λ)1/3(μ/μw)0.14取換熱器列管之中心距t=32mmA=hD(1-d0/t)=0.30×0.325×(1-0.020/0.022)=0.00886m2U0=Vs/A=2.38/(996×0.00886)=0.2697de=4(t2-πd02/4)/(πd02)=4×(0.0222-π×0.0202/4)/(π×0.020)=0.011mRe=deu0ρ/μ=0.011×0.2697×996×103/0.8416=3511Pri=CPμ/λ=4.181×103×0.8416×10-3/0.6139=5.732殼程中水被加熱,取(μ/μw)0.14=1.05α0=0.36×0.6139/0.02×35110.55×5.7321/3×1.05=1851w/(m2·℃)污垢熱阻參見(jiàn)≤化工原理≥上附錄二十,管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為Rsi=0.0001714m2·℃/wRs0=0.0001714m2·℃/w總傳熱系數(shù)K。(管壁熱阻可忽略)K。=1/[1/α0+Rs0+Rsi·d。/di+d。/(αi·di)]=1/(1/1851+0.0001714+0.0001714×1.25+1/167.7×1.25)=119.3w/(m2·℃)由前面得計(jì)算可知,選用該型號(hào)換熱器時(shí)要求過(guò)程得總傳熱系數(shù)為95.4w/(m2·℃),在規(guī)定德望流動(dòng)條件下,計(jì)算出K。為119.3w/(m2·℃)。故前選擇得換熱器是合適的,安全系數(shù)為(119.3-95.4)/95.4×100%=25.1%。其它冷卻器選型1.原料氣壓縮機(jī)后一級(jí)冷卻:下表為原料氣壓縮機(jī)進(jìn)口組成:單位mol/sCO2CON2O2∑19.3230.95429.9951.43151.703查得氣體平均溫度(116+32)/2=74℃下的各氣體Cpm,列表如下:單位KJ/KmolCO2CON2O2∑Cpm38.3929.2829.1829.5832.64熱流體116℃→32℃冷流體27℃←20℃△t8912Q=WhCph(T1-T2)=51.703×32.64×(116-32)=141757W逆流時(shí)平均溫差為:(按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算)△tm’=(△t2-△t1)/ln(△t2/△t1)=(89-12)/ln(89/12)=38.4℃P=(t2-t1)/(T1-t1)=(27-20)/(116-20)=0.073R=(T1-T2)/(t2-t1)=(116-32)/(27-20)=12查得φ△t=0.85△tm=△tm’·φ△t=38.4×0.85=32.6℃假設(shè)K=67.4S=Q/(K△tm)=141757/(67.4×32.6)=64.5m2Tm-tm=(116+32)/2-(27+20)/2=50.5℃＞50℃因此要考慮熱補(bǔ)償,據(jù)此由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)(參見(jiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下4-339)中選定固定板式換熱器,有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下:殼徑mm400管子尺寸mmφ20×2公稱壓強(qiáng)MPa4.00管長(zhǎng)m6公稱面積m261.3管子總數(shù)174管程數(shù)1管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45°管程流通面積m20.0307 a實(shí)際傳熱面積S0=nπdL=174×3.14×0.020×(6-0.1)=64.47m2采用此換熱面積的換熱器,則需要過(guò)程的總傳熱系數(shù)為67.4w/(m2·℃)。2.原料壓縮機(jī)后二級(jí)冷卻器熱流體124℃→30℃冷流體27℃←20℃△t2=97℃△t1=10℃Q=WhCph(T1-T2)=51.703×32.64×(124-30)=158633W按單殼程多管程來(lái)計(jì)算平均溫度差為△tm’=(△t2-△t1)/ln(△t2/△t1)=(97-10)/ln(97/10)=38.3℃P=(t2-t1)/(T1-t1)=(27-20)/(124-20)=0.067R=(T1-T2)/(t2-t1)=(124-30)/(27-20)=13.43查得φ△t=0.88△tm=△tm’·φ△t=38.3×0.88=33.7假設(shè)K=73則S=Q/(K△tm)=158633/(73×33.7)=64.52Tm-tm=(124+30)/2-(27+20)/2=53.5℃＞50℃因此需要考慮熱補(bǔ)償,據(jù)此由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)(參見(jiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下4-339)中選定固定板式換熱器,有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下:殼徑mm400管子尺寸mmφ20×2公稱壓強(qiáng)MPa4.00管長(zhǎng)m6公稱面積m261.3管子總數(shù)174管程數(shù)1管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45° a實(shí)際傳熱面積S0=nπdL=174×3.14×0.020×(6-0.1)=64.5m2采用此換熱面積的換熱器,則需要過(guò)程的總傳熱系數(shù)為73.0(m2·℃)。3.一二級(jí)粗脫硫后冷卻器熱流體80.12℃→30℃冷流體27℃←20℃△t2=53.12℃△t1=10℃Q=WhCph(T1-T2)=51.703×32.64×(80.12-30)=84582W逆流時(shí)平均溫差為:(按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算)△tm’=(△t2-△t1)/ln(△t2/△t1)=(53.12-10)/ln(53.12/10)=25.82℃P=(t2-t1)/(T1-t1)=(30-20)/(80-20)=0.167R=(T1-T2)/(t2-t1)=(50.12-20)/(27-20)=4.3查得φ△t=0.94△tm=△tm’·φ△t=25.82×0.94=24.27℃假設(shè)K=76.9S=Q/(K△tm)=84582/(76.9×24.27)=45.3m2Tm-tm=(80.12+30)/2-(27+20)/2=35℃＜50℃因此不需要考慮熱補(bǔ)償,據(jù)此由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)(參見(jiàn)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下4-339)中選定固定板式換熱器,有關(guān)參數(shù)見(jiàn)下:殼徑mm40管子尺寸mmφ20×2公稱壓強(qiáng)MPa4.00管長(zhǎng)m4.5公稱面積m243.1管子總數(shù)164管程數(shù)2管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45° a實(shí)際傳熱面積S0=nπdL=164×3.14×0.020－(4.5-1)=45.3m2采用此換熱面積的換熱器,則需要過(guò)程的總傳熱系數(shù)為76.9w/(m2·℃)。4.產(chǎn)品氣壓縮機(jī)后二段冷卻器熱流體127℃→40℃冷流體27℃←20℃△t2=100℃△t1=20℃Q=WhCph(T1-T2)=18.771×44×0.912×(127-40)=65532W按單殼程多管程來(lái)計(jì)算平均溫度差為△tm’=(△t2-△t1)/ln(△t2/△t1)=(100-20)/ln(100/20)=49.7℃P=(t2-t1)/(T1-t1)=(27-20)/(127-20)=0.065R=(T1-T2)/(t2-t1)=(127-40)/(27-20)=12.43查得φ△t=0.