5000立方米CO2吸收塔设计

5000立方米CO2吸收塔的设计

第3章 工艺计算

3.1 主要工艺参数的确定

3.1.1 吸收温度

提高吸收温度可以使吸收系数加大，但却使吸收的推动力降低。通常在保持有足够个的推动力的前提下，尽量将吸收温度提高到和再生温度相同或接近的程度，以节省再生的耗热量。在两段吸收、两段再生流程中，半贫液的温度和再生塔中部温度几乎相等，取决于再生操作压力和溶液组成，约为110～115℃；而贫液的温度，则根据吸收压力和要求的净化气CO2浓度来确定，通常为70～80℃。

3.1.2 吸收压力

提高吸收压力可以增加吸收的推动力，从而减少了吸收设备的尺寸，提高了气体的净化度，同时也增加了溶液的吸收能力，减少了溶液的循环量。但对化学吸收而言，溶液的最大吸收能力受化学反应计量数限制，压力提高到一定程度，上述影响已不明显。具体采用多大压力，主要由原料气组成、要求的气体净化度以及前后工序的压力等来决定。如以天然气为原料的合成氨流程中，吸收压力为2.7～3.8MPa 。

二氧化碳吸收塔设计参数

处理量：干基：3730.7 Kmol/h 水 ： 163.5 Kmol/h

控制指标：塔顶CO2 < 800ppm 操作条件： 温度： 104℃

压力：28.1bar即2810KPa

3.2 物料衡算

3.2.1 进塔物料

进塔物料组分（干基）：

7

吉林化工学院毕业设计说明书

表3.1 进塔物料组分

组分 mol%

O2 16.77

.37 C

O 0C

2

H

2

N

r 26.51

.37

AH4 0.49

C

54.49

1

因为H2、N2、Ar、CH4都不溶于水，而且CO量很少，所以可近似看成只有CO2参与反应，其余气体全部排出，不加考虑气液平衡问题。

故各组分摩尔流量计算如下：

CO2：3730.7316.77% = 625.639Kmol/h CO：3730.730.37% = 13.804Kmol/h H2：3730.7354.49% = 2032.859Kmol/h N2：3730.7326.51% = 989.009Kmol/h Ar：3730.730.37% = 13.804Kmol/h CH4：3730.731.49% = 55.588Kmol/h

3.2.2 吸收液量计算

吸收液组分如下：

表3.2 吸收液组分

组分 重量%

K2CO3 30

DEA 3

V 0.8

CO2的量：625.639344－109.384 =27418.37 Kg

设参加反应的K2CO3 xmol， H2O y mol，生成的KHCO3 z mol 则按下列反应方程式计算：

K2CO3 ＋ H2O ＋ CO2 = 2KHCO3 138 18 44 200 x y 27418.37 z 经计算解得：

x = 85993.98Kg/h y = 11216.606Kg/h z = 124628.955Kg

由于K2CO3溶液实际应过量，故取实际反应量的1.6倍，

5000立方米CO2吸收塔的设计

即：85993.98 31.6 = 137494.37 Kg/h

则需苯菲尔水溶液：137494.37/30% = 458314.57 Kg/h K2CO3溶液的浓度为900 Kg/m3

则苯菲尔水溶液的体积流量：

458314.57/900 = 509.24 m3/h 苯菲尔水溶液中：

K2CO3质量：137494.37 Kg

H2O质量：458314.57－137494.37 = 320820.20 Kg

反应物中： K2CO3 质量： 137494.37 Kg

H2O质量 ： 320820.20 + 327318 = 326706.2 Kg 塔底出口量如下：

表3.3 塔底出口量

组分 Kg% Kmol/h Kg/h

K2CO3 10.55 373.892

H2O 63.96 17376.357

KHCO3 25.49 1246.308

51597.027 312774.423 124630.5

总质量：

51597.027 + 312774.423 + 124630.5 = 489001.95 Kg/h

根据【1】得：

对于液体混合物，各组分的浓度常用质量分率表示。现以1 Kg混合液体为准，若各组成在混合之前其体积不变，则1 Kg混合物的体积等于组分单独存在时的体积之和，即：

1???KCO23?KCO23?HO? ?HO22x—液体混合物中各组分的质量分率。

则：

10.30.7 ??900?K2CO31000解得： ?K2CO3 = 364.865 Kg/m3 同理：

1???KCO23?KCO2??KHCO?KHCO3??HO233?HO2

9

吉林化工学院毕业设计说明书

取?KHCO3 = 490.765Kg/m3 即

1??10.55c.96%.49% ??729.731000815.316解得：? = 1915.946 Kg/m3

因此：

塔底体积流量为：

978003.9/1915.946 = 510.45m3/h

3.2.3 原料液的平均分子量

MF=16.77%344+0.37%328+54.49%32

+26.51%328+0.37%340+1.49%316 =16.3814

原料液密度：???MFPT0

22.4P0T16.3814??2810?100??273

22.4?100??273?104?=15.41 Kg/m3

故 原料液摩尔流量：

F = 128195/16.3814 = 7825.6Kmol/h

原料液体积流量：

V = 128195/15.41 = 8318.949m3/h

3.2.4 出气量

设排出CO2 摩尔流量为x Kmol/h 则

?7461.4?1251.277???0.08 100解得： x = 4.972

则出口CO2质量流量4.972344 = 218.768 Kg/h 其余气体近似全部排出，故摩尔流量保持不变。 塔顶排出气体总摩尔质量为：