制氮吸附塔工艺计算.doc

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1、设计内容制氮吸附塔工艺计算第1张共3张设计计算书原始设计数据：产气量500m3/h，纯度99.9%,HTCMS-220型碳分子筛解:从优化设计的角度出发，考虑生产成本和设备能耗等因素，根据经验，选定PSA系统(变压吸附)，工作压力P1=0.8MPa，温度T1=25℃。工作压力在0.8MPa时，HTCMS-220型碳分子筛分子筛的产氮率K=160NL/kg，氮气回收率η≥34%(N2/Air)。1、压缩空气耗气量Qa的计算（空气中的氧气含量为20.9%）Qa=（Qn×C）/（78%×η）=（500×99.9%）/

2、（78%×34%）＝1883.5（Nm3/h）式中Qa——压缩空气流量（Nm3/h）Qn——氮气流量（Nm3/h）C——氮气纯度（%）η——氮气回收率（%）2、系统主管路管径da的计算在使用工况下，压缩空气实际流量Qa实为：Qa实=PNTSQa/PSTN=[0.101×（273+25）×1883.5]/[（0.8+0.101）×（273+25）]＝211.14（m3/h）式中Qa——压缩空气在标态下的流量（Nm3/h）PN——标态绝压PN=0.101MPaPS——使用状态下的绝压修正PS=PN+气源压力（Mpa

3、）TN——气体在标态下的温度修正TN=273.15+标态绝温（K）TS——气体在使用状态下的温度修正TS=273.15+使用绝温（K）则da=[（4×Qa实/3600）/（πυ）]1/2=[（4×211.14/3600）/（3.14×8）]1/2=0.0966（m）式中υ——气体流速8～12m/s,取υ=8m/s圆整主管路管径da=0.100m=100mm(条件图中为100mm)。Qa=1883.5m3/hQa实=211.14m3/hda=100mm设计内容制氮吸附塔工艺计算第2张共3张设计计算书３、空压机

4、排气量V空的计算PSA系统是以标态干基空气作为设计基数的，而空压机排气量是以吸入空气压力P0＝0.101MPa,温度T0＝298K,相对湿度ψ＝80%为设计基数，所以选择空压机排气量时要将Qa折算到空压机吸入口的状态。V空=QaT0/264（P0-ψPb）=(1883.5×298)/[264×(1.01-80%×0.0238)]=2167.34(m3/h)=36.12(m3/min)式中Pb——吸入温度下饱和水蒸汽分压（kgf/cm2）4、PSA系统的设计①HTCMS-220型碳分子筛装填量G分的计算G分=Qn

5、/K=500/160=3.125(T)=3125kg式中G分——HTCMS-260型碳分子筛装填量的理论计算值（kg）Qn——氮气产量（Nm3/h）K——产氮率（NL/kg）考虑分子筛粉化和老化等因素的影响，增加5%～7%的产气富裕量，则实际装填量为G分实=G分×1.1=3125×1.1=3437.5（kg）式中G分实——HTCMS-220型碳分子筛装填量的实际值（kg）②吸附塔单塔装填HTCMS-220型碳分子筛容积V分的计算V分＝G分实/2ρ分＝3437.5/（2×630）＝2.73m3式中ρ分——分子筛堆

6、密度（ρ分＝630kg/m3）③吸附塔直径D的计算根据经验，对于立式PSA系统，空塔空气线速度取ω≤0.045m/s（与吸附剂充分结合保证吸附率）。则吸附塔直径D为D=[（4Qa实）/（πω）]1/2=[（4×211.14/3600）/（3.14×0.045）]1/2=1.29m圆整为标准直径D=1.3m＝1300mm校核空塔空气线速度ω=（4Qa实）/（πD2）＝（4×211.14/3600）/(3.14×1.32)=0.044≈0.045(m/s)V空=36.12m3/minG分=2780kgG分实=343

7、7.5kgV分＝2.73m3D＝1300mmω=0.044m/s设计内容制氮吸附塔工艺计算第3张共3张设计计算书因此折算为直径D=1300mm的单塔装筛高度Ha为Ha=（4V分）/（πD2）＝(4×2.73)/（3.14×1.32）＝2.06(m)取Ha=2.1m=2100mm①吸附塔结构尺寸的确定(1)吸附塔筒体中间高度计算一般设计要求,中间高度h比H低200mm,上下偏差不超过100mm,所以取筒体中间高度为1900mm通常,底座高度选为150mm(给的条件图也为150mm),支架高度选为:A塔左支架高度为

8、50mm,右支架高度为20mm.B塔左支架高度为20mm,右支架高度为30mm.因此,整机高度=底座高度+筒体中间高度+支架高度=150+1900+50+30+20+20=2170mm(2)气缸高度通常,气缸高度选为500mm.综上所述,得出设备总高度=整机高度+气缸高度=2170+500=2670mm圆整可得整个塔高度为H=3000mm②压缩空气进口管径d1与氮气出口管径d2的计算a