制氮吸附塔工艺计算

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500 m3/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 =160 NL/kg，氮气回收率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 =（QnC）/（78%）=（50099.9%）/（78%34%）1883.5（Nm3/h） 式中 Qa压缩空气流量

2、 （Nm3/h） Qn氮气流量 （Nm3/h） C 氮气纯度 （%） 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 =0.101 MPa PS 使用状态下的绝压修正 PS= PN+气源压力 （Mpa） 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

3、 da =（4Qa实/3600）/（）1/2 =（4211.14/3600）/（3.148） 1/2 =0.0966（m） 式中 气体流速 812 m/s, 取=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、空压机排气量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P00.101MPa, 温度T0298K, 相对湿度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

4、。 V空= Qa T0/264（P0-Pb） =(1883.5298)/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 HTCMS-220型碳分子筛装填量G分的计算G分= Qn/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=31251.1=

5、3437.5（kg）式中G分实HTCMS-220型碳分子筛装填量的实际值 （kg） 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/2分3437.5 /（2630）2.73 m3 式中 分分子筛堆密度（分630kg/m3） 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=（4 Qa实）/（）1/2 =（4211.14/3600）/（3.140.045）1/2 =1.29m圆整为标准直径 D=1.3m1300mm校核空塔空气线速度=（4 Qa实）/（D2）（4211.14/3600）/(3.

6、141.32) = 0.0440.045 (m/s)V空=36.12m3/minG分=2780kgG分实=3437.5kgV分2.73 m3D1300mm=0.044 m/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 H a=（4 V分）/（D2）(42.73)/（3.141.32）2.06 (m) 取Ha=2.1m=2100mm 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1

7、50mm),支架高度选为:A塔左支架高度为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=3000mm 压缩空气进口管径d1与氮气出口管径d2的计算a、压缩空气从空气净化组件到系统无多大变化，故取系统压缩空气进气口管径和空气净化组件压缩空气进气口管径一致，即：d1= da=100mm b、使用状态下产品气实际流量Qn实 Qn实= PNTSQn / PSTN =0.101（273+25）500/（0.8+0.101）（273+25） 56.05（m3/h） 则d2（4 Qn实）/（3600）1/2 =（456.05）/（