(工艺技术)碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔的工艺设计

碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计

学校上海工程技术大学

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上海工程技术大学

化工原理课程设计任务书

课程设计题目——碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计一、设计题目

设计一座碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔，要求年产合成氨48500t/a。

二、操作条件

1.每吨氨耗变换气取4300Nm3变换气/ t氨；

2.变换气组成为：CO2：28.0；CO：2.5；H2：47.2；N2：22.3。（均为体积%，下同。其它组分被忽略）；

3.要求出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%；

4.PC吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选；

5.气液两相的入塔温度均选定为30℃；

6.操作压强为1.6MPa；

7.年工作日330天，每天24小时连续运行。

三、设计内容

1.设计方案的确定及工艺流程的说明；

2.填料吸收塔的工艺计算；

3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算；

4.填料吸收塔附属结构的选型与设计；

5.塔的工艺计算结果汇总一览表；

6.吸收塔的工艺流程图；

7.填料吸收塔与液体再分布器的工艺条件图；

8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。

四、基础数据

1.碳酸丙烯酯（PC）的物理性质

2.比热计算式

()C)kJ/(kg ︒⋅-+=1000181.039.1t c p

3.CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解度

4.CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解热 可近似按下式计算（以2CO H Δ表示）

()676187.459.4=⨯=i i B B H KJ/kmol,2CO Δ

5.其他物性数据可查化工原理附录。

目录

一、设计依据： (1)

二、基础数据 (2)

1.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度 (2)

2.PC密度与温度的关系 (3)

3.PC蒸汽压的影响 (4)

4.PC的粘度 (4)

5.工艺流程确定 (4)

三、物料衡算 (5)

1.各组分在PC中的溶解量 (5)

2.雾沫夹带量Nm3/m3PC (5)

3.溶液带出的气量Nm3/m3PC (5)

4.出脱碳塔进化气量： (6)

5.计算PC循环量： (6)

6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量 (6)

7.出塔气体的组成： (7)

8.计算数据总表 (8)

四、热量恒算 (9)

C (9)

1.混合气体的定压比热容

pV

C (9)

2.液体的比热容

pL

Q (10)

3.CO2的溶解热

s

T (10)

4.出塔溶液的温度

1L

5.最终的衡算结果汇总 (11)

五、设备的工艺与结构尺寸的设计计算 (12)

1．求取塔径 (13)

2.核算操作气速 (13)

3. 核算径比 (13)

4.校核喷淋密度 (13)

六、填料层高度的计算 (14)

七、填料层的压降 (18)

八、附属设备及主要附件的选型 (18)

九、设计概要表 (19)

十、设计评价及总结 (20)

参考文献 (20)

一、设计依据：

无论是以固体原料或以烃类原料制氨，经CO变换后得粗原料气中均含有一定数量的CO2；某些用于制取合成氨原料气的含烃气体（如天然气焦炉气等）本身就含有较多的CO2为了将原料气加工成纯净的H2和N2，必须将这些CO2从粗原料气中除去。此外，CO2还是生产尿素,纯碱,碳铵等产品的原料,而且还可以将其加工成干冰用于其他部门。因此，从粗原料气中分离并回CO2收尤为重要。

工业上把脱除的过程称为“脱碳”。目前工业脱碳的方法很多，其中碳酸丙烯酯（PC）脱碳在中小合成氨厂被广泛采用，现针对碳丙脱碳塔进行物热衡算，为碳丙脱碳塔的工艺结构设计作准备。

吸收是利用各组分溶解度的不同而分离气体混合物的操作。混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于液体中而形成溶液，于是原组分的一分离。对与此题中的易溶气体是CO2 。

二、基础数据

依题意：年工作日以330天，每天以24小时连续运行计，有： 合成氨：48500t/a= 146.970t/d=6.124t/h

变换气： 4300m 3（标）变换气/t 氨（简记为Nm 3/t ） V = 6.124×4300=26333.2 Nm 3/h 变换气组成及分压如下表所示：

进塔变换气 CO 2 CO H 2 N 2 合计 体积百分数,% 28.0 2.5 47.2 22.3 100 组分分压，MPa 0.448 0.040 0.755 0.357 1.600 组分分压，kgf/cm 2

4.568

0.408

7.701

3.638

16.32

1. CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解度

温度t ，（℃） 25 26.7 37.8 40 50 亨利系数E ×101.3-1kPa

81.13

81.7

101.7

103.5

120.8

得到()3.101074.396319.1⨯+=t E kPa

因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO 2的溶解热不能被忽略。现假设出塔气体的温度为C 352︒=V T ，出塔液体的温度为C ︒=401L T ，并取吸收饱和度（定义为出塔溶液浓度对其平衡浓度的百分数）为70%，然后利用物料衡算结合热量衡算验证上述温度假设的正确性。