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1、1碳酸丙烯酯（碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料吸收塔课程设计任务书）脱碳填料吸收塔课程设计任务书一、设计任务某厂以天然气为原料生产合成氨，选择碳酸丙烯酯(PC)为吸收剂脱除变换气中的 CO2，脱碳气供合 成氨下一工段使用。试设计一座碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔。二、操作条件1合成氨原料气量（30000+200X）m3 /h【X 代表学号最后两位数】2变换气组成为：CO2 28%；CO 2.5%；H2 49.5%；N2 16.5%；CH4 3.5%。(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%； 4PC 吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选； 5气液两相的入塔
2、温度均选定为 30； 6操作压强为 2.8MPa；三、设计内容1设计方案的确定及工艺流程的说明； 2填料吸收塔的工艺设计； (1) 塔填料选择； (2) 吸收塔塔径计算； (3) 吸收塔填料层高度和填料层压降计算； (4) 吸收塔诸接管口径计算； (5) 主要设计参数核算； 3填料吸收塔主要附属内件选型 主要附属内件包括初始液体分布器、液体再分布器、填料支承板、填料压板、除雾器、气体入塔 分布器等。 4附属尺寸确定 附件包括塔顶空间、塔底空间、人孔、裙座、封头和进出管口等。 5填料塔高度计算 6主要附属设备的计算与选型 计算贫液冷却器的换热面积，确定吸收剂循环泵的型号。 7塔的工艺计算结果汇总
3、一览表； 8工艺流程简图和主体设备工艺条件图； 9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） (1)分子式：CH3CHOCO2CH2C = O(2)结构式：CH3 CH OCH2 O(3)物理性质2正常沸点， （）蒸汽压133.321 Pa粘度，mPas分子量 3038202540502040.10.242.762.581.9161.62102.09(4)密度与温度的关系温度， （）015254055100（kg/m3）122412091198118411691122(5)比热容值与比热容计算式 t，K302.7313.7322.6332.1 Cp，cal/mol
4、163.11164.80170.07175.16C)kJ/(kg)10(00181. 039. 1p tc(6)表面张力t，K283.2293.2303.2313.2323.2333.2 ，dyn/cm43.3141.5540.2838.9737.8936.80(7)凝固点纯度，%768490100 t凝，64615854.42CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的亨利系数温度 t， （）2526.737.84050 亨利系数 E101.31kPa81.1381.7101.7103.5120.83CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度数据(一)0152540 p，atm溶解度p，atm溶解度p，atm溶
5、解度p，atm溶解度4.3023.62.7510.42.828.52.205.06.0534.95.9522.33.059.22.976.87.9248.66.6324.73.209.73.357.88.2548.210.1741.316.0019.05.2712.010.2061.910.5041.56.2319.25.8013.512.1579.112.3554.38.6528.58.5020.814.0094.313.4559.18.9029.09.0722.414.4094.914.2064.410.3332.69.5024.815.2510714.3065.011.1537.410.
6、9827.315.7571.912.9544.111.2228.614.6554.413.1334.615.8058.513.4536.714.3039.515.3641.816.5545.6注：表中溶解度数据单位为 STPm3CO2/m3PC。4CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度数据(二)（单位为 STPm3CO2/m3PC）453010015254055 CO2分压，200mmHg6.163.461.921.451.020.820.610.473CO2分压，400mmHg12.36.923.852.902.041.631.220.93CO2分压，600mmHg18.510.45.794.
7、353.062.441.831.40CO2分压，700mmHg13.27.325.513.883.092.321.775以煤为原料的变换气中各组分在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度数据CO2CO 溶解度，STPm3CO2/m3PC溶解度，STPm3CO/m3PCCO2分压 MPa304050CO 分压 MPa304050 0.3710.359.277.850.060.0240.0240.024 0.5013.812.4210.240.080.050.050.05 0.6317.214.712.910.100.070.070.06H2N2CH4 溶解度， STPm3H2/m3PC溶解度， STPm3
8、N2/m3PC溶解度， STPm3CH4/m3PCH2分 压 MPa304050N2分 压 MPa304050CH4分 压 MPa304050 0.710.160.210.220.320.180.20.220.0090.020.020.02 0.940.20.220.250.420.290.290.30.0120.0250.0250.025 1.180.20.230.360.540.390.40.40.0150.0240.0240.0246CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热可近似按下式计算（以表示） 2COH676KJ/kmol187. 459. 42COiiBBH一7其他物性数据可查化工原
9、理附录、物理化学附录、或化学化工数据手册、化学工程手册、化工工艺设计手册等相关书籍。五、课程设计指导说明（一）设计方案及流程组织说明现结合流程图说明吸收流程组织的基本思路。 1基本考虑 在组织 PC 吸收 CO2的工艺流程时必须考虑以下两个方面：PC 要循环、原料气要回收使用。出于经济上的考虑，PC 一定要循环使用，因此设计时必须考虑 吸收与解吸的组合操作。PC 吸收 CO2为物理过程，因此选择较高的操作压力、较低的操作温度对吸收 是有利的。为确保 CO2的回收率和出塔净化气中 CO20.5，宜采用气液逆流吸收流程。为使 PC 溶 剂循环使用，并充分回收解吸气中 N2、H2和 CO2等气体，将
10、解吸过程分步解吸，构成三级解吸流程。 第一级减压(0.405MPa 绝)闪蒸，目的主要是回收难溶的 H2、N2气；第二级常压解吸，目的主要是回收 易溶的 CO2；第三级空气气提解吸(现改为真空解吸以减少溶剂损耗)，目的是保证 PC 溶剂的再生质量 并降低 PC 的消耗。此外，设置换热器，分离罐、贮槽、机泵等以构成完整的吸收流程。 采用变径塔。考虑到入塔气中 CO2的浓度较高，经脱碳塔脱碳后，将有约 28%的气体被 PC 吸收 而进入液相，若采用等径塔结构，这将导致下塔气流量大而上塔气流量小，沿塔往上，操作的液气比逐 渐增大，并且非常显著。若要同时满足塔各截面的喷淋密度，则 PC 的循环量大，动
11、力消耗大，同时增 大了解吸的负荷，也造成吸收塔设备投资不必要的增大。采用变径塔则能很好地解决这个问题。 2工艺流程及说明经过上述考虑后，PC 吸收 CO2可按图 1 所示流程组织，同学们也可根据自已的想法组织符合生产要求的工艺流程。图 1 中，由氢氮气压缩机来的约 2.8MPa(绝)的变换气，经油分离器再次分离出气体中的油沫后，从脱碳塔底部进入，与塔上喷淋的碳酸丙烯酯(简称“碳丙”)贫液在填料层内逆流接触，变换气中大部分的 CO2被碳丙溶液吸收，出脱碳塔的净化气(脱碳气 CO20.5%)，再经碳丙回收器，分离4去除气体中夹带的碳丙雾沫后去氢氮气压缩工段。吸收了 CO2后的碳丙富液，从脱碳塔底部
12、引出，并经减压阀将压力降至 0.80.9MPa(绝)进入解吸塔下部减压段闪蒸，闪蒸出溶解于富液中的 H2、N2、CO 及部分 CO2，闪蒸气中大约含 CO270%(此段气体总量为溶液吸收总量的 10%左右)，此段闪蒸气体经减压阀调节压力后返回氢氮压缩机三段入口予以回收。闪蒸段闪蒸后的富液进一步降压至 0.11MPa 送入真解塔上部常压解吸段进行解吸，富液中 90%以上的 CO2均在此段解吸出来。经常压解吸段解吸 CO2后的半贫液下降经液封槽后进入上段真空解吸段(真空一)，此段采用罗茨鼓风机提吸，其压力控制在 0.04MPa(绝)左右，进一步解吸半贫液中的 CO2气体。解吸后的准贫液再经液封槽后
13、下降进入第二真空解吸段，此段采用液环真空泵抽吸，压力控制在0.0150.02MPa，富液经三段解吸(减压解吸、常压解吸和真空解吸)后 CO2含量一般在 0.5m3/m3以下，贫液下降至贫液槽储存。贫液经脱碳泵加压至溶剂冷却器后去脱碳塔。一 一 一 一一一一一 一 一一一一一一一一一一一一 一 一 一一 一 一一一一 一 一一 一 一 一 一 一一一一一一一一 一一 一 一一 一一 一 一一 一 一一 一 一 一 一一 一一 一一 一 一 一一 一 一一一一2.8MPa0.9MPa0.11MPa0.04MPa0.02MPa一 一 一一 一 一一 一 一一 一 一图图 1 碳酸丙碳酸丙烯酯烯酯脱碳
14、工脱碳工艺艺流程流程简图简图下段真空解吸气(真空二)和三个液封槽闪蒸气分别经两台液环泵抽吸至冷却器，冷却后与上段真空解吸气(真空一)会合后被罗茨鼓风机抽吸，再与常解气会合后一并进入 CO2洗涤塔，用循环碳丙液洗涤并回收 CO2气相中的碳丙后，CO2送往 CO2压缩机加压作甲醇、碳铵或尿素的原料。洗涤塔回收 CO2气中的碳丙液经多次循环逐步提高浓度至 1012%后被补充到解吸塔下部碳丙储槽中。 值得注意的是：吸收液可分两股或多股在不同的塔段分别加入到吸收塔中，为计算简便，课设时按 单股吸收液塔顶入塔设计。 3工艺流程图绘制 绘制工艺流程图时，要着重考虑物料的种类和走向，输入和输出要明确并用箭头示
15、意，对设备的外 形、尺寸、比例等并不作严格要求。对于带有工艺控制点的工艺流程图只需画出控制点，对自控线不作 要求。 在工艺流程图中至少应包括：图例；设备名称和代号；控制符号；标题栏和明细栏。其 它不作要求。5（二）塔设备的工艺条件图(见附图)工艺条件图应包括以下几方面的内容： 1设备工艺结构及工艺结构尺寸(不包括机械设计尺寸)：如塔径、塔高、填料层高度，气体和液体 分布器位置及工艺结构尺寸，除雾沫装置的位置及工艺结构尺寸，填料压紧及限位装置尺寸，人孔、手 孔、窥视孔、安装孔、装填孔的高度和方位，各种分析检测仪表接口和取样口设置等； 2接管口规格和开口方位标示：画出管口方位图，并列出接管表规格、
16、输送介质、连接方式和用 途； 3操作条件或技术特性表：主要是操作温度、操作压力、工作介质、填料型式、塔径和塔高、填 料层高度、操作弹性等内容； 4标题栏和明细表。（三）辅助设备计算与选型有的需要计算后选型，如输送泵，冷却器等；有的不能计算和计算暂时有困难，只需直接选型即可， 可根据实际生产自己选择。如填料塔主要附属内件： 1初始液体分布器溢流槽式分布器； 2液体再分布器多梁型再分布器； 3填料支承板分块梁式支承板； 4填料压板栅板型压板； 5除雾沫器H150mm 金属丝网除雾器； 6气体入塔分布器栅条型分布器。 其它主要设备选型 1闪蒸罐；卧式，液体停留时间取 120s，装填系数取 0.6。 2常压解吸塔，取淋降板塔，板数 20 块，板间距 300mm。 3气提解吸塔，选取填料塔，内装 50mm 的塑料
