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1、1湖湖 北北 大大 学学 化化 学学 化化 工工 学学 院院化工原理课程设计计算说明书 课程设计题目 碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计 专业年级 2008 级化学工程与工艺 小组成员 胡月 蔡江 赵明 宋陈玉 万金成 指导教师 杨世芳 日 期 2011-6-22 2目录目录设计任务书 （3）1.计算前的准备 （4） 1.1 CO2在 PC 中的溶解度关系 （4）1.2 PC 密度与温度的关系 （6） 1.3 PC 蒸汽压的影响 （6） 1.4 PC 的粘度 （7）1.5 工艺流程确定 （7）二物料衡算 （7）2.1 各组分在 PC 中的溶解量 （7） 2.2 溶剂夹带量 Nm3/m3PC （8
2、） 2.3 溶液带出的气量 Nm3/m3PC （8） 2.4 出脱碳塔净化气量 （8） 2.5 计算 PC 循环量 （9） 2.6 带出气体的质量流量 （9） 2.7 验算吸收液中 CO2 残量为 0.05Nm3/m3PC 时净化气中 CO2 的含 量（9）2.8 出塔气体的组成 （10）33、热量衡算 （11）3.1 混合气体的定压比热容 pVC（11）3.2 液体的比热容 pLC（12）3.3 CO2 的溶解热 sQ（12）3.4 出塔溶液的温度 1LT（12）四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算（14）五、填料层高度的计算 （16） 5.1 传质单元高度的计 算（16）5.2 传质单元数的
3、计算 （22）六、填料层的压 降（25）七、填料塔内主要附件和附属设备 型（26）八、附属设备及主要附件的选 型（26）48.1 塔壁厚 （26） 8.2 液体分布 器（27） 8.3 除沫 器（27） 8.4 液体再分布 器（27） 8.5 填料支撑 板（27）8.6 塔的顶部空间高 度（27）九、设计概要表 （28）十、填料吸收塔设计工艺条件图 （28）十一、设计总结 （30）540000t/a 合成氨碳酸丙烯酯（合成氨碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计）脱碳填料塔设计化工原理课程设计任务书碳酸丙烯酯（碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计）脱碳填料塔的工艺设计一、设计题目设计一座碳酸丙烯酯
4、（PC）脱碳填料塔，要求年产合成氨40000t/a。二、操作条件1.每吨氨耗变换气取 5600Nm3变换气/ t 氨；2.变换气组成为：CO2：28.0；CO：1.7；H2：52.5；N2：17；CH4：0.8。（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 0.2%；4.PC 吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选；5.气相的入塔温度为 37，液相入塔温度为 38；6.操作压强为 2.7MPa；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
5、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6正常沸点， （） 蒸汽压133.32-1Pa粘度，mPas分子量30382050 204 0.10.242.761.62102.09温度， （）015254055（kg/m3）122412071198118411692.比热计算式 C)kJ/(kg 1000181. 039. 1tcp3.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度温度 t， （）2526.737.84050亨利系数 E101.3-1kP
6、a81.1381.7101.7103.5120.84.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热可近似按下式计算（以表示） 2COH676187. 459. 4iiBBHKJ/kmol, 2CO5.其他物性数据可查化工原理附录。设计依据：设计依据：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 。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：(40000t/a )(8000h/a)=5t/h变换气：28000m3/h 5t/h=5600m3（标
7、）变换气/t 氨（简记为 Nm3/t）变换气组成及分压如下表进塔变换气CO2COH2N2CH4合计 体积百分数,%28.01.752.5170.8100 组分分压，MPa0.7560.04591.41750.4590.02162.7 组分分压， kgf/cm27.710.46814.454.680.2227.5327一、计算前的准备一、计算前的准备1.11.1 COCO2 2在在 PCPC 中的溶解度关系中的溶解度关系CO2在 PC 中亨利系数数据温度 t， （）2526.737.84050 亨利系数 E101.3-1kPa81.1381.7101.7103.5120.8E = (1.6204
8、t + 39.594)101.3kPa8090100110120253035404550作图得：亨利系数与温度近似成直线，且kPa3 .101594.396204. 1tE因为高浓度气体吸收，故吸收塔内 CO2的溶解热不能被忽略。现假设出塔气体的温度为，出塔液体的温度为，并取吸收饱和度（定C352VTC 401LT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在 40下，CO2在 PC 中的亨利系数 E40=103.5101.3 kPa=10485 kPa（1） 出塔溶液中 CO2的浓度（假设其满足亨利定律）（摩尔分数）0299. 004
9、27. 07 . 010485/4487 . 0/7 . 07 . 011Epxx（2） 根据吸收温度变化的假设，在塔内液相温度变化不大，可取平均温度 35 下的 CO2在 PC 中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即：kPa97563 .101594.39356204. 135ECO2在 PC 中溶解的相平衡关系，即：8112. 425.644loglog 22COCOTpX式中：为摩尔比，kmolCO2/kmolPC；为 CO2的分压， 2COX 2COpkgf/cm2；T 为热力学温度，K。用上述关联式计算出塔溶液中 CO2的浓度有/kmolPCkmolCO066. 018068.
10、 1112. 415.31325.644771. 7lglog2COCO22XX22CO 11 CO0.70.70.7 0.03860.02701XxxX与前者结果相比要小，为安全起见，本设计取后者作为计算的依据。结论：出料（摩尔分数）10.0270x 1.21.2 PCPC 密度与温度的关系密度与温度的关系利用题给数据作图，得密度与温度的关联表达式为（式中 t 为温度，；为密度，kg/m3）t9858. 01223温度， （）015254055（kg/m3）12241207119811841169y = -0.9858x + 122311601170118011901200121012201
11、230010203040506091.31.3 PCPC 蒸汽压的影响蒸汽压的影响根据变换气组成及分压可知，PC 蒸汽压与操作总压及 CO2的气相分压相比均很小，故可忽略。1.41.4 PCPC 的粘度的粘度mPas（T 为热力学温度，K）1 .1535 .185822. 0logT1.51.5 工艺流程确定：工艺流程确定：本次吸收采用逆流吸收的方法。二、物料衡算、物料衡算2.12.1 各组分在各组分在 PCPC 中的溶解量中的溶解量查各组分在操作压力为 2.7MPa、操作温度为 42下在 PC 中的溶解度数据，并取其相对吸收饱和度均为 80%，将计算所得结果列于下表（亦可将除 CO2以外的组
12、分视为惰气而忽略不计，而只考虑 CO2的溶解）：CO2溶解量的计算如下：各个溶质溶解量的计算如下：（以 CO2为例）通过第一部分已知 CO2在 42的平衡溶解度/kmolPCkmolCO066. 02CO2XNm3/m3PC09.171187/09.1024 .22066. 0/kmolPCkmolCO066. 02CO2X式中：1187 为 PC 在 42时的密度，102.09 为 PC 的相对摩尔质量。CO2的溶解量为 13.672 Nm3/m3PC组分CO2COH2N2CH4合计 组分分压，MPa0.7560.04591.41750.4590.02162.710溶解度，Nm3/m3PC1
13、7.090.03650.24080.46930.0427317.88 溶解量，Nm3/m3PC13.6720.02920.19260.37540.0341814.30溶解气所占的百分数%95.60.2041.3472.6250.239100.00因溶解气中 CO2占到了 95.6%,其他其他气体在 PC 中的溶解度很小，故也可将除 CO2以外的组分视为惰气而忽略不计，而只考虑 CO2的溶解吸收，即将多组分的吸收简化为单组分的吸收问题。说明：进塔吸收液中 CO2的残值取 0.05 Nm3/m3PC，故计算溶解量时应将其扣除。其他组分溶解度就微小，经解吸后的残值可被忽略。2.22.2 溶剂夹带量溶剂夹带量 NmNm3 3/m/m3 3PCPC以 0.3 Nm
