碳酸丙烯酯脱碳课程设计说明书

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1、学校代码： 10128学 号： 201230508116 课程设计说明书（题 目：碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计学生姓名：闫雪东学 院：化工学院班 级：化学工程与工艺12-4班指导教师：陈秋月二零一五年一月内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称： 化工原理课程设计 学院： 化工学院 班级： 化12-4 学生姓名： 闫雪东 学号： 201230508116 _ 指导教师： 陈秋月 一、题目碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计二、目的与意义课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作

2、用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强锻炼：1. 查阅资料选用公式和搜集数据的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确地进行工程计算（包括电算）的能力；4. 用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 设计条件1.变换气流量：11000Nm3/h2.变换气组成：CO2：20%，CO：2.5%，H2：57%，N2：18%，CH4：2.5%(体积分率)3.变换气温度：404.尾气含CO

3、2：0.8%(体积分率)5.吸收剂：碳酸丙烯酯(PC)（温度为20）入吸收塔再生后的PC含CO22105(摩尔分率)；出吸收塔吸收液饱和度取80%。6.操作压力：1.76MPa(绝压)设计要求1.流程布置与说明；2.填料的选择，采用一种填料进行计算；3.工艺过程的计算；4.填料塔工艺尺寸的确定：5.输送机械功率的计算与选型；6.附属装置的选择；7.编制设计说明书。图纸要求1.吸收塔总装图：5035cm坐标纸，1张；2.工艺流程图：A3图纸，1张。四、工作内容、进度安排 1.设计动员，下达设计任务书：0.5天2.搜集资料，确定方案：1天3.设计计算：5天4.绘图：1.5天5.整理，编写说明书：7

4、天五、主要参考文献1.上海医药设计院.化工工艺设计手册.化学工业出版社,19862.化学工程手册编委会.化学工程手册.化学工业出版社,19893.上海化学工业设计院石油化工设备设计建设组.化工设备图册.19744.上海化学学院等.化学工程(下册).化学工业出版社,19815.B.M.拉姆著，刘风志等译.气体吸收.化工出版社,19856.化工设备设计全书编辑委员会.塔设备设计.上海科技出版社,19887.周学良，詹方瑜.碳酸丙烯酯脱除CO2技术.浙江科学出版社,1985审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 2014年10月20日指导教师签字：_摘要工业上用碳酸丙烯酯作为吸收剂脱除二

5、氧化碳的过程在吸收塔中进行，因此，综合吸收效果和经济效益必须对吸收塔进行设计。PC溶剂对CO2的吸收为物理过程，选择较低的操作温度和较高的操作压力有利于吸收的进行，而填料吸收塔的设备设计和经济优化是关键部分。此次课程设计是以碳酸丙烯酯（PC）脱除CO2的填料塔的设计,进气口的流量为11000 Nm3/h。其中，填料塔以塑料鲍尔环为填料；经设计优化后的塔径为1.8m,填料层高度为17.5m,塔高为18.7m。最后经设计校核和强度校核后，此次课程我们设计出了要求填料塔。关键字：PC； 填料塔； 塑料鲍尔环； 优化 ；校核 目录碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计1第1章 设计方案11.1设计依据11.2流程方

6、案11.2.1脱碳塔11.2.2闪蒸器21.2.3气提塔31.2.4溶剂泵31.2.5罗茨鼓风机31.3流程布置设计31.3.1采用逆流操作31.3.2采用单塔31.3.3吸收剂不在循环31.4吸收剂的选择31.5填料的选择4第2章 塔计算52.1设计依据5 2.2计算前的准备52.2.1出塔溶液中CO2的浓度62.3吸收剂用量及操作线关系62.4设备尺寸计算72.4.1塔径的计算72.4.2求塔径102.4.3喷淋密度（U）核算102.4.4选用校核u/uF102.4.5校核D/d102.4.6单位高度填料层压降计算102.5塔高的计算122.5.1有效传质面积（润湿面积）a122.5.2液

7、相传质系数kL 122.5.3气相传质系数kG 132.5.4总吸收系数KG142.6填料层高度的计算14第3章 辅助设备设计163.1液体分布装置163.2液体再分布装置163.3填料支承装置173.4气体分布器183.5床层限制板183.6除沫器19第4章 附属设备的设计204.1管径的计算204.1.1进气管204.1.2进液体管204.1.3混合液出口管214.1.4净化气出口管214.2泵的选型214.3风机的选型22第5章 总结235.1设计概要表23参考文献24心得体会25碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计第1章 设计方案1.1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

8、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

9、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。1.2流程方案1.2.1脱碳塔 脱碳塔是用碳酸丙烯酯吸收变换气中二氧化碳组分的设备，填料塔的持液量较板式塔少，塔压降也低，加上这类塔操作弹性较大，适合于进塔变换器量加减频繁的工况。 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气

10、液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。（图1-1）填料塔1.2.2闪蒸器 闪蒸器是使溶解于溶剂中的气体解吸出来的装置。1.2.3气提塔 驱除溶剂中残余二氧化碳的设备。1.2.4溶剂泵 溶剂泵是将溶剂升压并输送到脱碳塔上部的运转设备。1.2.5罗茨鼓风机 输送混合气体到脱碳塔。1.3流程布置设计 1.3.1采用逆流操作 气体从塔底进入有塔顶排出，液体则从塔顶进入从塔底排出，逆流操作是平均推动力打，吸收剂利用率高，完成一定任务所需传值质面积小。 1.3.2采用单塔 本操作处理液体量和气相流量都不大，所以只采用

11、单塔即可处理完成操作。 1.3.3吸收剂不在循环 吸收剂部分在循环，较逆流操作的平均推动力低，还需设循环用泵，消耗额外的动力。1.4吸收剂的选择 1、本实验是处理混合气体中的二氧化碳，碳酸丙烯酯对CO2的溶解度较大，具有溶解热低、黏度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳定、无腐蚀等优点。此法CO2的分离回收率较高，能耗低已得到小合成氨厂的广泛应用，经过各种方法的比较，最后选择用碳酸丙烯酯法吸收二氧化碳。1.5填料的选择1、采用拉西环（乱堆），拉西环的比表面积at大，能提供大的流体通量，液体的再分布性能好。2、填料尺寸D300mm 选25mm300mmD900mm 选25-38mmD900mm 选50

12、-70mm 目前塔直径没有选定，所以尺寸先不给出。第2章 塔计算2.1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 。变换气：11000Nm/h。变换气组成及分压如下表成分CO2COH2N2CH4体积百分数(%)202.557182.5组分分压(MPa)0.3520.0441.00320.31680.044组分分压/(kgf/cm3)3.59040.448810.232643.231360.4488表2-1 变换气的组成及分压2.2计算前的准备 CO2在PC

13、中亨利系数数据图2-1亨利系数与温度的曲线图亨利系数与温度近似成直线：因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO2的溶解热不能被忽略。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40。出吸收塔吸收液饱和度取80%在40下，CO2在PC中的亨利系数E40=7293.8026 kPa溶液的平均比热Cl=1.39+0.0081(t-10)40时溶液的平均比热Co=1.444【KJ(kg)】2.2.1出塔溶液中CO2的浓度（摩尔分数）根据CO2在PC中溶解的相平衡关系：logXCO2 = logPCO2 + 644.25/T - 4.112 = log3.5904 + 644.25/313.1

14、5 4.112 = -1.4995 所以 XCO2=0.0317x1 = 0.8x1* = 0.80.0317/(1+0.0317) = 0.0336与前者结果相比要小，为安全起见，本设计取后者作为计算依据。即x1 = 0.0332.3吸收剂用量及操作线关系V=11000/22.4(1-20%)=392.857 kmol/h亨利定律也可表示为: ye=mxm=E/P=7293.8026 /1.76103=4.144最小吸收剂用量：(L/V)min=(Y1-Y2)/(Xe1-X2) xe1= y1/m=0.2/4.144=0.0483Xe1=xe1/(1-xe1)=0.0483/(1-0.0483)=0.05075Lmin=V(Y1-Y2)/