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1、碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计目 录化工原理设计任务书 3一、设计目的 3二、设计任务 3三、设计条件 3四、基础数据 4五、设计内容5一、计算前的准备61.CO2在PC中的溶解度关系62.PC密度与温度的关系73.PC蒸汽压的影响84.PC的粘度8二、物料衡算81.各组分在PC中的溶解量82.雾沫夹带量Nm3/m3PC93.溶液带出的气量Nm3/m3PC94.出脱碳塔净化气量105.计算PC循环量106.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量107.出塔气体的组成11三、热量衡算121.混合气体的定压比热容122.液体的比热容133.CO2的溶解热144.
2、出塔溶液的温度145.最终的衡算结果汇总15四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算161.确定塔径及相关参数15五、填料层高度的计算18六、填料层的压降26七、附属设备及主要附件的选型25八，塔总高计算 28九、设计概要表 29十、对本设计的评价与总结 28参考文献28+化工原理课程设计任务书一、化工原理课程设计目的、任务1. 培养学生查阅资料选用公式和搜索数据的能力2. 培养学生在填料吸收塔、精馏塔设计时，既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想。3. 培养学生能迅速准确的对填料塔进行工艺设计计算的能力4. 培养学生能用简洁的文字清晰的图表
3、来表达自己设计思想的能力二、设计任务碳酸丙烯脂（PC）脱出CO2气体填料吸收塔设计三、设计条件1、混合气（变换气）处理量： 40000 Nm3/h2、进塔混合气体成分： 原始数据表（均为体积%，下同)3、进塔吸收剂（碳酸丙烯酯PC）入塔浓度，自定；4、气液两相的入塔均选定为：305、出塔净化气中CO2浓度0.6%6、操作压力：1.6MPa进塔变换气CO2COH2N2合计体积百分数,%29.01.547.222.3100组分分压，MPa0.4640.0240.7550.3571.600组分分压，kgf/cm24.7350.2457.7013.63816.319原始数据表四、基础数据1.碳酸丙烯酯
4、（PC）的物理性质正常沸点，（）蒸汽压133.32-1Pa粘度，mPas分子量20430382050102.090.10.242.761.62温度，（）015254055（kg/m3）122412071198118411692.比热计算式 3.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度温度t，（）2526.737.84050亨利系数E101.3-1kPa81.1381.7101.7103.5120.84.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热可近似按下式计算（以表示）5.其他物性数据可查化工原理附录五、化工原理课程设计主要内容 1、工艺及设备设计（1）设计方案和工艺流程的说明（2）填料吸收塔的工艺计算
5、；吸收剂用量求取：最小吸收剂用量，吸收剂用量；操作线方程；填料塔径求取：选择填料，液泛速度，空塔气速，塔径及圆整，最小润湿速度求取及润湿速度的选取，塔径的校正；传质单元高度的求取；传质单元数的求取；填料层高度；单位填料层压降的求取；吸收塔高度计算；液体分布；再分布及分布器的选型；填料吸收塔的工艺流程图；（3）填料吸收塔设备设计 填料吸收塔附属结构的选型与设计； 全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。 2、制图 包括工艺流程图、设备图。 3、编写设计说明书一：计算前的准备：1.CO2在PC中不同温度下亨利系数数据温度t，（）2526.737.84050亨利系数E101.3-1kPa81.1381.
6、7101.7103.5120.8作图得：亨利系数与温度近似成直线，且kPa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 kPa1出塔溶液中CO2的浓度（假设其满足亨利定律）（摩尔分数）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： kPaCO2在PC中溶解的相平衡
7、关系，即：式中：为摩尔比，kmolCO2/kmolPC；为CO2的分压，kgf/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）2.PC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）温度，（）015254055（kg/m3）122412071198118411693.PC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。4.PC的粘度 mPas（T为热力学温度，K）5.工艺流程确定：本次吸收采用
8、逆流吸收的方法。二、物料衡算1.各组分在PC中的溶解量查各组分在操作压力为1.6MPa、操作温度为40下在PC中的溶解度数据，并取其相对吸收饱和度均为70%，将计算所得结果列于下表（亦可将除CO2以外的组分视为惰气而忽略不计，而只考虑CO2的溶解）：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40的平衡溶解度 Nm3/m3PC式中：1184为PC在40时的密度，102.09为PC的相对摩尔质量。CO2的溶解量为（10.859-0.15）0.7=7.496 Nm3/m3PC组分CO2COH2N2合计组分分压，MPa0.4640.0240.7550.3
9、571.60溶解度，Nm3/m3PC10.8590.0160.2230.22311.121溶解量，Nm3/m3PC7.4960.0110.1560.1567.819溶解气所占的百分数%95.880.141.991.99100.00说明：进塔吸收液中CO2的残值取0.15 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。平均分子量：入塔混合气平均分子量：溶解气体的平均分子量：2.雾沫夹带量Nm3/m3PC以0.2 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下：CO2：0.20.29=0.058 Nm3/m3PCCO： 0.20.015=0.003 Nm3/m
10、3PCH2： 0.20.472=0.0944 Nm3/m3PCN2： 0.20.223=0.0446 Nm3/m3PC3.溶液带出的气量Nm3/m3PC各组分溶解量：CO2： 7.496 Nm3/m3PC 95.88%CO： 0.011 Nm3/m3PC 0.14%H2： 0.156 Nm3/m3PC 1.99%N2： 0.156Nm3/m3PC 1.99%7.819 Nm3/m3PC 100%夹带量与溶解量之和：CO2：0.028+7.203=7.554Nm3/m3PC 94.20%CO：0.003+0.011=0.014 Nm3/m3PC 0.175%H2：0.0944+0.156=0.2
11、50 Nm3/m3PC 3.12%N2：0.0446+0.156=0.201 Nm3/m3PC 2.51%8.019Nm3/m3PC 100%4.出脱碳塔净化气量以分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量，以分别代表CO2相应的体积分率，对CO2作物料衡算有：V1 =26058 Nm3/ h联立两式解之得V3=V1(y1-y2)/(y3-y2)=40000(0.290.006)/(0.94200.006)=12136.75Nm3/hV2 = V1 - V3 =27863.25 Nm3/ h5.计算PC循环量因每1 m3PC 带出CO2为7.554 Nm3 ，故有：L=V3y3/7.259=1213
12、6.750.9420/7.554=1513.479m3/h操作的气液比为V1/L=40000/1513.479=26.4296.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm2，则塔顶压强为16.319-0.3=16.019 kgf/cm2，此时CO2的分压为 kgf/cm2，与此分压呈平衡的CO2液相浓度为： 式中：1193为吸收液在塔顶30时的密度，近似取纯PC液体的密度值。计算结果表明，当出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%，那入塔吸收液中CO2的极限浓度不可超过0.216 Nm3/m3PC，本设计取值正好在其所要求的范围之内，故选取值满足要求。入塔循环液相CO2：1513.4790.15=227.0227.出塔气体的组成出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC带走气体的体积流量之差。CO2：400000.29-7.5541513.479=167.179Nm3/
