PC吸收二氧化碳课程设计

1、安徽大学江淮学院化工原理课程设计系院名称 生 化 系 姓 名 （学 号） 韩雪静 JP114015 专 业 （班 级） 11级化学工程与工艺 指 导 教 师 郑争志 设 计 时 间 2012年5月22日 - 6月8日 化工原理课程设计任务书设计题目：碳酸丙烯酯（PC）脱除合成氨原料气中CO2填料塔的设计设计任务及操作条件：1.合成氨原料进气量 8000 Nm3/h。2.原料气组成（摩尔分率）CO2 H2 CO N2 CH4 0.034 0.4959 0.02175 0.1566 0.021753.出塔净化气中：CO2 0.5% （摩尔分率）4.操作温度 30 5.最小液气比系数：1.35 6.

2、操作压力 1.5MPa设计成果：1. 设计说明书一份2. 带控制点的工艺流程图 （2#图纸）一张；填料吸收塔的装配图 （1#图纸）一张。 目 录 一 概述 1.1设计依据. 1.2技术来源. 1.3设计任务及要求.二 计算过程2.1基础数据计算. 2.1.1吸收塔的物料衡算. 2.1.2吸收剂组成和吸收剂用量. 2.1.3操作线方程. 2.1.4塔径的计算. 2.1.5填料塔喷淋密度的校核.2.2填料层高度的计算. 2.2.1传质单元数的计算. 2.2.2传质单元高度的计算. 2.2.3填料层高度及塔高的计算.2.3填料塔强度设计. 2.3.1筒体材料选择. 2.3.2壁厚计算. 2.3.3

3、强度校核.2.4吸收塔附件的选型.2.5输料管的选型、管径计算及离心泵的选型.2.6设计一览表.三 符号说明.四 参考文献.一 . 概 述1.1设计依据合成氨原料气中含有很多CO、CH4等有害气体，特别是CO2含量最多，在进入反应炉前必须脱除。综合吸收效果和经济效益，工业上通常用碳酸丙烯酯对吸收CO2，该过程在较低的温度和较高的压力下进行，属于物理过程。PC溶剂是循环使用的，需要对其进行解吸操作，得到再生PC和高浓度的CO2。此次设计任务主要是设计以碳酸丙烯酯（PC）脱除合成氨原料气中CO2的填料塔的设计,进气口的流量为8000 Nm3/h。其中，填料塔以金属鲍尔环为填料；经设计优化后的最优气

4、液比为最小液汽比的1.35倍，计算在30和1.5MPa的操作条件下，用PC吸收固定流量原料气中的CO时，所需的吸收剂流量、吸收塔工艺尺寸、以及对各零部件和所用填料的选择，并且对主要工艺参数进行校核。由此，作出工艺流程图和装配图。1.2技术来源 PC脱除CO2的基本工艺流程简介本次课程设计的课题是碳酸丙烯酯（PC）脱除合成氨原料气中CO2填料塔的设计，原料气流量选定为8000Nm3/h,在操作压力1.7MPa下进入吸收塔底部，与塔顶喷淋而下的PC溶剂逆流接触，将CO2吸收。，其中CO2的含量为0.034（摩尔分率)，工艺流程中还包含了PC的再生等。为确保吸收CO2的吸收率以及出塔净化气体中CO2

5、0.5%（摩尔分率），应采用气-液逆流的吸收过程，在较低温度和较高压力下，选取适合的填料，使原料气经压缩机压缩后从塔底进入吸收塔，与从塔顶喷淋而下的PC溶剂逆流接触，将CO2吸收。出塔净化气体经分离器除掉的PC雾滴后入压缩机，而吸收了的PC溶液（富液）经减压阀先进行减压，而后进入闪蒸槽，将N2、H2及少量的解吸出来，经气液分离，再将此解吸气体送至压缩机进行回收，闪蒸液体借助压力进入常压解吸塔，主要将大量解吸出来，获得纯度较高的。常压解吸后，PC溶液中尚含有一定的，将PC液体借助液位差流到下部的气提解吸塔，在此与从塔底鼓入的空气逆流接触，以将其中残存的进一步解吸出来，使PC液体得到较完全的再生，

6、供吸收用。1.3设计任务及要求1. 合成氨原料气流量8000M³/h2. 合成氨原料气组成 组分 CO2 H2 CO N2 CH4摩尔分率 0.304 0.49590.02175 0.15660.021753. 吸收剂 碳酸丙烯酯4. 主要吸收设备 填料塔5. 设计要求出塔原料气中CO2摩尔分率为0.005操作温度：30最小液气比系数：1.35操作压力：1.5MPa二 计算过程2.1 基础数据计算2.1.1吸收塔的物料衡算气、液相流量 2.1.2 吸收剂组成和用量2.1.3 操作线方程2.1.4 塔径计算组分 摩尔分率0.3040.49590.021750.15660.02175液相

7、：PC: M=102.09kg/kmol密度公式： PC粘度公式：填料的相关参数(1）选取的填料为金属鲍尔环（乱堆）(2）金属鲍尔环的物性参数： 公称直径：50mm 外径×高度×壁厚： 50×50×0.8mm； 比表面积：at = 109 m2/m3； 空隙率：= 0.96 m3/m3； 堆积密度：= 314 kg/m3； 个数：n = 6500 个/m3;干填料因子：=123.2 m-1； 填料因子：=160 m-1； 常数：A = 0.1；K = 1.75； 填料的形状系数（开孔环）： = 1.45；填料材质的临界表面张力： = 75 mN/m；t=

8、30时， 查埃克脱通用关联图，在散装填料泛点线对应下的金属鲍尔环填料安全系数：60%-85%取安全系数=0.75根据工业上常用的标准塔径，塔径圆整成1400mm2.1.5 填料塔喷淋密度的校核校核: 所选填料规格合格通常对直径75mm的散装填料，取最小速率0.08即最小喷淋密度为实际操作喷淋密度：操作空塔气速：2.2 填料层高度的计算2.2.1 传质单元数的计算传质单元数： 2.2.2 传质单元高度的计算单元传质高度的计算主要涉及传质系数的求解，传质系数不仅与流体的物性、气液两相流率、填料的类型及特性有关、还与全塔的液体分布、塔高、塔径有关，此次设计，选用恩田准数关联式计算。 液相传质系数：选

9、择的是金属鲍尔环，其 气相传质系数： CO2CO H2N2CH4 摩尔分率0.3040.021750.49590.15660.0217526.918.97.0717.924.22 m值0.9350.7580.7710.7560.8P=1.7Mpa T=308K代入数据2.2.3 填料层高度Z及塔高计算取安全系数0.8，裙座取3m，塔内件（包括封头、分布器）取3m2.3 填料塔强度设计2.3.1 筒体材料选择筒体有钢板卷制焊成和取自大口径无缝钢管两种，该设计中，属于直径较大筒体，一般由钢板卷制，其内径必须符合公称直径的数值，且均为整数。由于PC吸收对钢材的腐蚀不大，温度在030，压力为1.5Mp

10、a（中压）故选用16MnDR,其参数为：钢号钢板标准使用状态厚度常温强度标准/Mpa /Mpa16MnDRGB 3531正火加回火6164903151812.3.2 壁厚计算内压容器：由于操作条件较为稳定，则做大工作压力，加之无安全卸放装置，采用双面对接焊，采用局部无损探伤，取计算厚度：2.3.3 强度校核校核水压实验强度：2.4 吸收塔附件选型 吸收塔的辅助构件包括：液体分布器、液体再分布器、填料支承扳、填料压板或床层限制扳、气体进出口装置与排液装置等。1 液体分布器：液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的前决条件,也是使填料塔达到预期分离效果的保证.我们结合液体分布器选型与设

11、计的一般要求,为保证液体分布均匀,自由截面率大,操作弹性大,不易堵塞,不易引起雾沫夹带及起泡,可用多种材料制作,且制造安装方便,容易调整水平等。为保证液体在塔截面上均布，散装填料的喷淋点数为4080个/m2,又由于我们所选填料为鲍尔环，自分布性能较差，应取较高值。 散堆填料的喷淋密度指标 塔径喷淋点密度 （点/ m2塔截面） D1200mm 42选择溢流槽式分布器，其工作原理是：当液面超过堰口高度时，依靠液体自重通过堰口流出，沿着溢流管壁呈膜状流下，淋洒于填料层上。溢流槽式布液器的设计参考数据塔径喷淋槽分配槽液体负荷范围外径数量中心距数量中心距分配槽数量14001700D20430012600

12、单槽式双槽式8.5175421602 液体再分布器：参考化工设备设计手册，选择“梁型”再分布器，适用于D>1200mm的大塔，操作弹性为，梁型再分布器与梁型气体喷射式支承扳配套使用。3 填料支承扳：填料支承板用于支承塔填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用。选择多梁型支撑板（气体喷射式支承板）。4 填料压板与床层限制扳：当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏填料塔的正常操作甚至损坏填料。在此，我们选择栅条式填料压板。5 气体进出口装置与排液装置：气体进口：管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其他均布气流的装置。气体出口：在气体出

13、口处装一除沫挡板（折板），或填料式、丝网式除雾器。液体出口：保证塔底液体顺利排出，防止塔内外气体串通。2.5. 输料管的选型、管径计算及离心泵的选型时，则按无缝钢管标准选择： =273则 管路总长度估计取, 则总长为850m 输送吸收剂管路所需压头的估算列出由解吸塔贫液出口到吸收塔贫液入口两截面的机械能衡算方程，求出H据初步的立面布置，取液柱 ，由操作条件一般在湍流时取0.02-0.03，这里取=0.025则液柱则液柱 泵功率的计算取=0.65（泵的一般为50%-70%之间）则 泵型号的选择为防止吸收剂泄漏和爆炸，根据 液柱选DFLPH型屏蔽泵，型号为150-80（I），3台，其中2台正常使用

14、，备用1台工艺内容数据最小液气比5.8888液气比7.9499圆整塔径1400mm亨利系数E8.935Mpa相平衡常数m5.957进塔混合气体的体积流量吸收液的质量流量入塔混合气的密度11.736Kg/m3u0.1551m/s塔截面积1.5386m2CO2在PC中扩散系数填料材质金属鲍尔环液体分布装置溢流槽式布液器液体再分布器梁型再分布器填料支撑装置梁型气体喷射型支撑板填料压板床层限制板除沫器旋流板除雾器喷淋密度L109.876m3/m2h塔体壁厚9mm塔体材料16MnDR离心泵屏蔽泵2.6设计一览表符号说明-填料层的有效比表面积， -相平衡常数，无因次-填料层的湿润比表面积， -气相总传质单

15、元数，无因次-填料直径， -液相总传质单元数，无因次-填料当量直径， -总压，-塔径， -气体通用常数，-扩散系数， -空塔气速，-亨利系数， -液泛速度， -重力加速度， -溶质在液相的摩尔分率，无因次-溶解度系数， -溶质在液相的摩尔比，无因次-气相总传质单元高度， -溶质在气相的摩尔分率，无因次-液相总传质单元高度， -溶质在气相的摩尔比，无因次-气相传质系数， -填料层高度， -液相传质系数， -塔高，-液相传质系数， -液相密度校正系数-气相传质系数， -粘度，-气相总传质系数， -密度，-液相总传质系数， -填料因子 -气相总传质系数， -液体喷淋密度，五参考文献1化工设备机械基础（第四版）董大勤 化学工业出版社