碳酸丙烯酯任务书.docx
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碳酸丙烯酯任务书
碳酸丙烯酯（PC）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
3
1．合成氨原料气量（30000+200X）m
/h【X代表学号最后两位数】
2．变换气组成为：
CO228%；CO2.5%；H249.5%；N216.5%；CH43.5%。
（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%；
4．PC吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选；
5．气液两相的入塔温度均选定为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：
CH3CHOCO2CH2
（2）结构式：
CH3—CH—O
C=OCH2—O
（3）物理性质
1
－1
正常沸点，（℃）蒸汽压×133.32
Pa粘度，mPa·s分子量
204
30℃38℃20℃25℃40℃50℃
0.10.242.762.581.9161.62
102.9
（4）密度与温度的关系
温度，（℃）015254055100
（kg/m
3）122412091198118411691122
（5）比热容值与比热容计算式
t，K302.7313.7322.6332.1
Cp，cal/mol163.11164.80170.07175.16
cp1.390.00181（t10）kJ/（kgC）
（6）表面张力
t，K283.2293.2303.2313.2323.2333.2
σ，dyn/cm43.3141.5540.2838.9737.8936.80
（7）凝固点
纯度，%768490100
t凝，℃－64－61－58－54.4
2．CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的亨利系数
温度t，（℃）2526.737.84050
－1
亨利系数E×101.3
kPa81.1381.7101.7103.5120.8
3．CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度数据
（一）
0℃15℃25℃40℃
p，atm溶解度p，atm溶解度p，atm溶解度p，atm溶解度
4.3023.62.7510.42.828.52.205.0
6.534.95.9522.33.059.22.976.8
7.9248.66.6324.73.209.73.357.8
8.2548.210.1741.316.0019.05.2712.0
10.2061.910.5041.56.2319.25.8013.5
12.1579.112.3554.38.6528.58.5020.8
14.194.313.4559.18.9029.09.0722.4
14.4094.914.2064.410.3332.69.5024.8
15.2510714.3065.011.1537.410.9827.3
15.7571.912.9544.111.2228.6
14.6554.413.1334.6
15.8058.513.4536.7
14.3039.5
15.3641.8
16.5545.6
3CO2/m3PC。
注：
表中溶解度数据单位为STPm
33
4．CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度数据
（二）（单位为STPm
CO2/mPC）
－45℃－30℃－10℃0℃15℃25℃40℃55℃
CO2分压，200mmHg6.163.461.921.451.020.820.610.47
2
CO2分压，400mmHg12.36.923.852.902.041.631.220.93
CO2分压，600mmHg18.510.45.794.353.062.441.831.40
CO2分压，700mmHg13.27.325.513.883.092.321.77
5．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
CO2分压
3CO2/m3PCCO分压
溶解度，STPm
3CO/m3PC
溶解度，STPm
MPa30℃40℃50℃MPa30℃40℃50℃
0.3710.359.277.850.060.0240.0240.024
102.1013.812.4210.240.080.050.050.05
4.3117.214.712.910.100.070.070.06
H2N2CH4
H2分
压
3H2/m3PC
溶解度，STPm
N2分
压
溶解度，
STPm3N2/m3PC
3N2/m3PC
CH4分
压
溶解度，
STPm3CH4/m3PC
3CH4/m3PC
MPa30℃40℃50℃MPa30℃40℃50℃MPa30℃40℃50℃
6.60.160.210.220.320.180.20.220.0090.020.020.02
7.930.20.220.250.420.290.290.30.0120.0250.0250.025
8.260.20.230.360.540.390.40.40.0150.0240.0240.024
6．CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热
可近似按下式计算（以
H表示）
CO
2
HCO4.59Bi4.187KJ/kmol，Bi
2
676
7．其他物性数据可查化工原理附录、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：
①PC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CO2≤0.5％，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。
②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CO2＜0.5%），再经碳丙回收器，分离去除
3
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，从脱碳塔底部引出，并经减压阀将压力降至0.8～0.9MPa（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0.015～0.02MPa，
33
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0.5m
/m
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。
软水
冷却水
闪蒸气
净化气
三段闪蒸解吸二氧化碳
0.11MPa
碳
丙回
收
常压
102.11MPa
变
换
气
吸
收
塔
冷
却
器
真空一
真空二
液封槽
a
P
M
2
0
.
0
～
冷
却
器
洗
涤
塔
冷
却
器
4.32MPa
a
P
M
9
.
0
～
缓
减压
液封槽
冲贮槽
油
分
离
器
罐
液环泵液环泵罗茨鼓风机
调节阀
冷却回水
地沟
图1碳酸丙烯酯脱碳工艺流程简图
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10～12%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。
4
在工艺流程图中至少应包括：
①图例；②设备名称和代号；③控制符号；④标题栏和明细栏。
其它
不作要求。
（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、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——H＝150mm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Φ50mm的塑料阶梯环填料。
4．PC溶剂回收塔，选用填料塔，不锈钢材质，内装塑料阶梯环。
5．贫液冷却器，排管式水冷却器。
6．气—液分离器，立式，Φ500×1500m。
m
7．气提空气高压风机，离心式风机。
（四）碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔工艺计算书
六、课程设计文件装订与提交
化工原理课程设计报告由两部分组成：
文字和图纸。
内容及顺序如下：
1．封面，统一采用邯郸学院毕业设计封面，不能自己随意设计封面；
2．目录（Word自动生成的目录，不能采用手动编排）；
3．设计任务书（注意请将设计规模改换成与学号对应的规模）；
4．设计方案简介；
5．工艺流程图组织及说明；
6．工艺计算（物料衡算、热量衡算、设备工艺结构计算）及主体设备设计；
7．辅助设备的设计及选型；
8．计算结果汇总（主要是物料平衡图和能量平衡图或表）和设备一览表；
9．对本设计的评述；
10．附图（带控制点的工艺流程图（PFD图）、主体设备工艺条件图、管道仪表流程图（PID图，此项不
作强行要求，即可做可不做））；
5
11．参考文献（在文档中一定要对号入座）。
12．设计文件一律按邯郸学院毕业设计电子文档排版格式化要求编排后交A4纸打印纸质文稿，图纸
可根据实际情况提交A3、A2或者A1纸质文件。
七、设计进度
1设计动员，下达设计任务书0.5天
2搜集资料，阅读教材，拟订设计进度1.5天
3设计计算5—6天
4绘图3—4天
5整理设计资料，撰写设计说明书2天
6设计小结及答辩2天
八、设计成绩评分标准
设计成绩按优、良、中、及格、不及格五档评分。
分数分配：
说明书45%，图纸25%，答辩20%，
平时
6
ja
管口方位示意图1
b
f1
2
c
g1-3
g4-5
3
°
45
a（e）
f1-3
f
b
4-6
135°
d
4
技术特性表
g1
5
序号名称指标
f2
1
操作压力
0.2MPa
2操作温度30-40°C
3工作介质PC和变换气
4填料型式鲍尔环
525m
填料高度
65
填料段数
g2
7
填料塔径?
1.6m-?
1.8m
f3
管口及仪表接口表
符号规格用途连接方式
a气体出口凹凸法兰连接
液体入口凹凸法兰连接b
c凹凸法兰连接
液体入口（备用）
~
g3
d气体入口凹凸法兰连接
c
f4
e液体出口凹凸法兰连接
f1-6
人孔
凹凸法兰连接
6
g1-5
卸料口
凹凸法兰连接
h1-2
液位计接口
螺纹丝扣连接
塔底压力表接口
i螺纹丝扣连接
j塔顶压力表接口螺纹丝扣连接
g4
8
丝网过滤器
f5
7
气体入口分布管
6液体再分布器
5液体收集与再分布器
4填料支承装置
7
3
填料压紧与限位装置
液体分布器2
1除沫器g5
序号图号名称数量材料备注
8
d
i
h1
f6
填料塔设计工艺条件图
比例图号
h1
设计日期
长江大学
化学与环境工程学院
制图日期e
审核日期化工班
图2主体设备设计条件图
7
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