碳酸丙烯酯任務(wù)書

碳酸丙烯酯（PC）脫碳填料吸收塔課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)任務(wù)某廠以天然氣為原料生產(chǎn)合成氨，選擇碳酸丙烯酯(PC)為吸收劑脫除變換氣中的CO2，脫碳?xì)夤┖铣砂毕乱还ざ问褂?。試設(shè)計(jì)一座碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔。二、操作條件1合成氨原料氣量（30000+200X）m3 /h【X代表學(xué)號(hào)最后兩位數(shù)】2變換氣組成為：CO2 28%；CO 2.5%；H2 49.5%；N2 16.5%；CH4 3.5%。(均為體積%，下同。其它組分被忽略)；3要求出塔凈化氣中CO2的濃度不超過0.5%；4PC吸收劑的入塔濃度根據(jù)操作情況自選；5氣液兩相的入塔溫度均選定為30；6操作壓強(qiáng)為2.8MPa；三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明；2填料吸收塔的工藝設(shè)計(jì)；(1) 塔填料選擇； (2) 吸收塔塔徑計(jì)算； (3) 吸收塔填料層高度和填料層壓降計(jì)算； (4) 吸收塔諸接管口徑計(jì)算； (5) 主要設(shè)計(jì)參數(shù)核算；3填料吸收塔主要附屬內(nèi)件選型 主要附屬內(nèi)件包括初始液體分布器、液體再分布器、填料支承板、填料壓板、除霧器、氣體入塔分布器等。4附屬尺寸確定附件包括塔頂空間、塔底空間、人孔、裙座、封頭和進(jìn)出管口等。 5填料塔高度計(jì)算 6主要附屬設(shè)備的計(jì)算與選型計(jì)算貧液冷卻器的換熱面積，確定吸收劑循環(huán)泵的型號(hào)。7塔的工藝計(jì)算結(jié)果匯總一覽表；8工藝流程簡圖和主體設(shè)備工藝條件圖；9對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論。四、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1碳酸丙烯酯（PC）(1)分子式：CH3CHOCO2CH2(3)物理性質(zhì)正常沸點(diǎn)，（）蒸汽壓133.321 Pa粘度，mPas分子量204303820254050102.090.10.242.762.581.9161.62(4)密度與溫度的關(guān)系溫度，（）015254055100（kg/m3）122412091198118411691122(5)比熱容值與比熱容計(jì)算式t，K302.7313.7322.6332.1Cp，cal/mol163.11164.80170.07175.16(6)表面張力t，K283.2293.2303.2313.2323.2333.2，dyn/cm43.3141.5540.2838.9737.8936.80(7)凝固點(diǎn)純度，%768490100t凝，64615854.42CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的亨利系數(shù)溫度t，（）2526.737.84050亨利系數(shù)E101.31kPa81.1381.7101.7103.5120.83CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度數(shù)據(jù)(一)0152540p，atm溶解度p，atm溶解度p，atm溶解度p，atm溶解度4.3023.62.7510.42.828.52.205.06.0534.95.9522.33.059.22.976.87.9248.66.6324.73.209.73.357.88.2548.210.1741.316.0019.05.2712.010.2061.910.5041.56.2319.25.8013.512.1579.112.3554.38.6528.58.5020.814.0094.313.4559.18.9029.09.0722.414.4094.914.2064.410.3332.69.5024.815.2510714.3065.011.1537.410.9827.315.7571.912.9544.111.2228.614.6554.413.1334.615.8058.513.4536.714.3039.515.3641.816.5545.6注：表中溶解度數(shù)據(jù)單位為STPm3CO2/m3PC。4CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度數(shù)據(jù)(二)（單位為STPm3CO2/m3PC）453010015254055CO2分壓，200mmHg6.163.461.921.451.020.820.610.47CO2分壓，400mmHg12.36.923.852.902.041.631.220.93CO2分壓，600mmHg18.510.45.794.353.062.441.831.40CO2分壓，700mmHg13.27.325.513.883.092.321.775以煤為原料的變換氣中各組分在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度數(shù)據(jù)CO2COCO2分壓MPa溶解度，STPm3CO2/m3PCCO分壓MPa溶解度，STPm3CO/m3PC3040503040500.3710.359.277.850.060.0240.0240.0240.5013.812.4210.240.080.050.050.050.6317.214.712.910.100.070.070.06H2N2CH4H2分壓MPa溶解度，STPm3H2/m3PCN2分壓MPa溶解度，STPm3N2/m3PCCH4分壓MPa溶解度，STPm3CH4/m3PC3040503040503040500.710.160.210.220.320.180.20.220.0090.020.020.020.940.20.220.250.420.290.290.30.0120.0250.0250.0251.180.20.230.360.540.390.40.40.0150.0240.0240.0246CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解熱可近似按下式計(jì)算（以表示）7其他物性數(shù)據(jù)可查化工原理附錄、物理化學(xué)附錄、或化學(xué)化工數(shù)據(jù)手冊(cè)、化學(xué)工程手冊(cè)、化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)書籍。五、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)說明（一）設(shè)計(jì)方案及流程組織說明現(xiàn)結(jié)合流程圖說明吸收流程組織的基本思路。1基本考慮在組織PC吸收CO2的工藝流程時(shí)必須考慮以下兩個(gè)方面：PC要循環(huán)、原料氣要回收使用。出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，PC一定要循環(huán)使用，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮吸收與解吸的組合操作。PC吸收CO2為物理過程，因此選擇較高的操作壓力、較低的操作溫度對(duì)吸收是有利的。為確保CO2的回收率和出塔凈化氣中CO20.5，宜采用氣液逆流吸收流程。為使PC溶劑循環(huán)使用，并充分回收解吸氣中N2、H2和CO2等氣體，將解吸過程分步解吸，構(gòu)成三級(jí)解吸流程。第一級(jí)減壓(0.405MPa絕)閃蒸，目的主要是回收難溶的H2、N2氣；第二級(jí)常壓解吸，目的主要是回收易溶的CO2；第三級(jí)空氣氣提解吸(現(xiàn)改為真空解吸以減少溶劑損耗)，目的是保證PC溶劑的再生質(zhì)量并降低PC的消耗。此外，設(shè)置換熱器，分離罐、貯槽、機(jī)泵等以構(gòu)成完整的吸收流程。采用變徑塔?？紤]到入塔氣中CO2的濃度較高，經(jīng)脫碳塔脫碳后，將有約28%的氣體被PC吸收而進(jìn)入液相，若采用等徑塔結(jié)構(gòu)，這將導(dǎo)致下塔氣流量大而上塔氣流量小，沿塔往上，操作的液氣比逐漸增大，并且非常顯著。若要同時(shí)滿足塔各截面的噴淋密度，則PC的循環(huán)量大，動(dòng)力消耗大，同時(shí)增大了解吸的負(fù)荷，也造成吸收塔設(shè)備投資不必要的增大。采用變徑塔則能很好地解決這個(gè)問題。2工藝流程及說明經(jīng)過上述考慮后，PC吸收CO2可按圖1所示流程組織，同學(xué)們也可根據(jù)自已的想法組織符合生產(chǎn)要求的工藝流程。圖1中，由氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)來的約2.8MPa(絕)的變換氣，經(jīng)油分離器再次分離出氣體中的油沫后，從脫碳塔底部進(jìn)入，與塔上噴淋的碳酸丙烯酯(簡稱“碳丙”)貧液在填料層內(nèi)逆流接觸，變換氣中大部分的CO2被碳丙溶液吸收，出脫碳塔的凈化氣(脫碳?xì)釩O20.5%)，再經(jīng)碳丙回收器，分離去除氣體中夾帶的碳丙霧沫后去氫氮?dú)鈮嚎s工段。吸收了CO2后的碳丙富液，從脫碳塔底部引出，并經(jīng)減壓閥將壓力降至0.80.9MPa(絕)進(jìn)入解吸塔下部減壓段閃蒸，閃蒸出溶解于富液中的H2、N2、CO及部分CO2，閃蒸氣中大約含CO270%(此段氣體總量為溶液吸收總量的10%左右)，此段閃蒸氣體經(jīng)減壓閥調(diào)節(jié)壓力后返回氫氮壓縮機(jī)三段入口予以回收。閃蒸段閃蒸后的富液進(jìn)一步降壓至0.11MPa送入真解塔上部常壓解吸段進(jìn)行解吸，富液中90%以上的CO2均在此段解吸出來。經(jīng)常壓解吸段解吸CO2后的半貧液下降經(jīng)液封槽后進(jìn)入上段真空解吸段(真空一)，此段采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)提吸，其壓力控制在0.04MPa(絕)左右，進(jìn)一步解吸半貧液中的CO2氣體。解吸后的準(zhǔn)貧液再經(jīng)液封槽后下降進(jìn)入第二真空解吸段，此段采用液環(huán)真空泵抽吸，壓力控制在0.0150.02MPa，富液經(jīng)三段解吸(減壓解吸、常壓解吸和真空解吸)后CO2含量一般在0.5m3/m3以下，貧液下降至貧液槽儲(chǔ)存。貧液經(jīng)脫碳泵加壓至溶劑冷卻器后去脫碳塔。圖1 碳酸丙烯酯脫碳工藝流程簡圖下段真空解吸氣(真空二)和三個(gè)液封槽閃蒸氣分別經(jīng)兩臺(tái)液環(huán)泵抽吸至冷卻器，冷卻后與上段真空解吸氣(真空一)會(huì)合后被羅茨鼓風(fēng)機(jī)抽吸，再與常解氣會(huì)合后一并進(jìn)入CO2洗滌塔，用循環(huán)碳丙液洗滌并回收CO2氣相中的碳丙后，CO2送往CO2壓縮機(jī)加壓作甲醇、碳銨或尿素的原料。洗滌塔回收CO2氣中的碳丙液經(jīng)多次循環(huán)逐步提高濃度至1012%后被補(bǔ)充到解吸塔下部碳丙儲(chǔ)槽中。值得注意的是：吸收液可分兩股或多股在不同的塔段分別加入到吸收塔中，為計(jì)算簡便，課設(shè)時(shí)按單股吸收液塔頂入塔設(shè)計(jì)。3工藝流程圖繪制繪制工藝流程圖時(shí)，要著重考慮物料的種類和走向，輸入和輸出要明確并用箭頭示意，對(duì)設(shè)備的外形、尺寸、比例等并不作嚴(yán)格要求。對(duì)于帶有工藝控制點(diǎn)的工藝流程圖只需畫出控制點(diǎn)，對(duì)自控線不作要求。在工藝流程圖中至少應(yīng)包括：圖例；設(shè)備名稱和代號(hào)；控制符號(hào)；標(biāo)題欄和明細(xì)欄。其它不作要求。（二）塔設(shè)備的工藝條件圖(見附圖)工藝條件圖應(yīng)包括以下幾方面的內(nèi)容：1設(shè)備工藝結(jié)構(gòu)及工藝結(jié)構(gòu)尺寸(不包括機(jī)械設(shè)計(jì)尺寸)：如塔徑、塔高、填料層高度，氣體和液體分布器位置及工藝結(jié)構(gòu)尺寸，除霧沫裝置的位置及工藝結(jié)構(gòu)尺寸，填料壓緊及限位裝置尺寸，人孔、手孔、窺視孔、安裝孔、裝填孔的高度和方位，各種分析檢測儀表接口和取樣口設(shè)置等；2接管口規(guī)格和開口方位標(biāo)示：畫出管口方位圖，并列出接管表規(guī)格、輸送介質(zhì)、連接方式和用途；3操作條件或技術(shù)特性表：主要是操作溫度、操作壓力、工作介質(zhì)、填料型式、塔徑和塔高、填料層高度、操作彈性等內(nèi)容；4標(biāo)題欄和明細(xì)表。（三）輔助設(shè)備計(jì)算與選型有的需要計(jì)算后選型，如輸送泵，冷卻器等；有的不能計(jì)算和計(jì)算暫時(shí)有困難，只需直接選型即可，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)自己選擇。如填料塔主要附屬內(nèi)件：1初始液體分布器溢流槽式分布器；2液體再分布器多梁型再分布器；3填料支承板分塊梁式支承板；4填料壓板柵板型壓板；5除霧沫器H150mm金屬絲網(wǎng)除霧器；6氣體入塔分布器柵條型分布器。其它主要設(shè)備選型1閃蒸罐；臥式，液體停留時(shí)間取120s，裝填系數(shù)取0.6。2常壓解吸塔，取淋降板塔，板數(shù)20塊，板間距300mm。3氣提解吸塔，選取填料塔，內(nèi)裝50mm的塑料階梯環(huán)填料。4PC溶劑回收塔，選用填料塔，不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)裝塑料階梯環(huán)。5貧液冷卻器，排管式水冷卻器。6氣液分離器，立式，5001500mm。7氣提空氣高壓風(fēng)機(jī)，離心式風(fēng)機(jī)。（四）碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔工藝計(jì)算書六、課程設(shè)計(jì)文件裝訂與提交化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告由兩部分組成：文字和圖紙。內(nèi)容及順序如下：1封面，統(tǒng)一采用邯鄲學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)封面，不能自己隨意設(shè)計(jì)封面；2目錄（Word自動(dòng)生成的目錄，不能采用手動(dòng)編排）；3設(shè)計(jì)任務(wù)書(注意請(qǐng)將設(shè)計(jì)規(guī)模改換成與學(xué)號(hào)對(duì)應(yīng)的規(guī)模)；4設(shè)計(jì)方案簡介；5工藝流程圖組織及說明；6工藝計(jì)算(物料衡算、熱量衡算、設(shè)備工藝結(jié)構(gòu)計(jì)算)及主體設(shè)備設(shè)計(jì)；7輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型；8計(jì)算結(jié)果匯總(主要是物料平衡圖和能量平衡圖或表)和設(shè)備一覽表；9對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述；10附圖(帶控制點(diǎn)的工藝流程圖(PFD圖)、主體設(shè)備工藝條件圖、管道儀表流程圖(PID圖，此項(xiàng)不作強(qiáng)行要求，即可做可不做)；11參考文獻(xiàn)(在文檔中一定要對(duì)號(hào)入座)。1