碳酸丙烯酯（pc）脫碳填料塔的工藝設(shè)計

課程設(shè)計題目二——碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔的工藝設(shè)計一、設(shè)計題目設(shè)計一座碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔，要求年產(chǎn)合成氨40000t/a。二、操作條件1.每噸氨耗變換氣取4300Nm3變換氣/t氨；其它組分被忽略);3.要求出塔凈化氣中CO?的濃度不超過0.5%;4.PC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℃;三、設(shè)計內(nèi)容1.設(shè)計方案的確定及工藝流程的說明；3.塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算；4.填料吸收塔附屬結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計；5.塔的工藝計算結(jié)果匯總一覽表；7.填料吸收塔與液體再分布器的工藝條件圖；8.對本設(shè)計的評述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論。四、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)C=0正常沸點(diǎn)，(℃)蒸汽壓×133.32-1Pa溫度，(℃)0溫度t,(℃)亨利系數(shù)E×101.3-1kPa可近似按下式計算(以AHc,表示)碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔的工藝設(shè)計工藝計算書依題意：年工作日以330天，每天以24小時連續(xù)運(yùn)行計，有變換氣組成及分壓如下表進(jìn)塔變換氣CO?H?N?合計4組分分壓，kgf/cm24.568一、計算前的準(zhǔn)備1.CO?在PC中的溶解度關(guān)系根據(jù)CO?在碳酸丙烯酯的溶解度數(shù)據(jù)溫度t,(℃)亨利系數(shù)E×101.3-1kPa因為高濃度氣體吸收，故吸收塔內(nèi)CO?的溶解熱不能被忽略?，F(xiàn)假設(shè)出塔氣為出塔溶液濃度對其平衡濃度的百分?jǐn)?shù))為70%,然后利用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗證上述溫度假設(shè)的正確性出塔溶液中CO?的濃度(可以驗證其滿足亨利定律)5與前者結(jié)果相比要小，為安全起見，本設(shè)計取后者作為計算的依據(jù)。2.PC密度與溫度的關(guān)系利用題給數(shù)據(jù)作圖，得密度與溫度的關(guān)聯(lián)表達(dá)式為溫度，(℃)03.PC蒸汽壓的影響從題給數(shù)據(jù)知，PC蒸汽壓與操作總壓及CO?的氣相分壓相比均很小，故可忽略。1.各組分在PC中的溶解量并取其相對吸收飽和度均為70%,將計算所得結(jié)果列于下表(亦可將除CO?以外的組分視為惰氣而忽略不計，而只考慮CO?的溶解):組分CO?H?N?合計組分分壓，MPa溶解度，Nm3/m3PC溶解量，Nm3/m3PC溶解氣所占的百分?jǐn)?shù)%CO,:0.2×0.28=0.056Nm3/m3PCCO:0.2×0.025=0.005Nm3/m3PCH,:0.2×0.472=0.0944Nm3/m3PCN?:0.2×0.223=0.0446Nm3/m3PC為夾帶量與溶解量之和CO:0.005+0.011=0.016N?:0.0446+0.156=0.201Nm3/m3PCNm3/m3PCNm3/m3PCNm3/m3PC7.726Nm3/m3PC100%V?y?=V?y?+V?y?V?=V?-V?=21715-6389=15326Nm3/h操作的氣液比為V/L=21715/827=26.26Xco,=0.0008257kmolCO?/kmolPC式中：1193為吸收液在塔頂30℃時的密度，近似取純PC液體的密度值。計算結(jié)果表明，要使得出塔凈化氣中CO?的濃度不超過0.5%,則入塔吸收液中CO?的極限濃度可達(dá)0.216Nm3/m3PC,本設(shè)計取值正好在其所要求的范圍之內(nèi)，故選取值滿足要求。7.出塔氣體的組成出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與PC帶走氣體的體積流量之差。CO,:21715×0.28-7.259×827=77.007Nm3/hCO:21715×0.025-0.016×827=529.643Nm3/hH?:21715×0.472-0.250×827=10042.73Nm3/hN?:21715×0.223-0.201×827=4676.218Nm3/h三、熱量衡算在物料衡算中曾假設(shè)出塔溶液的溫度為40℃,現(xiàn)通過熱量衡算對出塔溶液的溫度進(jìn)行校核，看其是否在40℃之內(nèi)。否則，應(yīng)加大溶劑循環(huán)量以維持出塔溶液的溫度不超過40℃。具體計算步驟如下：C=a,+b,T+c;T2+d,T3系數(shù)abCdCO?8-1.338×10-838H?3-3.298×10-0N?08進(jìn)出塔氣體的比熱容=37.38×0.28+29.18×0.025+28.90×0.472+29.18×0.223=31.34kJ/kmol.℃=37.48×0.005+29.18×0.0346+28.91×0.6553+29.18×0.3051溶解氣體占溶液的質(zhì)量分率可這樣計算：溶解氣體的平均分子量M=44×0.9571+28×0.0015+2×0.0207+28×0.0207=42.78kg/kmol質(zhì)量分率為其量很少，因此可用純PC的比熱容代之。本設(shè)計題目中C=0.3894kJ/kg·°℃;C?=0.3795kJ/kg·℃911448+42207218+3897964=695657+1441830TT?=32℃(似乎不可能，如果可能，則無須熱量衡算，近似為等溫吸收)現(xiàn)均按文獻(xiàn)值作熱量衡算，即取C=0.3894kJ/kg:℃;Cpμ?=0.3795kJ/kg·℃911448+11765356+3897964=695657+388815TT?=41℃(與假設(shè)接近，可以接受。若要完全控制在40℃以下，可將L適當(dāng)增大至835m3/h,重作物料衡算與熱量衡算，直至滿足要求為止。本設(shè)計不再作5.最終的衡算結(jié)果匯總脫脫碳塔出塔氣相及其組成(35℃)V?=15325.6Nm3/hNm3/h%COH?N?%93.960.213.242.60%0.152.072.076224Nm3/h%入塔液相及其組成(30℃)L?=827m3/h=986611kg/hCO?H?N? 一一Nm3/h %QL2=11765336kJ/h(一)確定塔徑及相關(guān)參數(shù)M=44×0.28+28×0.025+2×0.472+28×0.223=20.208kg/kmol選D。50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋),其填料因子φ=120m1,空隙率ε=0.90,比表面積a,=106.4m2/m3,Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式常數(shù)A=0.0942,K=1.75。(1)選用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法求解uup=0.14m/s(2)選用Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式求解uu,=0.12m/s(兩種方法的計算結(jié)果很接近)取u=0.8u=0.10m/s本次設(shè)計取D=2300mm(建議取D=2400mm可能更好)D/d=2300/50=46>10～15(滿足鮑爾環(huán)的徑比要求)五、填料層高度的計算塔截面積Ω=0.785D2=4.153m2因其他氣體的溶解度很小，故將其他氣體看作是惰氣并視作為恒定不變，那么,惰氣的摩爾流率G'吸收塔物料衡算的操作線方程為將上述已知數(shù)據(jù)代入操作線方程，整理得選用填料層高度表達(dá)式K,a=p,K?aa=a(3)氣液兩相的粘度(純組分的粘度)mmCO?H?0.84×10-2N?(4)吸收液與填料的表面張力吸收液：σ=43.16-0.116tp=p,y將計算結(jié)果列表如下：氣相CO?的組成y(摩爾分率氣相CO?的分壓p(kgf/cm2)4.57030℃對應(yīng)的液相平衡組成x35℃對應(yīng)的液相平衡組成x40℃對應(yīng)的液相平衡組成xy×1028.7522.5025.2528.00x×1020.05730.2620.4770.7050.9452.06252.3882.736y*×1020.34834.516.059.43659.262.8933.9023.589.59現(xiàn)采用Smipson公