碳酸丙烯酯（pc）脱碳填料塔的工艺设计.docxVIP

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课程设计题目二——碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔的工艺设计

一、设计题目

设计一座碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔，要求年产合成氨40000t/a。

二、操作条件

1.每吨氨耗变换气取4300Nm3变换气/t氨；

2.变换气组成为：CO?:28.0;CO:2.5;H?:47.2;N?:22.3。(均为体积%,下同。

其它组分被忽略);

3.要求出塔净化气中CO?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1.6MPa;

7.年工作日330天，每天24小时连续运行。

三、设计内容

1.设计方案的确定及工艺流程的说明；

2.填料吸收塔的工艺计算；

3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算；

4.填料吸收塔附属结构的选型与设计；

5.塔的工艺计算结果汇总一览表；

6.吸收塔的工艺流程图；

7.填料吸收塔与液体再分布器的工艺条件图；

8.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)

2

(1)分子式：CH?CHOCO?CH?

(2)结构式：CH?—CH—

C=0

CH?—0

(3)物理性质

正常沸点，(℃

)

蒸汽压×133.32-1Pa

粘度，mPa·s

分子量

204

30℃

38℃

20℃

50℃

102.09

0.1

0.24

2.76

1.62

(4)密度与温度的关系

温度，(℃)

0

15

25

40

55

(kg/m3)

1224

1207

1198

1184

1169

(5)比热计算式

c,=1.39+0.00181(t-10)kJ/kg·℃)

2.CO?在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解度

温度t,(℃)

25

26.7

37.8

40

50

亨利系数E×101.3-1kPa

81.13

81.7

101.7

103.5

120.8

3.CO?在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解热

可近似按下式计算(以AHc,表示)

AHco,=(4.59B;)×4.187KJ/kmol,B;=676

4.其他物性数据可查化工原理附录。

附参考答案：

碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔的工艺设计

工艺计算书

40000t/a合成氨碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔设计

工艺计算书

依题意：年工作日以330天，每天以24小时连续运行计，有

合成氨：40000t/a=121.2t/d=5.05t/h

变换气：4300m3(标)变换气/t氨(简记为Nm3/t)

变换气组成及分压如下表

进塔变换气

CO?

CO

H?

N?

合计

体积百分数，%

28.0

2.5

47.2

22.3

100

组分分压，MPa

0.448

0.040

0.755

0.357

1.600

3

4

组分分压，kgf/c

m2

4.568

0.408

7.701

3.638

16.32

一、计算前的准备

1.CO?在PC中的溶解度关系

根据CO?在碳酸丙烯酯的溶解度数据

温度t,(℃)

25

26.7

37.8

40

50

亨利系数E×101.3-1kPa

81.13

81.7

101.7

103.5

120.8

作图得：亨利系数与温度近似成直线，且E=(1.6204t+39.594)×101.3kPa

因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO?的溶解热不能被忽略。现假设出塔气体的温度为T?=35℃,出塔液体的温度为T=40℃,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，CO?在PC中的亨利系数E?o=103.5×101.3kPa=10485kPa

出塔溶液中CO?的浓度(可以验证其满足亨利定律)

x?=0.7x?=0.7(p/E)=0.7(448/10485)=0.7(0.0427)=0.0299(摩尔分数)

5

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CO?在PC中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即：

E?s=(1.6204×35+39.594)×101.3=9756kPa

另外，有人关联出了CO?在PC中溶解的相平衡关系，即：

式中：Xco,为摩尔比，kmolCO?/kmolPC;po,为CO?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CO?的浓度有

Xco,=0.0402kmolCO?/kmolPC

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。

上式中：xco,为摩尔分率；Pco,为CO?的分压，atm;T为PC液的热力学温度，

K。

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