2461.碳酸丙烯酯（PC）脫碳填料塔的工藝設(shè)計-課程設(shè)計

1碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔的工藝設(shè)計xxx工程技術(shù)大學(xué)2第一部分碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔的工藝設(shè)計任務(wù)書——— 4二、操作條件———-三、設(shè)計內(nèi)容———-4 4第二部分50500t/a合成氨碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔設(shè)計工藝計算書——--一、計算前的準(zhǔn)備———-61.CO?在PC中的溶解度關(guān)系—————;2.PC密度與溫度的關(guān)系———— 3.PC蒸汽壓的影響————— 5.其它物性將在后續(xù)計算中給出————8 81.各組分在PC中的溶解量 82.溶劑夾帶量Nm3/m3PC 3.溶液帶出的氣量Nm3/m3PC 9 4.出脫碳塔凈化氣量— 9 107.出塔氣體的組成— 三、熱量衡算—— 4.出塔溶液的溫度T-1235.最終的衡算結(jié)果匯總 四、設(shè)備的工藝與結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算 (一)確定塔徑及相關(guān)參數(shù)— 1.采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法求取泛點氣速u,并確定操作氣速——— (1)選用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法求解u (2)選用Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式求解u 2.求取塔徑————16 4.核算徑比——165.校核噴淋密度———- 五、填料層高度的計算——————161.用氣相濃度y計算出對應(yīng)的x值—————172.計算各分點截面處的氣液相流率————173.計算各分點截面處的傳質(zhì)系數(shù)—————174.作CO?在PC中的相平衡曲線———-195.氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Noc———206.氣相總傳植單元高度Hoc———217.填料層的有效傳質(zhì)高度——— 參考文獻(xiàn)—-224化工原理課程設(shè)計任務(wù)書碳酸丙烯酯(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50500Yt/a。1.每噸氨耗變換氣取4300Nm3變換氣/t氨；(均為體積%,下同。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℃;6.操作壓強為1.6MPa;7.年工作日330天，每天24小時連續(xù)運行。1.設(shè)計方案的確定及工藝流程的說明2.填料吸收塔的工藝計算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。1.碳酸丙烯酯(PC)的物理性質(zhì)正常沸點，(℃)蒸汽壓×133.32|Pa分子量溫度，(℃)053.CO?在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解度溫度t,(℃)亨利系數(shù)E×101.3-kPa4.CO?在碳酸丙烯酯(PC)中的溶解熱可近似按下式計算(以AHco,表示)650500t/a合成氨碳酸丙烯酯(PC)脫碳填料塔設(shè)計工藝計算書吸收是利用各組分溶解度的不同而分離氣體混合物的操作?；旌蠚怏w與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個或幾個組分便溶解于液體中而形成溶液，于是原組分的一分離。對與此題中的易溶氣體是CO?依題意：年工作日以330天，每天以24小時連續(xù)運行計，有：合成氨：50500t/a=153.0t/d=6.38t/h變換氣：4300m3(標(biāo))變換氣/t氨(簡記為Nm3/t)變換氣組成及分壓如下表進(jìn)塔變換氣CO?H?N?合計體積百分?jǐn)?shù)，%47.2組分分壓，MPa0.4480.0400.755kgf/cm24.5680.4081.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'kPa81.13作圖得：亨利系數(shù)與溫度近似成直線，且E=(1.6204t+39.594)×101.3kPa7出塔溶液中CO?的濃度(可以驗證其滿足亨利定律)x?=0.7x=0.7(p/E)=0.7(448/10485)=0.7(0.0427)=0.0299(摩爾分?jǐn)?shù))根據(jù)吸收溫度變化的假設(shè)，在塔內(nèi)液相溫度變化不大，可取平均溫度35℃下另外，有人關(guān)聯(lián)出了CO?在PC中溶解的相平衡關(guān)系，即：用上述關(guān)聯(lián)式計算出塔溶液中CO?的濃度有8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蒸汽壓的影響二、物料衡算查各組分在操作壓力為1.6MPa、操作溫度為40℃下在PC中的溶解度數(shù)據(jù)，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9外的組分視為惰氣而忽略不計，而只考慮CO?的溶解):組分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)%式中：1184為PC在40℃時的密度，102.09為PC的相對摩爾質(zhì)量。CO:0.2×0.025=0.005Nm3/m3PCH?:0.2×0.472=0.0944Nm3/m3PCN?:0.2×0.223=0.0446Nm3/m3PCCO:0.005+0.011=0.016N?:0.0446+0.156=0.201Nm3/m3PCNm3/m3PCNm3/m3PCNm3/m3PC4.出脫碳塔凈化氣量代表CO?相應(yīng)的體積分率，對CO?作物料衡算有：聯(lián)立兩式解之得V?=V(y?-y2)/(y?-y2)=4300×6.38(0.28L=V?y?/7.259-8072×0.9396/7.259=1045m3/h操作的氣液比為V?/L=27434/1045=26.25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?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:27434×0.025-0.016×10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：1.混合氣體的定壓比熱容Cp,因未查到真實氣體的定壓比熱容，故借助理想氣體的定壓比熱容公式近似計系數(shù)abCdCO?H?N?-2.79×10-9表中Cp的單位為(kcal/kmol·℃)/(kJ/kmol·℃)進(jìn)出塔氣體的比熱容C?=ECpiyi=37.48×0.0050+29.18×0.0346+28.91×0.6553+29.18×0.3051=29.04KJ/Kmol·℃M=44×0.9571+28×0.0015+2×0.0207+28×0.0207=42.78kg/kmolC=0.3894kJ/kg·℃;Cpt?=0.3795kJ/kg·℃3.CO?的溶解熱Q,Qn=L?Cou(Tu-T?)=1261702×1.44×Tu=1816851TukJ/h1151493+53333184+492371151493+14193509+49237Tu=39.5℃(與假設(shè)接近，可以接受。)脫5.最終的衡算結(jié)果匯總脫出塔氣相及其組成(35℃)Nm3/h%入塔液相及其組成(30℃)Nm3/h%碳塔入塔氣相及其組成(30℃)出塔液相帶出氣量及其組成溶解氣量及其組成(40℃)M=44×0.28+28×0.025+2×0.472+28×0.223=20.208kg/kmol入塔混合氣的密度(未考慮壓縮因子)up=0.14m/s取u=0.8up=0.10m/s2.求取塔徑D=(4×0.5355/3.14×0.1)°.5=2.612m本次設(shè)計取D=2700mm3.核算操作氣速u=4Vs/3.14×D2=4×0.5355/3.14×2.72=0.09m/s4.核算徑比D/d=2700/50=54>10~15(滿足鮑爾環(huán)的徑比要求)5.校核噴淋密度Lmi=(MWR)a,=0.08×106.4=8.512m3/(m2-h)Lw=1261702足要求)五、填料層高度的計算塔截面積∩=0.785D2=5.723m2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又溶劑的蒸汽壓很低，忽略蒸發(fā)與夾帶損失，并視作為恒定不變，那么有L'=1045×1193/(102.09×3600×5.723)=0.5927kmol/(m2·s)將上述已知數(shù)據(jù)代入操作線方程，整理得X=0.0722Y+2.104×10?采用數(shù)值積分法求解，步驟如下：1.將氣相濃度y=0.005～0.28在其操作范圍內(nèi)10等份，其等份間距為0.0275,并將各分點的y值代入式(1)計算出對應(yīng)的x值，并列入后面表格中的第1、2列中。2.計算各分點截面處的氣液相流率G=(1+Y)G’L=(1+X)L’(2)將計算結(jié)果列入附表中的3、4列。3.計算各分點截面處的傳質(zhì)系數(shù)。(本設(shè)計為簡化計算起見，只計算塔頂、底的傳質(zhì)系數(shù)，然后取其算術(shù)平均)。下面采用Onda公式計算：K,a=p,K?aa=aH≈C,/E(稀溶液)由計算知awa=106.4m2/m3(1)兩相摩爾流率與質(zhì)量流率的轉(zhuǎn)換Lg=102.09L(稀溶液)(2)CO?在氣相和液相中的擴散系數(shù)首先計算CO?在各組分中的擴散系數(shù)，然后再計算其在混合氣Dco?co=4.36×10?(32.5+273)1?(1/44+1/28)V2/(341?+30.73)21600=8.67×10?m2/sDco?H?=1.013×10?(32.5+273)1.5(1/44+1/2)2/(341?+14.313)21600=3.28×10?m2/SDgw=1.013×10?(32.5+273)1?(1/44+1/28)V2/〔34'?+31.2/3〕21600=8.62×10?m2/s液相：文獻(xiàn)介紹了CO?在PC中擴散系數(shù)兩個計算公式，定性溫度取35℃。ur=2.368kg/(m·h)(3)氣液兩相的粘度(氣體混合物的粘度)氣相：(氣體混合物的粘度)(純組分的粘度)mmCO?H?N?(4)吸收液與填料的表面張力吸收液：σ=43.16-0.116t=39.1p