碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔的工艺设计
产万吨合成氨脱碳工段工艺设计8
年产30 万吨合成氨脱碳工艺工程指导教师：姚志湘学生：魏景棠目录第一章总论 31.1概述 31.1.1工程名称 31.1.2合成氨工业简况 31.2工程背景及建设必要性 41.2.1工程背景 41.2.2工程建设地必要性 41.2.3建设意义错误！未定义书签。
1.2.4建设规模 4第二章市场预测........................................ .... . (6)2.1国内市场预测 (6)2.2产品分析......................................................... (6)第三章脱碳方法及种类. (7)3.1净化工序中脱碳地方法.. .................................... ...................... . (7)3.1.1化学吸收法....................... .. ........................ . (7)3.1.2物理吸收法 (8)3.1.3物理化学吸收法......... ……………… ………………………… .…………83.1.4固体吸收法.................. .............................. ............................ . (10)3.2碳酸丙烯酯（PC ）法脱碳基本原理.................. .............................. .. (10)3.2.1PC 法脱碳技术国内外地情况.................. .............................. .. (10)3.2.2发展过程.................. ................................................ . ......... . (10)3.2.3技术经济.................. ................................................ . ......... . (11)3.2.4工艺流程.................. ................................................... ....... . (11)3.2.5存在地问题及解决方法.................. ............... ................... ........ . (12)326 PC脱碳法发展趋势 .............. ............... .. ..... . ... ...•• (13)第一章工程总述2.1 概述1.1.1 工程名称年产 30 万吨合成氨脱碳工段工艺设计1.1.2合成氨工业简况1898 年,德国 A. 弗兰克等人发现空气中地氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮) ,进一步与过热水蒸气反应即可获得氨：CaCN2 + 3出0 (g) — 2NH3 (g)+ CaCQ在合成氨工业化生产地历史中 ,合成氨地生产规模(以合成塔单塔能力为依据)随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业地不断发展而有了极大提高 .50 年代以前 ,最大能力为200吨/日,60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个 600t/d和 1000t/d地单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模地合成氨.世界上 85%地合成氨用做生产化肥 ,世界上 99%地氮肥生产是以合成氨为原料 .虽然全球一体化地发展减少了用户地选择范围,但市场地稳定性却相应地增加了 ,世界化肥生产地发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜地地区,中国西北部有蕴藏丰富地煤炭资源 ,为发展合成氨工业提供了极其便利地条件 .2.2 工程背景及建设必要性1.2.1 工程背景我国是一个人口大国 ,农业在国民经济中起着举足轻重地作用 ,而农业地发展离不开化肥.氮肥是农业生产中需要量最大地化肥之一 ,合成氨则是氮肥地主要来源 ,因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要地位置 .我国合成氨工业始于 20世纪 30年代,经过多年地努力,我国地合成氨工业得到很大地发展,建国以来合成氨工业发展十分迅速 ,从六十年代末、七十年代初至今 ,我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置 ,已形成我国特有地煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存地合成氨生产格局 .目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列 .但是,由于在我国合成氨工业中 ,中小型装置多 ,技术基础薄弱 ,国产化水平低 ,远远不能满足农业生产和发展地迫切需要,因此,开发新技术地同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等地核算能力 ,促进设计、管理和生产操作地优化 ,从而推动合成氨工业发展 ,提升整体技术水平 ,己成为国内当前化学工程科研、工程设计地重要课题 .1.2.2 工程建设地必要性我国地合成氨原料主要集中在重油 ,天然气和煤,到目前为止 ,中国化肥产量己居世界第一位.但人均耕地面积只有世界平均水平地47%,而人口在本世纪中叶将达到约 16亿,粮食始终是至关重要地问题 .化肥对农作物地增产作用己为大家所公认 ,中国施肥水平还有很大地提高空间 ,尤其是中西部市场 .与国外比较 ,我国氮肥行业主要存在一些比较严重地问题 ,集中表现为装置规模小 ,因而有效生产能力不足 ,致使行业整体竟争能力差 .进入 WT0 后,氮肥行业这种结构性矛盾日趋显著 ,成为影响行业发展地一个主要因素 .对原有合成氨装置进行改扩建 ,利用国家对农业地倾斜政策 ,节能技术改造见效快、可很快提高企业生产规模 ,改扩建改造会给企业带来了巨大地经济和社会效益.1.2.3 建设意义随着合成氨工业地飞速发展与国际经济地迅速变化,合成氨工业地经济性急需要提高来降低成本，抵御风险.就碳酸丙烯酯法脱碳工艺进行深入研究，以达到成本最低化，资源有效化•因此,在国际经济与国家政策地前提下，将合成氨地风险和利润投入到中间工序脱碳工段,对陷入困境地化工行业是一个很好地出路，对内外交困地合成氨行业来说，可以避免风险, 降低成本.此工艺能有效缩短流程，降低能源消耗，减少污染排放,在提高产品附加值地同时也填补了脱碳工艺地国内空白，并且为合成氨领域地进步积累了难得经验•124建设规模全厂应主要包括厂前区、动力区、生产区、仓库区等.厂前区：包括行政楼、研发楼、职工食堂、医务室等主要建筑.动力区：包括变电站、锅炉房等.他们尽量靠近其服务地车间•这样可以减少管路地铺设和运输过程地损耗.生产区：应包括七大车间：原料车间、热电车间、造气车间、压缩车间、碳化车间、合成车间和尿素车间•还应有备件库、机修车间、消防车间等辅助车间•仓库区：应靠近主干道以便于运输.企业实行厂长负责制，各部门负责人直接受厂长负责，并实行三级管理，厂、科、车间及人员编制以组织好生产为原则.生产车间实行三班制，每班八小时，机械设备大修每二年一次机械设备保养每一年一次.表2.1合成氨全厂人员编制工种班制男女总人数热电岗 3 3 3位原料岗 3 3 3位造气岗 3 3 3位变换岗 3 3 3位脱碳岗 3 3 3位甲烷化 3 3 3岗位压缩岗 3 3 3位脱硫岗 3 3 3位尿素岗 3 3 3位司炉岗 3 3 3位技术员 1 3 1 4安全员 1 2 2辅助人 1 5 5员车间主任总计32 13 45第二章市场分析2.1国内市场预测氨是重要地无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位.除液氨可直接作为肥料外农业上使用地氮肥,例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氯水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨作为原料地.合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到 1亿吨以上,其中约有80%地氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品地原料.氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料.从氨可以制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、硝基纤维素等•在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源生产己二胺、人造丝等产品•氨地其它工业用途也十分广泛，例如,用作制冰、空调等系统地制冷济，在冶金工业中用来提炼矿石中地铜等金属，在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等•所以说合成氨在国民经济中占有十分重要地地位•2.2产品分析解放前我国只有两家规模不大地合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展.1949年全国氮肥产量仅0.6万吨,而1982年达到1021.9万吨,成为世界上产量最高地国家之一.近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥地大型化肥厂设备.我国自行设计和建造地上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥地大型化肥厂.这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进.第三章脱碳方法及种类3.1净化工序中脱碳地方法3.1.1化学吸收法化学吸收法即利用CO2是酸性气体地特点，采用含有化学活性物质地溶液对合成气进行洗涤,CO2与之反应生成介稳化合物或者加合物，然后在减压条件下通过加热使生成物分解并释放C02解吸后地溶液循环使用.化学吸收法脱碳工艺中，有两类溶剂占主导地位，即烷链醇胺和碳酸钾.化学吸收法常用于C02分压较低地原料气处理.(l)烷链醇胺类地脱碳工艺有：①-乙醇胺(monoethanolamine,H2NCH2CH2OH,ME法；②甲基二乙醇胺(methyl diethanolamine,CH3N(CH2CH2OH)2,MDEA 法；③活化MDEA法 (即aMDEAt艺).( 2)碳酸钾溶液作吸收剂地脱碳工艺 , 即热钾碱脱碳工艺有：①无毒G-V法；②苯菲尔法；③催化热钾碱(Cata carb )法；④Flexsorb法[2].3.1.1.1. 1MEA法MEA法是一种比较老地脱碳方法.吸收过程中,MEA与CO2发生反应生成碳酸化合物,经过加热即可将CO2分解出来.该法地最大优点是可以在一个十分简单地装置中，把合成气中地CO2脱除到可以接受地程度.但它本身存在两个缺点：( 1) CO2 能与吸收反应生成地碳酸化合物发生进一步反应生成酸式碳酸盐,该盐较稳定,不易再生；(2) CO2能与MEA发生副反应，生成腐蚀性较强地氨基甲酸醋 ,容易形成污垢 .3.1.1.2甲基二乙醇胺 MDEAMDEA法脱碳过程中,CO2与甲基二乙醇胺(MDEA一种叔胺)生成地碳酸盐稳定性较差, 分解温度低,且无腐蚀性.相对其它工艺,MDEA法有以下优点：(1)能耗和生产费用低；(2)脱碳效率高,净化气中CO2含量可小于1OOppm ( 3)使用范围广,可用于大、中、小各型合成氨厂；( 4)溶剂稳定性好；( 5)溶剂无毒、腐蚀性极小；( 6)能同时脱硫 . 由于MDEA具有以上优点，所以不需要毒性防腐剂，设备管道允许采用廉价碳钢材料，不需要钝化过程,耗热低, 设备管道不需要伴热盘管 , 能达到很好地节能效果 [3].在MDEA溶液中添加少量活化剂即为 aMDEA法,活化剂为眯哇、甲基咪哇等，浓度约为 2-5%.活性MDEAL艺开发于20世纪60年代末,第一套活化MDEA兑碳工艺装置是1971年在德国BAFS公司氨三厂投入使用在此后地几年里,另有8套装置采用了活化MDEA这些装置地成功使用,使得aMDE工艺自1982年后备受欢迎.我国在大型装置中使用MDEA兑碳工艺,乌鲁木齐石化公司化肥厂属于首例[4].BAFS公司推出地aMDEA兑碳工艺,主要用于对原来MEAT艺地改造，近几年我国一些研究单位正在对这方面进行积极地研究 .3.1.1.3低热耗苯菲尔法相对上述脱除CO2地吸收剂溶液，碳酸钾溶液更价廉易得，并具有低腐蚀，操作稳定，吸收CO2能力较强等特性.但碳酸钾溶液本身吸收 CO2地速度缓慢，需要添加一些活化剂.其中如无毒G-V法工艺就是由意大利Giammaro-Vetrocoke公司所开发,最初使用地活化剂和缓蚀剂为As2O3,但对人体有毒.后来有人用氨基乙酸取代 As2O3消除了毒性,成为无毒G- V 法.我国栖霞山化肥厂就采用了这种工艺 . 由美国联碳公司开发地低热耗苯菲尔法 , 用二乙醇胺(DEA)作活化剂,V2O5作为腐蚀防护剂.我国于20世纪90年代相继以布朗工艺建了4 套装置 , 即锦西天然气化工厂、建峰化肥厂、四川天华公司化肥厂和乌鲁木齐石化总厂第二化肥厂 , 规模都是日产氨 1000 吨. 低热耗苯菲尔工艺是由美国联碳公司在传统苯菲尔工艺基础上开发地 ,采用了节能新技术 . 国内在 20 世纪 70年代引进地 13套大型化肥装置中,有10套采用苯菲尔脱碳工艺 .从1985年起,己有 7套进行了用低热耗苯菲尔工艺改造 . 国内新建地以天然气为原料地大型合成氨装置 ,脱碳系统也多采用低热耗苯菲尔工艺 , 如锦天化厂、建峰厂、天华公司等 . 中海石油化学有限公司合成氨装置脱碳系统采用改良型苯菲尔流程[5].苯菲尔法可在高温下运行,再生热低,添加地V2O5可防腐蚀,但该工艺需对设备进行钒化处理 , 要求工人地操作水平较高 , 并且浪费溶剂 , 能耗大 , 特别蒸汽用得多 , 有效气体损失也大 , 运行成本高等缺点 .3.1.2 物理吸收法物理洗涤是CO2被溶剂吸收时不发生化学反应,溶剂减压后释放 CO2 (不必加热)，解吸后地溶液循环使用 . 相对化学吸收法 , 物理洗涤法地最大优点是能耗低 , CO2 不与溶剂形成化合物，减压后绝大部分CO2被闪蒸出来，然后采用气提或负压实现溶剂地完全再生.这就使得工艺投资省、能耗低、工艺流程简单 . 物理吸收法主要有 Selxeol 法、 Elour 法、变压吸附法及低温甲醇法等[6].物理吸收法常用于高CO2分压地原料气处理.3.1.2.1NHD 法NHD法被认为是目前能耗最低地脱碳工艺之一，该法使用地溶剂为聚乙二醇二甲醚地混合物,其分子式为CH3-O- (CH2-CH2-O)n-CH2式中n=2-8.NHD是兖矿鲁南化肥厂与南京化学工业集团公司研究院、杭州化工研究所共同开发成功地一种物理吸收硫化氢和二氧化碳等酸性气体地高效溶剂 [7].NHD 气体净化技术改造系脱除酸性气体地物理吸收新工艺 , 适合于合成气、天然气、城市煤气等地脱硫脱碳.NHD具有对设备无腐蚀，对CO2 H2S等酸性气体地吸收能力强、蒸汽压低 , 挥发性小、热稳定性和化学稳定性好、不会起泡 , 无腐蚀性等优点，并且该法在NHC地再生过程中几乎不需要能量，通常利用空分装置富余地低压氮气在气提塔进行脱碳富液地气提再生，其优点是减少利用空气气提带来系统内NHD溶液含水量地富集，省去了空气水冷、气水分离及 NHD兑水设备,节约了投资，简化了流程[8].3.122碳酸丙烯酯法(PC)法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸收剂地脱碳方法 . 其原理是利用在同样压力、温度下 , 二氧化碳、硫化氢等酸性气体在碳酸丙烯酯中地溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中地溶解度大得多来脱除二氧化碳和硫化氢而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是随压力升高和温度地降低而增加地 ,CO2 等酸性气体在碳丙溶剂中溶解量一般可用亨利定律来表达 , 因而在较高地压力下 ,碳酸丙烯酯吸收了变换气中地二氧化碳等酸性气体 ,在较低地压力下二氧化碳能从碳酸丙烯酯溶液中解吸出来 ,使碳酸丙烯酯溶液再生 ,重新恢复吸收二氧化碳等酸性气体地能力 . 碳酸丙烯酯法具有溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳定、无腐蚀、流程操作简单等优点 .该法C02地回收率较高,能耗较低,但投资费用较高•适用于吸收压力较高、C02净化度不很高地流程，国内主要是小型厂使用•用碳丙液作为溶剂来脱除合成氨变换气中C02X艺是一项比较适合我国国情地先进技术 ,与水洗工艺比较 ,除具有物理吸收过程显著地节能效果外 , 在现有地脱碳方法中 , 由于它能同时脱除二氧化碳、硫化氢及有机硫化物 , 加上再生无需热能，能耗较低等优势，在国外合成氨和制氢工业上已得到广泛应用.3.1.2.3变压吸附法变压吸附气体分离净化技术 , 简称 PSA( Pressure Swing Adsorption ). 变压吸附法是近几年才用于合成气净化地 , 它属于干法 , 采用固体吸附剂在改变压力地情况下 , 进行 (加压)吸附C02或(减压)解吸.变压吸附法分离气体混合物地基本原理是利用某一种吸附剂能使混合气体中各组份地吸附容量随着压力变化而产生差异地特性 ,选择吸附和解吸再生两个过程 , 组成交替切换地循环工艺 , 吸附和再生在相同温度下进行 . 可用此法改造小型氨厂,将低能耗,在大型氨厂使用显得困难 [9].为了达到连续分离地目地 , 变压吸附脱碳至少需要两个以上地吸附塔交替操作 , 其中必须有一个吸附塔处于选择吸附阶段 , 而其它塔则处于解吸再生阶段地不同步骤 . 在每次循环中,每个吸附塔依次经历吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最终升压等工艺步骤 .目前, 此种类型地装置在全国合成氨厂已广泛采用 . 如四川什邡某氮肥厂为天然气富氧造气,变换气脱碳采用我公司近年来开发地节能型变压吸附脱碳新工艺 ,多塔进料,多次均压, 并实现了吸附塔和真空泵地新组合 , 同时对吸附剂、程控阀门、控制系统、动力设备地配置都做了较大地改进，从而使H2、N2有效气体回收率大大提高，能耗进一步降低，装置投资也有所减少 [10].3.1.2.4低温甲醇洗法低温甲醇洗工艺( Rectisol Process )系由德国林德公司( Linde )和鲁奇公司 ( Lurgi )开发 , 是利用甲醇溶剂对各种气体溶解度地显著差别 , 可同时或分段脱除 H2S、 C02和各种有机硫等杂质，具有气体净化度高、选择性好、溶液吸收能力强，操作费用低等特点, 是一种技术先进、经济合理地气体净化工艺 . 自 1954 年 Lurgi 公司在南非 Sasol 建成世界上第一套工业规模地示范性装置以来 , 目前有 100 余套装置投入运行 , 尤其是大型渣油气化和煤气化装置地气体净化均采用低温甲醇洗工艺 .低温甲醇(Rectisol)法具有一次性脱除 C02溶液便宜易得,能耗低,适用范围广泛等特点. 但该法投资很大 , 我国镇海炼化厂大化肥等四家以重油和煤为原料地合成氨装置使用了低温甲醇法脱除C02.3.1.3 物理化学吸收法物理化学吸收法脱除 C02工艺主要有环丁砜(Sulfinol) 法和常温甲醇(Amisol)法,物理化学吸收法常用于中等 C02分压地原料气处理.环丁砜法中所使用地溶剂由是环丁矶、二异丙醇胺与水组成，能同时吸收C02和硫地化合物，且吸收速度快，净化度高，但再生耗热多，目前只有一些中小型厂使用•常温甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，当C02分压升高时，以其在甲醇中溶解地物理吸收为主；当C02分压较低时，以其与二乙醇胺发生化学反应地化学吸收为主,该法应用范围广,净化率高，但对H2S和C02地选择性较差,己很少使用.3.1.4固体吸收法固体吸附是C02在加压时被吸附在多孔状固体上,减压时吸附地C02被解吸,亦称变压吸附.3.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳基本原理3.2.1 PC法脱碳技术国内外地情况PC为环状有机碳酸酯类化合物,分子CH3CH0C02C该法在国外称Fluor法.PC法是南化集团研究院等单位于 20世纪70年代开发地技术，1979年通过化工部鉴定.据初步统计，已有150余家工厂使用PC技术，现有装置160余套，其中大型装置两套，其余为中小型装置.大部分用于氨厂变换气脱碳.总脱碳能力约300万吨合成氨/年，其中配尿素型应用较多,占60%左右,至今该法仍是联碱、尿素、磷铵等合成氨厂使用最广地脱碳方法，其开工装置数为MDEA NHD法总和地数倍.3.2.2发展过程PC技术地应用，主要经历了两个阶段：第一阶段始于 70年代末，两个小氮肥厂用PC 法代替水洗法脱 C02地工业实验装置获得成功，取得了明显地节能效果和经济效益.加之 PC法在工艺上与水洗法相似，改造费用低，很快在一些小氮肥企业中推广应用；第二阶段,20世纪90年代以来，随着小化肥改变碳铵单一产品结构，适应市场需要，采用脱碳增氨转产尿素或联醇等方法，以提高经济效益，增强小化肥地竟争能力.为此,需要增设一套变换气脱碳装置，由于PC 技术为典型地物理吸收过程，流程简单,投资少,节能明显,技术易于掌握.因此，很快得到了推广，并扩大了应用范围，技术上也趋于成熟.3.2.3技术经济由于碳丙脱碳纯属物理过程，因而它地能耗主要消耗在输送流体所须地电能.碳丙溶剂对C02等酸性气体地吸收能力较大，一般为同条件下水吸收能力地 4倍.因此,代替水洗法脱除变换气中C02不但满足铜洗要求，而且回收C02地浓度和回收率也能满足尿素、联碱生产地要求.与水洗法相比可节省电耗 150-250KWh/tNH3,可节省操作费10-25元/t NH3. 因而应用碳丙脱碳地厂家均可获得明显地节能效果.但这种效果随着工艺配置、设备、操作状况,处理规模和目地地不同而差异较大.碳丙脱碳与几种脱碳方法地能耗比较如表 1.1.表1.1几种脱碳方法地能耗比较表方法加压苯菲位阻改~良NHD P324工艺流程(1)原料气流程由压缩机三段送来2.3MPa地变换气首先进入水洗塔底部与水洗泵送来地水在塔内逆流接触,洗去变换气中地大部分油污及部分硫化物，并将气体温度降到30°C以下，同时降低变换气中饱和水蒸汽含量•气体自水洗塔塔顶出来进入分离器，自分离器出来地气体进入二氧化碳吸收塔底部，与塔顶喷淋下来地碳酸丙烯酯溶液逆流接触，将二氧化碳脱至工艺指标内.净化气由吸收塔顶部出来进入净化气洗涤塔底部，与自上而下地稀液(或脱盐水)逆流接触，将净化气中夹带地碳酸丙烯酯液滴与蒸气洗涤下来，净化气由塔顶出来后进入净化气分离器，将净化气夹带地碳酸丙烯酯雾沫进一步分离，净化气由分离器顶部出来回压缩机四段入口总管•根据各厂地具体情况和氨加工产品地不同，相匹配地碳丙脱碳条件及要求亦各异.在使用上,有替代加压水洗型、联碱型、配尿素型、联醇型、生产液氨型以及制氢等各类型；在净化效率上，有地对C02进行粗脱,而大部分厂家，则进行精脱；对脱碳压力，有采用 0.4MPa 1.1-1.3Mpa、1.6-1.8Mpa、2.5-2.8Mpa 及 4.3Mpa 等多种类型.(2)解吸气体回收流程由闪蒸槽解吸出来地闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔，自下而上与自上而下地稀液逆流接触，将闪蒸气夹带地液滴回收下来.闪蒸气自闪蒸气洗涤段出来后进入闪蒸气分离器，将闪蒸气夹带地碳酸丙烯酯液滴进一步分离下来，闪蒸气自分离器顶部出来送碳化，脱除二氧化碳并副产碳酸氢铵后，闪蒸气回压缩机一段入口总管.由常解塔解吸出来地常解气进入常解-汽提气洗涤塔地常解气洗涤段，与自上而下地稀液逆流接触，将常解气中夹带地碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中地碳酸丙烯酯蒸气回收下来,常解气自常解气洗涤段出来后进入常解气分离器，将常解气中夹带地碳酸丙烯酯液滴进一步分离，常解气自分离器顶部出来送食品二氧化碳工段.汽提气由汽提塔出来后进入常解-汽提气洗涤塔地汽提气洗涤段，与自上而下地稀液逆流接触，将汽提气中夹带地碳酸丙烯酯液滴和饱和汽提气中地碳酸丙烯酯蒸气回收下来，经洗涤后汽提气由塔顶放空.(3)液体流程(a)碳酸丙烯酯脱碳流程简述贫碳酸丙烯酯溶液从二氧化碳吸收塔塔顶喷淋下来，由塔底排出称为富液.富液经自调阀进入溶液泵-涡轮机组地涡轮，减压后进入闪蒸槽，自闪蒸槽出来地碳酸丙烯酯液一部分进入过滤器，大部分不经过过滤器，二者混合过后进入常解-汽提塔地常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出来经过两液封槽进入汽提塔顶部，与自下而上地空气逆流接触，将碳酸丙烯酯溶液中地二氧化碳进一步汽提出来，经汽提后地碳酸丙烯酯溶液为贫液，贫液由汽提塔出来进入循环槽 , 再由循环槽进入溶液泵 - 涡轮机组地溶液泵 ,由泵加压后经碳酸丙烯酯溶液冷却器降温 , 进入二氧化碳吸收塔 ,从而完成了碳酸丙烯酯溶液地整个解吸过程 .(b)稀液流程循环稀液(或软水)由常解 -汽提气洗涤塔地常解段出来 , 经稀液泵加压后送往净化气洗涤塔上部自上而下 .由塔底出来经自调阀进入闪蒸气洗涤塔地上部自上而下 , 由底部出来经自调阀进入常解-汽提气洗涤塔地汽提气洗涤段自上而下，由底部出来经一 U型液封管进入常解气洗涤段继续循环 .3.2.5存在地问题及解决方法综合分析PC法脱碳各厂地使用情况，最具代表性地问题有：( 1)溶剂损耗高 . 造成这一问题原因有三个因素：a.PC溶剂蒸汽压高；b.PC气相回收系统不完善；c.操作管理水平地影响 .(2)净化气中CO2含量容易跑高,吨氨电耗高.净化气中C02含量高,原因是多方面地如再生效果不好 , 系统残碳高或冷却不好等等 .目前 , 碳丙脱碳技术已提高到一个新地阶段 , 工业应用地或即将应用地最有吸引力地进展有以下几个方面 .3.2.6PC 脱碳法发展趋势塔器地优化包括塔径、塔填料、塔内件、塔过程控制地技术改造, 改造后往往可提高20%-50%或更高地生产能力 , 改造主要分两部分进行 : 一是脱碳塔气液分布器和填料地改造 , 其目地是提高通气量和强化气液接触效率 , 加大润湿面积 . 具体办法是设税全截面均匀分布地气体和液体分布器 , 部分或全部采用规整填料；二是再生塔地改造 . 由于传统设计中再生塔常解段均为淋降式 , 当系统硫含量高时 , 受逆流及淋降板开孔直径地限制 , 易造成溶液中地单质硫积累结垢 , 渐渐堵塞淋降板上地开孔 , 使其失效故往往生产 2 年后再生效果会明显不如以前.由此可见,必须对这种结构彻底改造 .具体办法是将常解段改为筛板或填料塔型 , 并增设类似塔型地真空解读段 .改造工作除了塔器以外 , 还进行了系统工艺优化 , 具体内容有：( 1)调整溶剂泵地扬程 , 串联 1 台增压泵；( 2)气提流程由原正压气提改为负压气提 , 有利于提高贫度；( 3) 降低变换气和循环溶剂地温度 , 以提高碳丙吸收能力；( 4)采取碳丙溶剂半过滤或全过滤方法, 杜绝系统堵塞隐患；( 5)提高变换气脱硫效果；( 6)碳丙稀液回收改造 [11].3.2.6.1 复合溶剂法用两种或两种以上地物理、化学或物理化学溶剂作为复合溶剂净化酸性气体地研究 , 多年来一直方兴未艾 . 复合溶剂法地优点从选择性和吸收能力分析 , 特别是高分压下 , 选择合适地复合溶剂 , 优于纯溶剂 , 显著地提高了溶剂地吸收能力；另一方面明显地降低了能耗除此以外，复合溶剂为了达到操作特性要求所作地混合过程，还具有其它方面地灵活性，即。
脱碳装置碳酸丙烯酯的回收与改进
（） １ 没有 回收 净化 气 、 闪蒸 气 中 的 Ｐ Ｐ Ｃ， Ｃ消
１２ Ｐ ． Ｃ二级 回收 工艺
耗仍较 高 。要将 吨 氨 Ｐ ｃ消 耗 降 到 ０ ５ｋ 下 ， ． ｇ以
不 回收净化 气 、 闪蒸气 中的 Ｐ Ｃ是 难 以实现 的 。
１ 几种 Ｐ Ｃ回收 工艺的分析与 比较
１１ Ｐ ． Ｃ一级 回收工 艺
常解气夹带的稀液使去二氧化碳压缩机的管道腐
蚀严 重 。
（ ） 入洗 涤塔 的 常解 气 体 积 流量 约 占气 提 ７进 气体 积流 量 的 ５ ％ ～ ５ ， 洗 涤塔 上 下段 的直 ０ ５％ 而
通 用设 计 的 是 Ｐ Ｃ一 级 回 收 工 艺 ， １台 常 用 压洗 涤塔 回收气 提气 、 常解 气 中的 Ｐ 。通用 设 计 Ｃ
降低 了 Ｐ Ｃ回收率 。
（） ６ 出洗 涤 塔 的气 提 气 、 解 气 中夹 带 有 较 常 多 的稀液 。气 提气 夹带 的稀 液 排 到 大气 后 ， 致 导
管道 的腐蚀 ， 当前 合 成 氨 生 产 的 节 能 降耗 具 有 对
十分 重要 的意义 。
脱碳 系统 室外设 备 的表 面和 平 台 、 梯子 腐蚀严 重 ；
（） ３ 由于仅 是 Ｐ Ｃ一级 回收 ， 了保 证 相对 高 为 些 的 Ｐ 回收 率 ， ｃ 回收 的稀 Ｐ Ｃ液 质 量 分 数 仅 为 ８ ～１％ ， ％ ２ 由稀 液 带 人脱 碳 系 统 的水 量 多 ， 脱 对
碳 的吸收 和运行 产 生不利 影 响 。
（） ４ 当循 环 的稀 Ｐ ｃ液质 量分 数提 高到 ８ 一 ％
１ ％ 时 ， 取 出一部 分稀 液补人 脱碳 系 统 ， 补人 ２ 要 再
脱碳塔泛点气速计算
操作的液气比 操作的液气比愈大，则在一定气速下液体喷淋量愈大，填料 层的持液量增加而空隙率减小，故泛点气速愈小。
2、贝恩-霍根关联式
W a G 0.2 L 0.25 G 0.125 lg[ ( 3 ) L ] A 1.75( ) ( ) g L G L
2 F
WF =?
＝－0.882 ＋ 185.5/154.9
＝－0.882 ＋ 1.1975
＝ 0.3155
μL＝ 2.07(mPa﹒s)
液体的流量L
设脱碳塔出口净化气中CO2含量为1.0％，且变换气中其它气体 未被吸收，量不变，则有 17540.743 m3/h * （1 - 1.0%）= 净化气量 * （1- 28.43% ）
液体的流量L (LV ﹒γL ) = 538.8343 m3/h * 1.1872 kg/m3 = 639.7041 kg/h
将以上数值带入贝恩-霍根公式：
g—9.8m/s2 a/ε^3 －143.3m-1 γG /γL ＝0.8396kg/m3（标)/1187.2 kg/m3 ＝7.072*10^(-4) μL ＝ 2.07(mPa﹒s) A = 0.022 L/G ＝ 639.7041 kg/h / 14727.2078 kg/h＝ 0.04344 lg[WF^2/9.8 * 143.3 * 7.072*10^(-4) * 2.07 ^0.2] = 0.022 – 1.75 * 0.04344^0.25 * 7.072*10^-4 ^0.125
则x
CO2 =
0.0434 kmol/kmol碳酸丙烯酯
= 9.722 * 10-4 m3 （标） / 8.5992 * 10-5 m3碳丙 = 11.3057 m3 （标） / m3 碳丙
吸收塔的设计
填料吸收塔设计任务书一：一、设计任务1、合成氨原料气量30000Nm3/h3、要求出塔净化气含CO20.5%（V%）二、操作条件1、吸收剂采用碳酸丙烯酯，可根据解吸操作情况决定其CO2含量或视为不含CO2。
2、气体进塔温度30℃，碳酸丙烯酯进塔温度30℃。
3、操作压强 1.6MPa三、设计内容1、设计方案的确定及流程说明2、填料吸收塔的塔径、填料层高度或塔高3、填料塔附属结构的选型与设计4、吸收塔工艺流程图5、填料吸收塔工艺条件图四、设计成果1、设计说明书一份2、设计图纸：吸收工艺流程图；3、吸收塔工艺条件图任务书二：小合成氨厂精炼再生气氨吸收塔的设计一、设计条件1、操作方式：连续操作2、生产能力：处理再生气量为1000Nm3/h3、操作温度：30℃4、操作压力：常压5、混合气组成：CO——89.9%, NH3——10.1%(体积分率)6、吸收剂：清水7、出塔尾气浓度：NH3≤0.04%（体积分率）8、出塔氨水浓度：含NH3量不大于2%（质量分率）二、设计要求1、流程布置与说明2、工艺过程的计算3、填料的选择4、填料塔工艺尺寸的确定5、输送机械功率的计算与选型6、附属装置的选择三、设计成果1、设计说明书一份2、设计图纸：吸收工艺流程图；3、吸收塔工艺条件图任务书三：水吸收变换气中CO2的填料塔设计（一）设计任务1、气体处理量：1300Nm3/h3、出塔气体中CO2含量：1%（体积）4、设备型式：填料吸收塔（二）操作条件1、水洗塔底压强：1.8MPa2、吸收温度: 30℃3、进塔水中含CO2：25ml/l4、水洗饱和度：70%（三）设计内容1、设计方案确定及流程说明2、填料塔的工艺计算及设计3、填料塔附属结构的选型4、填料吸收塔的工艺条件图。
碳酸丙烯酯制备工艺
碳酸丙烯酯制备工艺1. 引言碳酸丙烯酯是一种重要的有机化工原料，广泛应用于高分子材料、药品、食品添加剂等领域。
其制备方法主要有酯化法、缩合法、光化学法等，其中酯化法是目前工业上最常用的制备方法。
本文就碳酸丙烯酯的酯化法制备方法进行介绍和分析。
2. 酯化法原理酯化法就是将丙烯酸与甲醇或乙醇等醇类反应，生成碳酸丙烯酯的化学反应。
此反应需要催化剂存在，一般采用酸催化剂，如硫酸、氢氟酸等，也可以采用有机酸催化剂，如甲酸、丙酮酸等。
3. 酯化反应机理酯化反应是一种经典的酸催化反应，其反应机理如下：首先催化剂将醇中的羟基离子化，形成H+离子。
然后H+离子将丙烯酸中的羧基的氧化氢离子去掉，使羧基变为电子亲和力更强，带负电荷的羧酸离子。
最后，羧酸离子和醇中的羟基发生酯化反应，生成碳酸丙烯酯和水。
4. 工艺流程碳酸丙烯酯的制备工艺主要包括酸催化反应、中和、分离等步骤。
4.1 酸催化反应将均质的丙烯酸和甲醇按一定比例混合，在加入硫酸等酸催化剂的条件下，进行酯化反应。
反应温度一般在60-80℃之间，反应时间需要根据反应条件调整，一般在1-2h之间。
4.2 中和反应结束后，要进行中和处理，以确保反应体系的酸碱度处于中性状态。
中和可以采用氢氧化钠等碱性物质进行处理，中和后可进一步进行水洗。
4.3 分离经过中和处理后，反应产物中仍然有水和无机酸，需要进行分离。
分离一般采用蒸馏法，将产物中的水和无机酸分离出来。
此外，还需要进行净化处理，去除杂质和无用物质，使得产物纯度达到标准。
5. 工艺优劣碳酸丙烯酯的酯化法制备方法具有工艺简单、反应速度快、产物纯度高等优点，适用于规模化生产和工业化应用。
但是，该方法存在废弃物多、环境污染等问题，需要进行废物处理和环保措施。
6. 结论酯化法是制备碳酸丙烯酯的一种重要方法，其反应机理简单，工艺流程简便，生产效率高。
但是，需要注意环保问题，提高反应产物的纯度，以保障产品质量和工业生产的稳定性。
合成氨脱碳工艺
合成氨脱碳工艺简介合成氨生产工艺简述合成氨是一个传统的化学工业，诞生于二十世纪初。
就世界范围来说，氨是最基本的化工产品之一，其主要用于制造硝酸和化学肥料等。
合成氨的生产过程一般包括三个主要步骤: （l）造气，即制造含有氢和氮的合成氨原料气，也称合成气；（2）净化，对合成气进行净化处理，以除去其中氢和氮之外的杂质；（3）压缩和合成，将净化后的氢、氮混合气体压缩到高压，并在催化剂和高温条件下反应合成为氨。
其生产工艺流程包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及输人氨库和氨吸收八个工序[1]。
在合成氨生产过程中，脱除CO2是一个比较重要的工序之一，其能耗约占氨厂总能耗的10%左右。
因此，脱除CO2，工艺的能耗高低，对氨厂总能耗的影响很大，国外一些较为先进的合成氨工艺流程，均选用了低能耗脱碳工艺。
我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也显得比较落后，因此，结合具体情况，推广应用低能耗的脱除CO2工艺，非常有必要。
1.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用在最终产品为尿素的合成氨中，脱碳单元处于承前启后的关键位置，其作用既是净化合成气，又是回收高纯度的尿素原料CO2。
以沪天化1000t/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口的CO2含量经吸收后降到0.1%以下，以避免甲烷化系统超温并产生增加能耗的的合成惰气，同时将吸收的CO2再生为99%纯度的产品CO2。
在此过程中吸收塔压降还应维持在合理范围内以降低合成气压缩机的功耗。
系统的扩能改造工程中，脱碳单元将为系统瓶颈，脱碳运行的好坏，直接关系到整个装置的安全稳定与否。
脱碳系统的能力将影响合成氨装置的能力，必须同步进行扩能改造。
但是不论用什么原料及方法造气，经变换后的合成气中都含有大量的CO2，原料中烃的分子量越大，合成气中CO2就越多。
用天然气（甲烷)为原料的烃类蒸汽转化法所得的CO2量较少，合成气中CO2浓度在15-20%，每吨氨副产CO2约1.0-1.6吨。
合成氨原料气中CO2吸收塔的设计肖永鹏
安徽大学江淮学院《化工原理》课程设计设计题目：合成氨原料气中2CO吸收塔的设计专业班级：11化学工程与工艺学生姓名：吴雪锋学号：JP114017指导教师：郑争志起止日期：2014.5.22—2014.6.81 引言1.1 合成氨原料气中CO2的脱除工艺发展及现状气体净化是工业上重要的过程之一。
随着各工业过程的要求不同，有的需要对原料气体进行净化处理，有的需要对生产过程中产生的气体进行净化，有的需要对尾气进行净化等。
在合成氨生产中，由于制气原料主要碳和含碳化合物，经制气和一氧化碳变换后，变换气中除含有对氨合成有用的氢气等，同时还含有二氧化碳、一氧化碳、甲烷、硫化氢等对氨合成有害的杂质组分。
在这些杂质组分中又以二氧化碳的含量最高。
如在生产过程中，不及时将二氧化碳从变换气中除去，将会使后续工序无法正常进行。
脱除原料气中大量二氧化碳的方法主要分为三大类：化学吸收法、物理化学法和物理吸收法。
本次设计中主要运用物理吸收法。
则以下主要介绍物理吸收法。
物理吸收法是指吸收剂并不与二氧化碳发生化学反应的一类脱碳方法。
它是基于不同压力下的二氧化碳在吸收剂中有不同的平衡溶解度这种性质而发展起来的。
这类方法中的吸收剂大多为有机溶剂，它们普遍具有溶解二氧化碳量大的特点，尤其是在加压时。
此外吸收剂的再生大多不必加热，仅通过简单的降压或常温气提（惰性气体吹洗）。
碳酸丙烯酯脱除CO到五十年代才有较系统的报导, 它具有许多有趣的性质,2而且原料易得, 目前已广泛应用在石油化学工业中。
六十年代开始, 有专利刊出, 把碳酸丙烯酯用在合成氨工业中的脱除原料气中二氧化碳。
从变换气中脱出二氧化碳在合成氨工业中占有重要的位置, 过去我国较多采用水洗的方法, 由于二氧化碳在水中的溶解度很小, 大量循环水耗费巨大的动力, 水洗法所耗电能约为200瓦/（吨氨）。
若用乙醇胺的水溶液脱除, 溶液再生需耗热, 在燃料紧张, 而且可减压地区，也不可取。
为此希望寻找一种有机溶剂, 既能溶解大量CO2再生, 减少燃气消耗。
丙烯精制塔工艺设计论文(DOC 42页)
丙烯精制塔工艺设计论文(DOC 42页)毕业设计（论文）手册学院：职业技术学院专业班级：化工 0832姓名：杨文龙指导教师：王景芸2011 年 6 月毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）评阅书毕业设计（论文）评阅书毕业答辩情况表答辩时间：年月日摘要本人所设计所依据的是以丙烯精制塔为设计原型。
我所设计的题目是年产60000吨丙烯精制塔设计，开工周期为7900小时/年，其中原料主要组成为丙烯，丙烷，丁烷等组分，按各组分的沸点和相对挥发度的不同使各组分分离。
工艺流程说明如下：原料（丙稀、丙烷、丁烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。
气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。
将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。
另一部分凝液作为回流返回塔顶。
回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。
当流至塔底时，被再沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。
设计时，依次进行了物料衡算、热量衡算、塔结构的相关工艺计算，及换热设备的计算及附属设备的选型。
设备选型方面主要按照现场实际，并兼顾工艺控制要求与经济合理性。
随着先进控制技术的兴起，关键控制指标由定值控制向区间控制转变，调节变量与控制变量的关系由单对单向多变量预估控制转变。
它是装置控制技术发展的方向，正在逐步普及。
为了为装置以后上先进控制提供方便，我们在设计时，注意为塔顶温度，塔底温度，回流量等指标保留较大的操作弹性。
关键词：丙烯；精馏塔；物料衡算；热量衡算；塔温；操作弹性；目录1.前言 (1)1.1丙烯概述 (1)1.1.1主要特性 (1)1.1.2危险性 (1)1.2丙烯行业特点 (2)2.丙烯精制塔的工艺计算 (3)2.1原始数据 (3)2.2物料衡算 (4)2.2.1关键组分 (4)2.2.2计算塔顶小时产量 (4)2.2.3计算塔釜质量组成 (5)2.2.4质量分数转换 (5)2.2.5计算进料量和塔底产品量 (6)2.2.6物料衡算计算结果 (7)2.3塔温的确定 (8)2.3.1确定进料温度 (8)2.3.2确定塔顶温度 (8)2.3.3确定塔釜温度 (9)2.4塔板数的计算 (10)2.4.1最小回流比的计算 (10)2.4.2计算最少理论板数 (11)2.4.3塔板数和实际回流比的确定 (12)2.5确定进料位置 (12)2.6全塔热量衡算 (13)2.6.1冷却器的热量衡算 (13)2.6.2再沸器的热量衡算 (13)2.6.3全塔热量衡算 (14)2.7板间距离的选定和塔径的确定 (15)2.7.1计算混合液塔顶、塔釜、进料的密度及气体的密度 (15)2.7.2求液体及气体的体积流量 (17)2.7.3初选板间距及塔径的估算 (17)2.8浮阀塔塔板结构尺寸确定 (19)2.8.1塔板布置 (19)2.8.2溢流堰及降液管设计计算 (20)2.9水力学计算 (21)2.9.1塔板总压力降的计算 (21)2.9.2雾沫夹带 (22)2.9.3淹塔情况校核 (26)2.10浮阀塔的负荷性能图 (26)2.10.1雾沫夹带线 (26)2.10.2液泛线 (28)2.10.3降液管超负荷线 (30)2.10.4泄露线 (30)2.10.5液相下限线 (31)2.10.6操作点 (31)2.11塔的附属设备计算 (32)2.11.1再沸器的计算 (32)2.11.2塔顶冷凝器的计算 (33)2.11.3确定塔体各接管及材料 (33)3.总结 (38)4.致谢 (39)设计参考资料 (40)1.前言1.1丙烯概述【6】丙烯（propylene,CH2=CHCH3）常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体。
化学工程与工艺毕业设计
年产40万吨合成氨脱碳工段的设计刘浪浪（陕理工化学学院化工专业061班级，陕西汉中723000）指导老师：李志洲[摘要]脱碳工段是合成氨工程中必不可少的工段之一，二氧化碳吸收塔和溶液再生塔是脱碳过程中不可缺少的塔设备。
合成氨厂无论使用何种原料制成原料气，经变换后，都含有大量的二氧化碳。
这些二氧化碳如果不在合成氨工序前及时除净，氨的合成就无法进行下去；另一方面，二氧化碳本身是制取尿素、碳酸氢铵等产品的原料，也可加工成干冰、食品级二氧化碳。
二氧化碳吸收塔的设计具有回收二氧化碳的功能。
本文权衡众多合成氨脱碳方法之利弊，最终选择碳酸丙烯酯脱碳法。
首先进行工艺流程分析并根据工艺参数及有关标准进行二氧化碳吸收塔和解析塔内的物、热量衡算；其次就二氧化碳吸收塔、溶液再生塔等设备利用物理吸收机理、传质传热方程、溶液物性数据等方面的知识进行塔体的总体结构设计和计算；然后对二氧化碳吸收和解析塔进行了必要的强度校核；最后对脱碳工段车间结构布置进行合理的设计。
本设计作为理论上的准备工作，为分析工艺流程、设备设计上存在的问题、确定问题的根源、提出解决问题的合理方案准备了充分的理论依据。
[关键词] 碳酸丙烯酯法；脱碳工艺；工程设计The Design of the Decarbonization Section in the Production of the 40 thousand tons Synthetic Ammoniaper yearLiu Lang-lang(Grade06,Class1,Major chemical engineering and technology,chemistry Dept.,Shaanxi University ofTechnology,Hanzhong 723001,Shaanxi)Tutor:Li Zhi-zhouAbstract:Decarbonizing section is one of the absolutely necessary sections in the Synthetic Ammonia, and the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are indispensable tower equipment in the Synthetic Ammonia. Whether the ammonia plant use what raw materials to make feed gas, it contains large amount Carbon dioxide after transformation. The ammonia can not be synthesized if these Carbon dioxide are not removable in time. the other hand, the Carbon dioxide is the raw material of the urea and ammonium bicarbonate etc,it can be processed carbon dioxide ice, food grade Carbon dioxide. Designing Carbon dioxide absorption tower is function to recovery Carbon dioxide.This paper tradeoff advantages and disadvantages of much approach to decarbonization, propylene carbonate (PC) decarboniza-tion is selected finally. The technological process was analyzed, and the material and heat was balanced according to parameters and relevant standards firstly. The tower body general structure was designed calculation by using physical absorption Mechanism, mass transfer and heat transfer equation, solution -physical data stc secondly. And then the strength of the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are checked. The decarbonizing section structural arrangement was reasonable design finally. As the theoretical preparation work, this designing prepare sufficient theoretical basis for people to analysis the problems of technological process, equipment design, determined root of problems, posing reasonable plan to solve problems.Keywords:Decarbonization process;Carbon dioxide removal with PC method;Proeess design目录第一章绪论 (1)1.1合成氨工业概况 (1)1.1.1我国合成氨工业发展概况 (1)1.1.2发展趋势 (1)1.1.3合成氨生产工艺简述 (2)1.1.4合成氨工业中脱碳单元的作用 (2)1.1.5脱碳方法概述 (2)1.2净化工序中脱碳方法 (2)1.2.1化学吸收法 (2)1.2.2物理吸收法 (3)1.2.3物理化学吸收法 (5)1.2.4固体吸附 (5)1.3碳酸丙烯酯（PC）法法脱碳工艺基本原理 (5)1.3.1PC法脱碳技术国内外现状 (5)1.3.2发展过程 (5)1.3.3技术经济 (5)1.3.4工艺流程 (5)1.3.5存在的问题及解决的办法 (6)1.3.6 PC法脱碳技术发展趋势 (6)1.4工艺设计的意义和目的 (7)第二章物、热量恒算 (8)2.1计算依据CO2的PC中的溶解度关系 (8)2.2 PC的密度与温度的关系 (8)2.3 PC的蒸汽压 (9)2.4 PC的黏度 (9)2.5物料衡算 (9)2.5.1各组分在PC中的溶解量 (9)2.5.2 溶剂夹带量 (9)2.5.3 溶液带出的气量 (9)2.5.4出脱碳塔净化气量 (9)2.5.5计算PC循环量 (10)2.5.6入塔液中CO2夹带量 (10)2.5.7带出气体的质量流量 (10)2.5.8验算吸收液中净化气中CO2的含量 (10)2.5.9出塔气的组成 (10)2.6热量衡算 (10)2.6.1混合气体的定压比热容 (10)2.6.2液体的比热容 (11)2.6.3 CO2的熔解热 (11)2.6.4出塔溶液的温度 (11)第三章结构设计 (12)3.1确定吸收塔塔径及相关参数 (12)3.1.1求取泛点气速和操作气速 (12)3.1.2求取塔径 (12)3.1.3核算操作气速 (12)3.1.4核算径比 (12)3.1.5校核喷淋密度 (12)3.2填料层高度的计算 (13)3.2.1建立相应的操作线方程和向平衡方程 (13)3.2.2利用两线方程求取传质推动力 (13)3.2.3 气相传质单元数的计算 (14)3.2.4 气相总传质单元高度 (14)3.2.5塔附属高度 (18)3.2.6填料层压降计算 (19)3.2.7液体初始分布器 (19)3.2.8丝网除沫器 (20)3.2.9防涡流挡板的选取 (20)3.2.10填料支撑装置 (20)3.2.11填料床层限制器 (21)3.2.12裙座的设计计算与选取 (21)3.3确定解吸塔塔径及相关参数 (21)3.3.1求取解析塔操作气速 (21)3.3.2求取塔径 (22)3.3.3核算操作气速 (22)3.3.4核算径比 (22)3.3.5校核喷淋密度 (23)3.4填料层高度的计算 (23)3.4.1建立相应的操作线方程和向平衡方程 (23)3.4.2利用两线方程求取传质推动力 (23)3.4.3传质单元数的计算 (24)3.4.4气相总传质单元高度 (24)3.4.5塔附属高度 (28)3.4.6填料层压降计算 (28)3.4.7初始分布器和再分布器设计 (29)3.4.8气体分布器 (29)3.4.9丝网除沫器 (30)第四章塔内件机械强度设计及校核 (31)4.1吸收塔机械强度设计及校核 (31)4.1.1吸收塔筒体和裙座壁厚计算 (31)4.1.2吸收塔塔的质量载荷计算 (31)4.1.3地震载荷计算 (32)4.1.4风载荷计算 (33)4.1.5各种载荷引起的轴向应力 (35)4.1.6筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 (35)4.1.7裙座和筒体水压试验应力校核 (36)4.1.8基础环设计 (38)4.1.9地脚螺栓计算 (38)4.2解析塔机械强度设计及校核 (39)4.2.1吸收塔筒体和裙座壁厚计算 (39)4.2.2解析塔塔的质量载荷计算 (39)4.2.3塔自振周期计算 (40)4.2.4地震载荷计算 (40)4.2.5风载荷计算 (41)4.2.6各种载荷引起的轴向应力 (43)4.2.7筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 (44)4.2.8裙座和筒体水压试验应力校核 (44)4.2.9基础环设计 (46)4.2.10地脚螺栓计算 (46)第五章辅助设备设计与选取 (48)5.1储罐的选择 (48)5.2泵的选择 (48)5.3风机的选择 (49)5.4接管管径计算 (49)5.4.1进气管径 (49)5.4.2出塔气管径 (49)5.4.3进料管径 (49)5.4.4釜液排除管径 (49)总论与评价 (51)参考文献 (53)致谢 (54)第一章绪论1.1合成氨工业概况1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨：CaCN2＋3H2O→2NH3＋CaCO3在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模(以合成塔单塔能力为依据)随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。
生产碳酸丙烯酯的工艺流程
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碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计 学 校 XX工程技术大学 专 业 姓 名 学 号
XX工程技术大学 1 / 24
化工原理课程设计任务书 课程设计题目——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48500t/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：CO2：28.0；CO：2.5；H2：47.2；N2：22.3。（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）的物理性质 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
温度，（℃） 0 15 25 40 55 ρ（kg/m3） 1224 1207 1198 1184 1169 2.比热计算式 2 / 24
C)kJ/(kg1000181.039.1tc
p
3.CO2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 4.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解热 可近似按下式计算（以2CO
HΔ表示）
676187.459.4
iiBBHKJ/kmol,2COΔ
5.其他物性数据可查化工原理附录。 1 / 24
目录 一、设计依据：1 二、基础数据2 1.CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度2 2.PC密度与温度的关系3 3.PC蒸汽压的影响4 4.PC的粘度4 5.工艺流程确定4 三、物料衡算5 1.各组分在PC中的溶解量5 2.雾沫夹带量Nm3/m3PC5 3.溶液带出的气量Nm3/m3PC5 4.出脱碳塔进化气量：6 5.计算PC循环量：6 6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量6 7.出塔气体的组成：7 8.计算数据总表8 四、热量恒算9
1.混合气体的定压比热容pVC9
2.液体的比热容pLC9 3.CO2的溶解热sQ10 4.出塔溶液的温度1LT10 5.最终的衡算结果汇总11 五、设备的工艺与结构尺寸的设计计算12 1．求取塔径13 2.核算操作气速13 3. 核算径比13 4.校核喷淋密度13 六、填料层高度的计算14 七、填料层的压降18 八、附属设备及主要附件的选型18 九、设计概要表19 十、设计评价及总结20 参考文献20 1 / 24
一、设计依据： 无论是以固体原料或以烃类原料制氨，经CO变换后得粗原料气中均含有一定数量的CO2；某些用于制取合成氨原料气的含烃气体（如天然气焦炉气等）本身就含有较多的CO2
为了将原料气加工成纯净的H2和N2，必须将这些CO2从粗原料气中除去。此外，CO2还是生
产尿素,纯碱,碳铵等产品的原料,而且还可以将其加工成干冰用于其他部门。因此，从粗原料气中分离并回CO2收尤为重要。 工业上把脱除的过程称为“脱碳”。目前工业脱碳的方法很多，其中碳酸丙烯酯（PC）脱碳在中小合成氨厂被广泛采用，现针对碳丙脱碳塔进行物热衡算，为碳丙脱碳塔的工艺结构设计作准备。 吸收是利用各组分溶解度的不同而分离气体混合物的操作。混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于液体中而形成溶液，于是原组分的一分离。对与此题中的易溶气体是CO2 。 2 / 24
二、基础数据 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：48500t/a= 146.970t/d=6.124t/h 变换气： 4300m3（标）变换气/t氨（简记为Nm3/t） V = 6.124×4300=26333.2 Nm3/h 变换气组成及分压如下表所示：
进塔变换气 CO2 CO H2 N2 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
组分分压，kgf/cm2 4.568 0.408 7.701 3.638 16.32
1. CO2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
得到3.101074.396319.1tEkPa 因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO2的溶解热不能被忽略。现假设出塔气体的温度为C352VT，出塔液体的温度为C401LT
，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。 3 / 24
在40℃下，CO2在PC中的亨利系数E40=103.5×101.3 kPa=10485 kPa ①出塔溶液中CO2的浓度（假设其满足亨利定律） 0299.00427.07.010485/4487.0/7.07.011Epxx（摩尔分数）
②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CO2
在PC中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。即： kPakPaE97443.101074.39356319.135
CO2在PC中溶解的相平衡关系，即： 112.425.644loglog22COCOTpX
式中：2COX为摩尔比，kmolCO2/kmolPC；2COp为CO2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CO2的浓度有
PCmXX332COCO/10.407Nm/kmolPCkmolCO0402.0395.1112.415.31325.644568.4loglog22
2
2CO
11CO
0.70.70.70.03860.02701XxxX
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。 结论：出料10.0270x（摩尔分数）。
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达式为 t9858.01223ρ（式中t为温度，℃；ρ为密度，kg/m3
）
温度，（℃） 0 15 25 40 55 （kg/m3）
1224 1207 1198 1184 1169 4 / 24
3.PC蒸汽压的影响 根据变换气组成及分压可知，PC蒸汽压与操作总压及CO2的气相分压相比均很小，故可忽略。 4.PC的粘度
1.1535.185822.0logT mPa·s（T为热力学温度，K）
5.工艺流程确定 本次吸收采用逆流吸收的方法。 5 / 24
三、物料衡算 1.各组分在PC中的溶解量 查各组分在操作压力为1.6MPa、操作温度为40℃下在PC中的溶解度数据，并取其相对吸收饱和度均为70%。 CO2溶解量的计算如下： 通过第一部分已知CO2在40℃的平衡溶解度/kmolPCkmolCO0402.02CO2X 44.101184/09.1024.220402.0/kmolPCkmolCO0402.02CO2X Nm3/m3PC
式中：1184为PC在40℃时的密度，102.09为PC的相对摩尔质量。 CO2的溶解量为（10.44-0.15）×0.7=7.203 Nm3/m3PC 其余计算结果如下表所示： 组分 CO2 CO H2 N2 合计 组分分压，MPa 0.448 0.040 0.755 0.357 1.60 溶解度，Nm3/m3PC 10.44 0.016 0.223 0.223 10.90 溶解量，Nm3/m3PC 7.203 0.011 0.156 0.156 7.526 溶解气所占的百分数% 95.71 0.15 2.07 2.07 100.00
说明：进塔吸收液中CO2的残值取0.15 Nm3/m3PC，故计算溶解量时应将其扣除。其他组分溶解度本就微小，经解吸后的残值可被忽略。 平均分子量： 入塔混合气平均分子量： kg/kmol208.20223.028472.02025.02828.0441mM 溶解气体的平均分子量： g/kmol775.420207.0280207.020015.0289571.044sM 2.雾沫夹带量Nm3/m3PC 以0.2 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下： CO2：0.2×0.28=0.056 Nm3/m3PC CO： 0.2×0.025=0.005 Nm3/m3PC H2： 0.2×0.472=0.0944 Nm3/m3PC N2： 0.2×0.223=0.0446 Nm3/m3PC 3.溶液带出的气量Nm3/m3PC