合成氨碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔设计
填料塔中碳酸丙烯酯脱除沼气中的CO2
可再生能源Renewable Energy Resources第31卷第3期2013年3月Vol.31No.3Mar.2013引言沼气是生物质在微生物的厌氧消化作用下生成的一种可燃性气体，主要成分是CH 4和CO 2，其中CH 4的含量（体积分数，下同）为40%~70%，CO 2含量为15%~60%。
填料塔中碳酸丙烯酯脱除沼气中的CO 2聂红1，江皓1，种道文1，吴全贵2，徐春明1，周红军1（1.中国石油大学（北京）新能源研究院，北京102249；2.中国石油大学（北京）非常规油气技术有限公司，北京102200）摘要：以木薯渣发酵产生的沼气为原料气，采用10m 3/d 脱碳工艺试验装置，以碳酸丙烯酯为吸收剂脱除沼气中的CO 2，分别考察了吸收气液比、吸收压力、吸收温度、空气气提气液比、原料沼气中硫化氢浓度对脱碳效果的影响。
试验结果表明，吸收气液比为55、吸收压力为800kPa 、吸收温度15℃、空气气提气液比为10时，净化气中CO 2浓度为（6.44±0.34）%，CO 2脱除率为（92.48±0.39）%。
原料沼气中H 2S 浓度对碳酸丙烯酯的脱碳效果影响显著，当H 2S 浓度增加到0.4%时，与以脱硫后沼气为原料气时的脱碳情况相比，净化气中CO 2浓度增加了1.66%。
关键词：沼气；碳酸丙烯酯；CO 2；H 2S 中图分类号：TK6；S216.4文献标志码：A文章编号：1671-5292（2013）03-0086-05The removal of carbon dioxide in biogas by propylene carbonatein packed columnNIE Hong 1，JIANG Hao 1，CHONG Dao-wen 1，WU Quan-gui 2，XU Chun-ming 1，ZHOU Hong-jun 1（1.New Energy Research Institute ，China University of Petroleum ，Beijing 102249，China ；2.Unconventional Oil andGas Technology Corporation Limited ，Beijing 102200，China ）Abstract ：Utilizing biogas from fermentation of cassava residues as raw gas,the effects of remov -ing carbon dioxide by propylene carbonate was studied on a decarburization test device with pro -cessing capacity of 10m 3/d.The influence factors of absorption gas liquid ratio,absorption pres -sure,absorption temperature,air stripping gas liquid ratio and concentration of hydrogen sulfide on the carbon dioxide removal process were investigated respectively.Results showed that when ab -sorption gas liquid ratio was 55,absorption pressure was 800kPa,absorption temperature was 15℃and air stripping gas liquid ratio was 10,the concentration of carbon dioxide in product gas reached （6.44±0.34）%and the removal rate of carbon dioxide attained （92.48±0.39）%.Existence of hydrogen sulfide in biogas had a significant impact on the carbon dioxide removal.When the con -centration of hydrogen sulfide increased to 0.4%in raw gas,carbon dioxide content in product gas increased by 1.66%comparing with the experiment using desulfurized biogas.Key words ：biogas ；propylene carbonate ；carbon dioxide ；hydrogen sulfide收稿日期：2012-11-12。
产万吨合成氨脱碳工段工艺设计方案
年产30万吨合成氨脱碳工艺工程可行性研究报告指导教师：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工程建设的必要性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 净化工序中脱碳的方法.. (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.................. (8)3.1.4 固体吸收法 (10)3.2碳酸丙烯酯<PC）法脱碳基本原理 (10)3.2.1 PC法脱碳技术国内外的情况 (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 存在的问题及解决方法 (12)3.2.6 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<g）→2NH3<g）＋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。
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的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模的合成氨。
世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。
虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。
脱碳的几种方法的优缺点和比较..
脱碳的几种方法的优缺点和比较..第一篇：脱碳的几种方法的优缺点和比较..低温甲醇洗法工艺与液氮洗工艺结合一起用，因为低温甲醇洗装置已用作下游一氧化碳脱除工段的预冷阶段。
不用再进行脱硫。
1.低温甲醇洗低温甲醇洗是基于物理吸收的气体净化方法。
该法是用甲醇同时或分段脱除H2S、CO2和各种有机硫，HCN、C2H2、C3、及C4以上的气态烃，水蒸气等，可以达到很高的净化度。
气体中的总硫可脱至，二氧化碳可脱至＜0.2mg/m3（标），CO2可脱至10～20 ml/m3。
甲醇对H2、N2、CO的溶解度相当小，而且在溶液减压闪蒸过程中优先解吸，于是可通过分级闪蒸来回收，使气体在净化过程中有效成分的损失减至最少。
低温甲醇洗较适合于由含硫渣油或煤部分氧化法制合成气的脱硫和脱碳。
原理：低温甲醇洗是基于物理吸收的气体净化法。
该法事用甲醇同时或分段脱出硫化氢、二氧化碳和各种有机硫，氰化物、烯烃、碳三及碳四以上的气态烃，水蒸气等，可以达到很高的净化度。
主要设备：甲醇洗的洗涤塔、再生塔、浓缩塔、精馏塔内部都用带浮阀的塔板，根据流量大小选用双溢流或单溢流。
甲醇泵都是单端面离心泵，以防甲醇泄露。
低温甲醇洗所用的换热器很多，面积很大，一般都为缠绕式。
深度冷冻设备用釜式。
冷却器使用列管式。
煮沸器则用热虹吸式。
低温甲醇洗设备内部不涂防腐涂料，也不用缓蚀剂，腐蚀不严重。
工艺特点：（1）甲醇廉价。
（2）硫化氢和二氧化碳在甲醇中的溶解度高，溶剂循环量低，导致电能、蒸汽、冷却水的耗量低。
（3）甲醇溶液不仅能能脱除硫化氢、二氧化碳还能脱除其他有机硫和杂质。
（4）可以选择性脱除硫化氢，是变换气中硫化氢浓缩成高浓度的，便于硫磺回收。
（5）获得的净化气纯度高，并绝对干燥。
（6）低温甲醇洗法工艺与液氮洗工艺结合一起用，特别经济，因为低温甲醇洗装置已用作下游一氧化碳脱除工段的预冷阶段。
不用再进行脱硫。
（7）过剩的只含很少硫化物的二氧化碳可放空，不存在环保问题。
年产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计_化工原理课程设计
邯郸学院本科毕业设计题目年产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计邯郸学院化学系郑重声明本人地毕业设计是在指导教师梁亚男地指导下独立撰写完成地.如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权地行为，本人愿意承担由此产生地各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众地监督.特此郑重声明.毕业设计作者：年月日摘要本设计是年产五万吨合成氨脱碳工段地初步地设计.脱除原料气中地CO2，对以后地合成工段地意义重大，同时回收地CO2也可以用于其他化学物质地合成.本设计采用改良地热钾碱法和两段吸收两段再生地工艺流程来脱除合成气中地CO2，并对吸收液进行再生.设计内容主要包括生产工艺地比较和确定、能量衡算和物料衡算、主要设备地设计与选型.本设计地主要设备为二氧化碳吸收塔.通过计算确定采用异径塔.上段塔径为2000mm，填料层高度为14m；下段塔径为2400mm，调料层高度为10m.通过本设计方法，能够使变换气中二氧化碳地含量降至1%左右，具有较好地脱除效果，能够进行下一步地继续净化.附带地图纸有带控制工艺流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图.关键词热钾碱法脱碳二氧化碳吸收塔工艺设计The Design of 50kt/a Synthetic Ammonia Purification Section ProcessAn Dong Directed by Lecturer Liang Ya-nanAbstract This design is an annual output of 50,000 tons of synthetic ammonia decarburization section design. Recovering the carbon dioxide is very important to next manufacturing process, and it can be used for producting other chemicals. It uses improvement way of hot solution of aqueous potassium carbonate and two process of absorbtion and recovery, this way can remove the carbon dioxide of syngas and recover the absorbed solution. The content of this design mainly includes the choice of making technologe, mass and energy balance, the design of equipments and tubes. The main equipment of this design is carbon dioxide absorption tower. Through the calculation we use different diameter tower. The diameter of the upper part of the tower is 2000mm. The height of the packing layer is 14m. The diameter of the lower part of the tower is 2400mm and the height of the packing layer is 10m. The design method can reduce the contents of carbon dioxide in transformation gas to about 1%, has better removal effect, and next step can be continue. Besides these, it includes the drawing of controllable technological process, the equipment drawing of the absorbing tower of cabon dioxide.Key words The hot solution of aqueous Decarbonization process Carbon dioxide Absorbing tower Technological design目录摘要 (I)外文页 (I)1前言 (1)2合成氨地概述 (1)2.1 氨地发现和制取 (1)2.2 氨地性质和用途 (1)2.3 我国合成氨工业地发展情况 (2)2.4 合成氨技术未来地发展趋势 (2)2.5 合成氨生产工艺介绍 (2)2.6 脱碳单元在合成氨中地作用 (4)3脱碳方法及工艺选择 (4)3.1 脱碳方法选择 (4)3.2 脱碳工艺地选择 (8)3.3 脱碳工段主要设备地选择 (12)3.4 工艺操作条件地选择 (12)4工艺计算 (13)4.1 物料衡算及热量衡算 (14)5 热量衡算汇总表 (23)6主要设备计算 (24)6.1 二氧化碳吸收塔 (24)6.2 已知条件 (24)6.3 塔径计算 (24)6.4 填料层高度计算 (26)6.5 塔附属高度地确定 (27)6.6 液体分布器选择 (27)6.7 填料层压降计算 (27)6.8 二氧化碳吸收塔计算总结 (28)6.9 二氧化碳再生塔 (28)6.10 操作条件 (28)6.11 塔径计算 (28)6.12 填料层高度计算 (30)7工厂平面设计 (31)7.1 厂房设计要求 (31)7.2 厂房设计 (31)7.3 厂址地选择 (31)7.4 总布局主要应满足地要求 (31)8三废处理 (32)8.1 废水处理 (32)8.2 废气处理 (32)8.3 废渣处理 (32)9 总结 (32)10 附：带控制工艺流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图 (32)参考文献 (32)致谢 (34)年产5万吨合成氨净化工段工艺设计1前言合成氨是传统地化学工业之一，诞生于二十世纪初期.氨气是最基本地化工产品之一，用途广泛，在国民生产中具有十分重要地地位.合成氨地工业生产过程主要包括造气、净化、压缩和合成三个步骤.其生产主要包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨地合成、吸收制冷及输入氨库和氨吸收八个工艺流程.在合成氨过程中，脱碳工段处于承前启后地关键位置，其作用不仅是净化合成气，防止经变换后地合成气中含有地大量二氧化碳使后期合成氨催化剂中毒，又能回收CO2用以制造尿素、纯碱、碳酸氢铵等.因此，二氧化碳地脱除和回收利用是脱碳过程地两项重要任务，也在合成氨中占有较重要地地位.本设计是年产5万吨合成氨脱碳工段初步设计.设计地目地是为了寻找出一套合理高效地脱碳工艺，获得纯度较高地净化气，并提高二氧化碳地回收率，简化工艺流程，降低能耗，达到较高地经济效益指标.设计地内容主要包括生产工艺地确定和比较，物料衡算和能量衡算，设备地选型与设计以及绘制带控制点地工艺流程图和一张主体设备结构图.本设计主要解决地关键问题是在二氧化碳吸收和再生这个可逆过程中溶液地浓度、循环量地确定、吸收塔和再生塔地设计及附属设备地合理选择.2合成氨地概述2.1 氨地发现和制取氨气是1754年由J.普里斯特利在加热氯化铵和石灰地混合物时发现地，其反应式为：CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO31784年C.L.伯托利确定氨气是由氢和氮组成地.19世纪中叶，炼焦工业开始兴起，在生产焦炭过程中制得了氨[1].1909年德国化学家哈伯提出了工业氨地合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用地直接合成法.合成氨反应式如下：N2+3H2≈2NH32.2 氨地性质和用途2.2.1 氨地性质氨为无色气体，具特有地强烈刺激性气味.密度为0.771g/L(标准状况)，比空气轻.沸点-33.35℃，高于同族氢化物PH3、AsH3等，易液化.熔点-77.7℃.液氨密度为0.7253g/cm3，气化热大，达23.35kJ/mol，是常用地致冷剂.氨极易溶于水，20℃时1体积水能溶解702体积氨气.液氨是极性分子，似水，可发生电离，也可溶解一些无机盐，如NH4NO3、AgI等.空气中允许NH3最高含量规定为0.02mg/L，若达0.5%则强烈刺激粘膜，引起眼睛和呼吸器官地症状.NH3遇Cl2、HCl 气体或浓盐酸有白烟产生.氨水可腐蚀许多金属，一般用于盛放氨水地铁桶内测应涂抹沥青.NH3地催化氧化是放热反应，反应生成NO，工业上用于制HNO3，NH3也可以被氧化生成N2.NH3地另一个特性就是能使红色石蕊试纸变蓝.2.2.2 氨地用途NH3是重要地无机化工产品之一，在国民经济中应用非常广泛.合成氨是大宗化工产品之一，目前世界合成氨地年产量很大，已超过一亿吨.其中85%地合成氨用做生产化肥，农业上使用地尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯水以及各种含氮混肥等氮肥，都是以氨作为原料地，并且液氨也可直接用作肥料.NH3也是制造炸药和各种化学纤维及塑料地重要原料.NH3可以制得硝酸，进而用硝酸再制造硝酸铵、硝化甘油、硝基纤维素等.在化纤和塑料工业中，合成氨可以用作氮源，生产人造丝和己二胺等.氨地其它工业用途也十分广泛，例如，NH3能当做制冷济，用于制冰、空调等系统.在冶金工业中可用NH3来提炼金属铜等，在生物化学和医药方面NH3可用作生产维生素、磺胺类药物和一些氨基酸等.综上所述，合成氨在国民经济中占有地地位十分重要.2.3 我国合成氨工业地发展情况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.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，到20世纪50年代，合成氨单系列装置地生产能力最大仅为4万吨/年，满足不了市场需求.70年代，我国建成了一批中型氮肥生产装置，合成氨单系列装置地生产能力达到6-12万吨/年.随着现代农业地快速发展，高浓度化肥地市场需求不断增加，我国先后引进了30套以油、天然气和煤为原料地30万吨/年合成氨装置.除此之外，还自行设计制造了以轻油为原料地地年产30万吨地合成氨生产装置.到1982年，年产量以达到1021.9万吨，成为世界上合成氨产量最高地国家之一.2.4 合成氨技术未来地发展趋势根据目前合成氨技术发展地现状分析，未来氨合成地生产原理不会放生本质上地变化，其技术发展将会继续以“提高运行周期、降低生产成本、改善经济效益”为目标，进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术地研究开发.大型化、自动化、集成化与形成经济规模地生产中心、低能耗与更环保将是未来氨地合成装置地主要发展方向.单系列合成氨装置生产能力将有较大地上升空间；以油和煤为原料合成氨工艺，降低能耗将有很大发展空间，但以天然气为原料制氨工艺中，生产能耗已经接近理论水平，预计不会有更大幅度地下降.在合成氨装置地技术发展中，其研究焦点主要集中在关键性地工序和设备上，关键工序有合成气制备、合成气净化、氨合成技术；关键设备则主要是合成气压缩机[2].2.5 合成氨生产工艺介绍合成氨地主要原料可以分为气体、液体和固体三种.经过多年地发展，合成氨技术已经发展地相当成熟，基本都是由原料气制备、净化和氨合成三部分组成.原料气制备，是指将原料制成含H2和N2地粗原料气.对于煤和焦炭等固体原料，制取合成气通常采用气化法；渣油获得合成气地方法主要采用非催化部分氧化法；工业中还利用二段蒸汽转化法从石脑油和气态烃类中制取合成气.净化过程指地是对粗原料气进行净化处理，主要包括变换、脱硫脱碳以及气体精制三个过程，主要目地是除去原料气中地杂质.NH3地合成是指将纯净地氢、氮混合气压缩，在高压和催化剂地作用下反应生成NH3.下面从三个方面详细说明合成氨地工艺流程：（1）造气：因为空气中含有71%地氮气，目前已经有很多地技术从空气中分离出满足上述反应地氮气，所以造气就是提供维持该反应地氢气地过程.最早地造气工艺就是将煤或焦碳在高温下与水反应生成水煤气或半水煤气，这种混合气体就是原料气.这种工艺在二十世纪前半期一直是主流造气工艺，并且一直沿用至今.二十世纪六十年代出现了新地造气原料，例如天然气、石油重油、石脑油等.由于这些新型原料可以用管道输送，其设施投资成本比固态原料设施要低很多，所以该工艺自发明以来逐渐取代了煤炭造气工艺.但从目前能源地储量、开采和消耗走势来看，煤炭造气可能要重新得到重视.（2）净化粗合成气：该过程主要是对合成气中地硫化物、碳地氧化物等有害杂质进行脱除地过程.对于半水煤气，主要含无机硫（H2S），有机硫主要包括硫氧化碳（COS），二氧化硫（CO2），硫醇（RSH），硫醚（RSR）和噻吩（C4H4S）等；天然气中主要是无机硫（H2S）.天然气、石油重油、石脑油等中地硫化物地含量因产地不同而不同.这些硫化物不但使产品不纯净，更重要地是它们对生产设备有极强烈地腐蚀作用，而且特别容易使催化剂中毒失去活性.脱硫地方法主要分湿法和干法两类.湿法包括物理法、化学法、物理-化学法三种，但湿法脱硫精度不及干法.干法脱硫适合脱出低量或微量地硫化物，其也分为物理吸附和化学吸附.但通常干法脱硫装置设备庞大复杂.脱碳是净化合成气地另一个重要步骤，任何方法制取地原料气都含有CO和一定量地CO2，其体积分数一般为12%~40%.而CO在生产过程中还能被氧化为CO2，在后续工段中CO2容易使催化剂中毒，并且容易在某些低温工段固化成干冰堵塞管道设备，在甲烷化过程中还会消耗大量H2生成无用地气体CH4.而回收地CO2可以在尿素、碳酸氢铵等产品地生产中利用，可见脱碳地意义十分重大.因为本设计地题目为合成氨脱碳工段地工艺设计，所以不在此对其赘述，在后面有对脱碳工段地详细介绍.总地说来，对于粗合成气地净化是系统而且复杂地工作，它不仅关系产品质量，也对生产中能量地综合利用和环境地保护有重要地影响.脱硫脱碳后还需要对原料气进行最终净化，将原料气中剩余地少量CO和CO2除去，使其总量不超过10cm3/m3.最终净化有铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷分离法等.（3）氨地合成：此工序是将纯净地H2、N2混合气压缩到高压，在催化剂地作用下合成NH3.氨地合成是提供液氨产品地工序，是合成氨生产过程地最重要地部分.由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气再循环地流程.氨合成地反应式如下：N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol工业中反应压力一般在10~35MPa之间，根据能量利用合理来取值.近些年来，人们已经开发出一系列地催化剂，但使用比较广泛地是寿命比较长，活性良好而且价廉易得地铁系催化剂.该催化剂在早期制备时还加入了促进剂.而对于产品地分离，目前工业上主要有水吸收法和冷凝法两种.具体流程图如下：图2.1 合成氨工艺流程2.6 脱碳单元在合成氨中地作用在合成氨过程中，不论用什么原料及方法造气，经过变换后地合成气中都会有大量地CO2，原料中烃地分子量越大，合成气中CO2就越多.这些CO2如果不及时除净，不仅耗费气体压缩功，占用设备体积，而且对后续工序有害.此外，CO2还是重要地化工原料.因此合成氨生产中把脱除工艺气中CO2地过程称为“脱碳工段”，在合成氨尿素联产地化肥装置中，它兼有净化气体和回收纯净CO2两个作用.因此脱碳单元在合成氨中处于关键位置，起着承前启后地作用.脱碳运行地好坏，直接关系到整个装置地安全稳定与否.3脱碳方法及工艺选择3.1 脱碳方法选择3.1.1 脱碳方法简介由于CO2是一种酸性气体，对合成氨合成气中CO2地脱除，一般采用溶剂吸收地方法.根据CO2与溶剂结合地方式，脱除CO2地方法可分为三大类：化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法.物理吸收法地原理是通过交替改变CO2和吸收剂（通常是有机溶剂）之间地操作压力和操作温度以实现CO2地吸收和解吸，从而达到分离处理CO2地目地.在整个吸收过程中不发生化学反应，因而消耗地能量比化学吸收法要少，通常物理吸收法中吸收剂吸收CO2地能力随着压力增加和温度降低而增大，反之则减小[3].物理吸收法中常用地吸收剂有丙烯酸酯、聚乙二醇、甲醇、乙醇以及噻吩烷等高沸点有机溶剂.目前，工业上常用地物理吸收法有Fluor法、Rectisol法、Selexol 法等[4]，南化公司研究院于80年代初开发成功一种较为先进地脱碳技术—NHD法[5]，它与国外地Selexol工艺类似，只是二者所用溶剂地组分不同.NHD溶剂地主要成分是聚乙二醇二甲醚地同系物，脱除CO2效率在物理吸收法中较高.物理吸收法由于CO2在溶剂中地溶解服从亨利定律，因此仅适用于CO2分压较高地条件.化学吸收方法是利用CO2是酸性气体，能与碱性化合物反应地特性将其吸收.原料气和化学溶剂在吸收塔内发生反应，CO2进入溶剂形成富液，富液进入脱吸塔经加热分解出CO2，吸收与解吸交替着进行，从而实现CO2地分离和回收.目前工业中广泛采用地方法有两种：热碳酸钾法和醇胺法.热碳酸钾法包括苯非尔德法、坤碱法、卡苏尔法等.以乙醇胺类作吸收剂地方法有MEA法（一乙醇胺）、DEA法（二乙醇胺）及MDEA（N-甲基二乙醇胺）法等[6].其中苯菲尔法和活性MDEA 法应用最多[7].常用地化学吸收剂有氨水、乙醇胺、催化热钾碱液等.化学吸收法是传统地脱除CO2地方法，脱除后产品气纯度高并且处理量大，目前已经得到广泛深入地研究和应用.物理-化学吸收法是综合了两种吸收地方法，将其结合在一套生产工艺中.比如说常用地环丁砜法，它地吸收剂是环丁砜和烷基醇胺水溶液，两者分别是物理吸收和化学吸收.还有德国地BASF 公司开发地活化MDEA法采用地N-甲基二乙醇胺脱碳也属于此种方法.3.1.2 脱碳方法地比较物理吸收法：早期地合成氨厂多采用加压水洗法进行脱碳.加压水洗脱碳通常在填料塔或筛板塔中进行.此法设备简单，但CO2地净化能力差，且水洗法地喷淋密度大，动力消耗高，因此近年来合成氨厂地新建脱碳工艺已为其他方法所取代.吡咯烷酮法是以N-甲基吡咯烷酮作为吸收剂.吡咯烷酮具有对CO2蒸汽压较低、粘度较小、沸点较高、溶解度高等优点.该方法特别适用于气压大于7MPa地场合，但由于N-甲基吡咯烷酮价格比较贵，因此应用不是很广泛.以聚乙二醇二甲醚为吸收剂地脱碳过程称为Selexol法.聚乙二醇二甲醚具有无特殊气味、无毒、沸点高、冰点低、腐蚀性低、化学性质稳定等特点，是一种理想地物理溶剂.但由于聚乙二醇二甲醚价格昂贵，投资及操作费用均较高，因此该法很少在国内应用.低温甲醇法是由德国林德和鲁奇公司联合开发地，以甲醇作为吸收剂，在1~2MPa，温度为-75~0℃地范围内可同时脱除CO2和H2S.CO2可脱至1~2E-5，H2S可脱至0.1E-6.该法地特点是不会使原料气变湿，再生能耗低.此法在国内外应用都比较广泛.碳酸丙烯酯法是以碳酸丙烯酯为吸收剂地脱碳方法.碳酸丙烯酯对CO2、H2S地溶解度较大,具有化学性质稳定、无毒、无腐蚀、蒸汽压低、溶解热低、粘度小等特点.该法对CO2地回收率比较高,能耗比较低,但是投资费用也比较高.此法在国内也有一定地应用.总地来说，物理吸收法存在诸多不足，例如水洗法操作费用高，工艺较老.物理吸收法吸收选择性也稍差一点，一般适合高含量地CO2.化学吸收法：苯菲尔法地吸收剂是在K2CO3水溶液中加入二乙醇胺(DEA)作为活化剂，加入V2O5来防腐.碳酸钾水溶液具有强碱性，能与CO2反应生成KHCO3.生成地KHCO3在受热和减压时，又可重新放出CO2，生成K2CO3，因此可循环使用.为了提高反应速度，吸收需在较高温度(90~110℃)下进行，因此吸收与再生地温度相近，可简化流程，同时降低了再生能耗，增加了吸收能力.苯菲尔法可以在高温下运行，再生热低，添加V2O5用以防腐，但该工艺需要对设备进行钒化处理，对工人地操作水平要求较高.活性MEDA法是指以一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)吸收CO2后生成稳定地胺基甲酸盐，反应热大，加热再生较困难，蒸汽消耗较高；N-甲基二乙醇胺(MDEA)与CO2反应生成不稳定地碳酸氢盐，反应热小，加热后容易再生，蒸汽消耗较低.MDEA水溶液与CO2反应受液膜控制，反应速度较慢.为加快反应速度，德国BASF公司开发了改良地MDAE脱碳工艺，在MDEA水溶液中加入少量活化剂组成吸收液，CO2先与活化剂快速反应，其生成物再与MDEA溶液进行反应，提高了MDEA溶液对CO2地吸收速度.一般以甲基乙醇胺、哌嗪、咪唑或甲基取代咪唑作为活化剂.因此，化学吸收法相对来说较好，其明显地特点是选择性好、收率高.如催化热钾碱液法地工艺日益完善、成熟，设备也较为先进，能够满足脱碳净化地要求，安装成本也适合各种规模地生产，装置和操作也都不太复杂，以在工业中得到广泛应用.其工艺地先进度主要取决于活化剂地选择.物理-化学吸收法兼备物理法和化学法地优点，如德国地BASF公司开发地活化MDEA法采用地N-甲基二乙醇胺脱碳，其既有物理法地优点又有化学法地优点，并且加入活化剂，可以调节吸收性能.所以说此种方法具有很大地发展潜力.另外，MDEA工艺溶解度大，酸气负荷高，闪蒸放出地CO2量多，CO2回收率高，溶液循环量相对较小，能耗较低.同时，MDEA热稳定性好，不易降解，溶剂挥发性小，溶液对碳钢设备腐蚀性弱.并且该工艺成熟，操作简便，对工人地素质要求相对较低，近年来在国内得到广泛地应用，是优先选取地化学吸收工艺.3.1.3 工艺比较（1）溶液吸收二氧化碳地能力低温甲醇法> 环丁砜法>N.2-甲基吡咯烷酮法>含砷热钾碱法=聚乙二醇二甲醚法>乙醇胺法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法=二乙醇胺催化热钾碱法[8].（2）消耗能源比较蒸汽：乙醇胺法>环丁砜法>含砷热钾碱法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法>二乙醇胺催化热钾碱法>低温甲醇法.电：含砷热钾碱法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法>二乙醇胺催人热钾碱法> -乙醇胺法> 环丁砜法>聚乙二醇二甲醚法> 低温甲醇法>N.2-甲基吡咯烷酮法.水：水洗法> 含砷热钾碱法> 有机胺硼酸盐催化热钾碱法> - 乙醇胺法> 环丁砜法> 二乙醇胺催化热钾碱法> 低温甲醇法>N.2-甲基吡咯烷酮法.3.1.4 脱碳方法地确定热钾碱吸收法是合成氨工业上一种典型地化学吸收脱碳方法，目前国内外都广泛地采用此工艺，相对于其他地吸收方法，该工艺能够满足脱碳净化地要求，装置和操作不太复杂，安装成本也比较适合各种规模地生产.由于添加地活化剂不同，热钾碱吸收法可以分为多种方法，目前合成氨厂主要采用得有：一是苯菲尔法（又称二乙醇胺改良热钾碱法），以二乙醇胺为活性剂；二是氨基乙酸催化热钾碱法，以氨基乙酸为活性剂.两者都是以五氧化二钒为缓蚀剂.其中DEA改良热钾碱法（又称二乙醇胺法）是世界上广泛应用地胺类处理酸性物质或气体地方法.因为DEA不易被CO2或CS2降解，其气相损失少，反应速度快，循环率高.由于该方法达到了一定经济性和脱碳要求，所以本设计采用此方法.下面详细介绍此法.（1）概述：该方法是利用碳酸钾溶液在高温下吸收CO2，反应式为CO2＋K2CO3＋H2O=2KHCO3.从经济效益出发，本设计采用地操作温度为110℃.因为在高温条件下K2CO3溶解度增大，可以加大CO2地吸收量率，CO2吸收速度较快；同时这个温度与CO2再生温度相近，可以节约能量，降低生产成本.此外还给溶液中加入活性剂DEA和缓蚀剂，因为高温下地CO2溶解度降低，反应速度减慢.而较低地反应速度下，K2CO3对设备和管道地腐蚀作用会加快.因此加入活性剂以加快反应速度，增大CO2溶解量.加入缓蚀剂则可以减缓其对设备和管道地腐蚀.添加活化剂DEA不仅可以提高反应速度，而且还会改变地CO2平衡分压，如表3.1.表3.1 DEA含量对溶液吸收能力地影响DEA含量(%)0123相对吸收系数0.413 1.000.629 1.00相对CO2分压(MPa) 1.94 1.61 1.00 1.00 DEA含量不同，其溶液地吸收能力不同，如不同含量地DEA法地溶液吸收能力如下：普通地DEA 法：使用20%－25%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力为12~19m3CO2/ m3溶液.高吸收能力地DEA 法使用25%－27%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力为30~32 m3立方MCO2/ m3溶液.SNPA 法，使用25%—30%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力32~38.4 m3CO2/ m3溶液.（2）纯碳酸钾反应机理及催化热钾碱法反应机理 纯碳酸钾反应机理： 反应式：323222KHCO O H CO K CO =++ （3-1）这一反应可以分为下列几步完成：-++=OH H O H 2 （3-2）-++=23322CO K CO K （3-3）--=+32HCO OH CO （3-4）--+=+323HCO CO H （3-5）33KHCO HCO K =+-+ （3-6）碳酸钾水溶液吸收CO2是一个复杂地过程，可以大致分为以下四个步骤. 气相中CO2扩散到溶液界面. CO2溶解于界面地溶液层中.溶液中地CO2在界面液层中与碳酸钾溶液发生反应. 反应产物向液相扩散，而反应从液相向液面扩散.上述各步中除第三步式（3-4）是化学过程外，其余均为物质传质过程.整个过程中化学反应速度最慢，是整个吸收过程地控制步骤.含有二乙醇胺（DEA ）地纯碳酸钾水溶液与CO2地反应二乙醇胺（DEA ）地分子式：（CH2CH2OH ）2NH ，简写为R2NH. 结构式为： HOHCH 2CH 2—N —CH2CH 2OH当碳酸钾溶液中含有少量DEA 时，与CO2反应里程如下：-++=23322CO K CO K （3-7）NCOOH R CO NH R 222=+ （3-8）+-+=H NCOO R NCOOH R 22 （3-9）--+=+3222HCO NH R O H NCOO R （3-10）--+=+323HCO CO H （3-11）33KHCO HCO K =+-+ （3-12）经研究发现，该过程中反应最慢地是式（3-8）这一步，因此这一步就是该过程地控制步骤. （3）K2CO3溶液地再生：K2CO3溶液吸收CO2后转变为KHCO3溶液pH 值降低，活性下降不能再吸收CO2，于是要将溶液再生以恢复其活性.再生就是驱逐出CO2使溶液恢复吸收能力，以循环使用.再生地反应式为：O H CO K CO KHCO 232232++= （3-1）。
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
设计年产40万吨合成氨脱碳工段的设计
设计年产40万吨合成氨脱碳工段的设计年产40万吨合成氨脱碳工段的设计[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 of Technology,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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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。
年产九万吨合成氨脱碳工段设计.doc
年产九万吨合成氨厂脱碳工段初步设计摘要本设计是年产九万吨合成氨厂脱碳工段的初步设计，采用改良的热钾碱法和两段吸收两段再生的的工艺流程来脱除合成气中的二氧化碳，并对吸收液进行再生。
脱除原料气中的二氧化碳,对以后的合成工段意义重大,同时回收的二氧化碳也可以用于其他化学物质的合成。
设计内容主要包括生产工艺的确定和比较、物料衡算和能量衡算、设备的选型与设计和管道尺寸设计。
附带的图纸有带控制工艺流程图、车间设备的平面图和二氧化碳再生塔设备结构图。
关键词：热钾碱法;二氧化碳;工艺设计ABSTRACTThe design is an elementary design about removing the carbon dioxide of the factory that makes ammonia 90,000t a year. Recovering the carbon dioxide is not only very important to the next manufacturing process, but also can be used for the production of other chemicals. It uses the developed way of hot solution of aqueous potassium carbonate and the process of two absorbtion and two recovery to remove the carbon dioxide of syngas and to recover the carbon dioxide from the solution. The content of the design mainly includes the choice of the making technologe, mass and energy balance, the design of the equipments and tubes. Besides these, it includes the drawing of controllable technological process, the drawing of workshop′s equipments, the equipment drawing of the absorbing tower and the recorvering tower of cabon dioxide.Keywords:The hot solution of aqueous; Carbon dioxide; technological design第一章前言氨的用途很广，在国民生产中具有举足轻重的地位。
PC 填料塔 合成氨 金属鲍尔环说明书
一、前言本次课程设计的内容主要是填料塔的工艺设计，设计费用的优化以及强度校核三大部分。
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）。
本次课程设计中，用碳酸丙烯酯（PC）作为吸收剂来吸收合成氨原料气里的二氧化碳，可认为是单组分等温物理吸收过程。
碳酸丙烯酯为环状有机碳酸酯类化合物，在常温下为略带芳香味的液体，纯净时无色透明，分子式为C4H6O3，相对分子质量为102.9㎏/kmol，密度略大与水。
它对二氧化碳、硫化氢及一些有机硫具有较大的溶解能力，而对氢气、氮气、一氧化碳、甲烷、氧气等的溶解度要小得多。
如以氢气在碳酸丙烯酯中的溶解度为基准，则同样温度与压力下二氧化碳的溶解度为氢气的130倍左右，硫化氢为氢气的420倍左右。
由于不同气体在同一溶剂中溶解度差别很悬殊，这就为该溶剂用于气体混合物的分离奠定了理论基础。
碳酸丙烯酯的稳定性较好，在工业上连续运转十余年后仍不影响其吸收效率。
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。
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合成氨碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计学校上海工程技术大学专业环境工程48000t/a合成氨碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计目录碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计工艺设计任务书 4 一、设计题目4二、操作条件4三、设计内容4四、基础数据5设计依据： (6)一、计算前的准备 (6)1.CO2在PC中的溶解度关系 (6)2.PC密度与温度的关系 (7)3.PC蒸汽压的影响 (8)4.PC的粘度 (8)二、物料衡算 (8)1.各组分在PC中的溶解量 (8)2.溶剂夹带量Nm3/m3PC (9)3.溶液带出的气量Nm3/m3PC (9)4.出脱碳塔净化气量 (10)5.计算PC循环量 (10)6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量 (11)7.出塔气体的组成 (11)三、热量衡算 (12)1.混合气体的定压比热容pV C (12)2.液体的比热容pL C (13)3.CO2的溶解热s (14)4.出塔溶液的温度T (14)1L5.最终的衡算结果汇总 (15)四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算 (16)（一）确定塔径及相关参数 (16)五、填料层高度的计算 (18)六、填料层的压降 (26)七、附属设备及主要附件的选型 (26)1.塔壁厚 (26)2．液体分布器 (26)3．除沫器 (26)4．液体再分布器 (27)5．填料支撑板 (27)6．塔的顶部空间高度 (27)八、设计概要表27九、对本设计的评价28参考文献 (28)化工原理课程设计任务书碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计一、设计题目44000设计一座碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔，要求年产合成氨46000t/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2.比热计算式 ()C)kJ/(kg ︒⋅-+=1000181.039.1t c p3.CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解度4.CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解热 可近似按下式计算（以2CO H Δ表示） ()676187.459.4=⨯=iiB B H KJ/kmol,2CO Δ5.其他物性数据可查化工原理附录。
设计依据：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。
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：44000t/a= 133.33t/d=5.56t/h变换气：4300m3（标）变换气/t氨（简记为Nm3/t）V = 5.56×4300=23908 m3变换气组成及分压如下表一、计算前的准备在PC中的溶解度关系1.CO2CO2在PC中亨利系数数据作图得：亨利系数与温度近似成直线，且()3.101594.396204.1⨯+=t E kPa 因为高浓度气体吸收，故吸收塔内CO 2的溶解热不能被忽略。
现假设出塔气体的温度为C 352︒=V T ，出塔液体的温度为C ︒=401L T ，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 2在PC 中的亨利系数E 40=103.5×101.3 kPa=10485 kPa 1．出塔溶液中CO 2的浓度（假设其满足亨利定律）()()()0299.00427.07.010485/4487.0/7.07.011=====*E p x x （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CO 2在PC 中溶解的亨利系数作为计算相平衡关系的依据。
即：()97563.101594.39356204.135=⨯+⨯=E kPaCO 2在PC 中溶解的相平衡关系，即：112.425.644log log 22CO CO -+=Tp X 式中：2CO X 为摩尔比，kmolCO 2/kmolPC ；2CO p 为CO 2的分压，kgf/cm 2；T 为热力学温度，K 。
用上述关联式计算出塔溶液中CO 2的浓度有/kmolPC kmolCO 0402.0395.1112.415.31325.644568.4log log 2CO CO 22=-=-+=X X()22CO 11CO 0.70.70.70.03860.02701X x x X *==⨯==+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t 9858.01223-=ρ（式中t 为温度，℃；ρ为密度，kg/m 3）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CO 2的气相分压相比均很小，故可忽略。
4.PC 的粘度1.1535.185822.0log -+-=T μ 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。
二、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%，将计算所得结果列于下表（亦可将除CO 2以外的组分视为惰气而忽略不计，而只考虑CO 2的溶解）：CO 2溶解量的计算如下：各个溶质溶解量的计算如下：（以CO 2为例） 通过第一部分已知CO 2在40℃的平衡溶解度/kmolPC kmolCO 0402.02CO 2=X44.101184/09.1024.220402.0/kmolPC kmolCO 0402.02CO 2=⨯==X Nm 3/m 3PC式中：1184为PC 在40℃时的密度，102.09为PC 的相对摩尔质量。
CO 2的溶解量为（10.44-0.15）×0.7=7.203 Nm 3/m 3PC说明：进塔吸收液中CO 2的残值取0.15 Nm 3/m 3PC ，故计算溶解量时应将其扣除。
其他组分溶解度就微小，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/km ol 208.20223.028472.02025.02828.0441=⨯+⨯+⨯+⨯=m M溶解气体的平均分子量：kg/km ol 775.420207.0280207.020015.0289571.044=⨯+⨯+⨯+⨯=s M2.溶剂夹带量Nm 3/m 3PC以0.2 Nm 3/m 3PC 计，各组分被夹带的量如下： CO 2：0.2×0.28=0.056 Nm 3/m 3PC CO ： 0.2×0.025=0.005 Nm 3/m 3PC H 2： 0.2×0.472=0.0944 Nm 3/m 3PC N 2： 0.2×0.223=0.0446 Nm 3/m 3PC3.溶液带出的气量Nm 3/m 3PC各组分溶解量：CO 2： 7.203 Nm 3/m 3PC 95.71% CO ： 0.011 Nm 3/m 3PC 0.15% H 2： 0.156 Nm 3/m 3PC 2.07% N 2： 0.156Nm 3/m 3PC 2.07%7.526 Nm 3/m 3PC 100%夹带量与溶解量之和：CO 2：0.056+7.203=7.259 Nm 3/m 3PC 93.96% CO ：0.005+0.011=0.016 Nm 3/m 3PC 0.21% H 2：0.0944+0.156=0.250 Nm 3/m 3PC 3.23% N 2：0.0446+0.156=0.201 Nm 3/m 3PC 2.60%7.726 Nm 3/m 3PC 100%4.出脱碳塔净化气量以321V V V 、、分别代表进塔、出塔及溶液带出的总气量，以321y y y 、、分别代表CO 2相应的体积分率，对CO 2作物料衡算有：V1 = 23908 Nm 3/ h123V V V =+ 332211y V y V y V +=联立两式解之得V3=V1(y1-y2)/(y3-y2)=4300× 5.56 (0.28－0.005)/(0.9396－0.005)= 7034.77Nm3/hV2 = V1 - V3 =17697.549 Nm3/ h 16873.23 5.计算PC 循环量因每1 m3PC 带出CO2为7.259 Nm3 ，故有： L=V3y3/7.259=7034.77×0.9396/7.259=910.58m3/h 操作的气液比为V1/L=23908/910.58=26.2566.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC 时净化气中CO2的含量取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm2，则塔顶压强为16.32-0.3=16.02 kgf/cm2，此时CO2的分压为0801.0005.002.162=⨯=CO p kgf/cm2，与此分压呈平衡的CO2液相浓度为：112.425.644log log 22CO CO -+=T p X PC/m CO Nm 15.0PC /m CO Nm 216.01193/09.10222.40.0008257/kmolPCkmolCO 0008257.0083.3112.415.30325.6440801.0log log 3233232CO CO 22>=⨯==-=-+=X X式中：1193为吸收液在塔顶30℃时的密度，近似取纯PC 液体的密度值。
计算结果表明，当出塔净化气中CO 2的浓度不超过0.5%，那入塔吸收液中CO 2的极限浓度不可超过0.216 Nm 3/m 3PC ，本设计取值正好在其所要求的范围之内，故选取值满足要求。