化工原理课程设计

安徽大学江淮学院。

设计题目：合成氨原料气中吸收塔的设计。

系院名称生化系

姓名（学号吴雪锋 jp114017

专业（班级）化学工程与工艺专业11级

指导教师郑争志。

设计时间 2024年5月22日 --6月8日

化工原理课程设计任务书。

设计题目：碳酸丙烯酯（pc）脱除合成氨原料气中co2填料塔的设计。

设计任务及操作条件：

1.合成氨原料进气量 8000 nm3/h。

2.原料气组成（摩尔分率）

co2 h2 con2 ch4

3.出塔净化气中：co2 0.5% （摩尔分率）

4.操作温度 35℃

5.最小液气比系数：1.45

6.操作压力 1.7mpa

设计成果：1. 设计说明书一份。

2. 带控制点的工艺流程图（2#图纸）一张；

填料吸收塔的装配图（1#图纸））一张。

目录一概述。

1.1引言1

1.2设计依据2

1.3技术**2

1.4设计任务及要求3

二计算过程。

2.1基础数据计算3

2.1.1吸收塔的物料衡算4

2.1.2吸收剂组成和吸收剂用量4

2.1.3操作线方程5

2.1.4塔径的计算5

2.1.5填料塔喷淋密度的校核7

2.2填料层高度的计算7

2.2.1传质单元数的计算7

2.2.2传质单元高度的计算8

2.2.3填料层高度及塔高的计算12

2.3填料塔强度设计12

2.3.1筒体材料选择12

2.3.2壁厚计算13

2.3.3 强度校核14

2.4吸收塔附件的选型14

2.4.1填料支承装置14

2.4.2液体喷淋装置14

2.4.3液体再分布装置15

2.4.4塔顶除雾沫器15

2.4.5填料压板和床层限制板15

2.4.6管口、仪表接口、裙座及手孔16

2.4.7 塔的顶部空间高度16

2.5输料管的选型、管径计算及离心泵的选型16

2.6设计概要表18

三附录19四符号说明。

五参考文献。

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co2到五十年代才有较系统的报导，它具有许多有趣的性质，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, 而且可减压再生，减少燃气消耗。过种观点已成为许多工程技术工作者的共同愿望。

六十年代以来，新溶剂的选用已成为酸性气体净化的基本方向。在报导中选用的溶剂有碳酸丙烯酯（pc）、甘油三醋酸酯、甲氧基三甘醇醋酸酯、丁氧基二甘醇三酸酯等，从合成的角度和物性的要求出发，又以pc较为优越。在常压下， co2在pc中的溶解度是其在水中的四倍，随着压力的增加， co2在pc中的溶解度增加尤为明显。

目前不但已进行了较多的pc一co2体系的基础数据研究，而且到2024年为止，国外已有十个工厂用pc来脱除co2，其中有七小工厂是处理天然气的，二个厂是生产氢，一个厂是合成氨原料气的净化。

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102.09㎏/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。溶剂在吸收了二氧化碳和硫化氢等酸性气体后，对普通碳钢的腐蚀性仍较低，因此在工业上可用普通碳钢作为主要设备的材质。

用碳酸丙烯酯作为吸收剂来吸收合成氨原料气中的二氧化碳的方法与其他。

脱碳方法相比，在净化度相同的情况下，也以碳酸丙烯酯法的能耗和可比操作费。

最低。合成氨原料气中含有很多co、ch4等有害气体，特别是co2含量最多，在进入反应炉前必须脱除。综合吸收效果和经济效益，工业上通常用碳酸丙烯酯对吸收co2，该过程在较低的温度和较高的压力下进行，属于物理过程。

pc溶剂是循环使用的，需要对其进行解吸操作，得到再生pc和高浓度的co2。此次设计任务主要是设计以碳酸丙烯酯（pc）脱除合成氨原料气中co2的填料塔的设计，进气口的流量为8000 nm3/h。其中，填料塔以金属鲍尔环为填料；经设计优化后的。

最优气液比为最小液汽比的1.45倍，计算在35℃和1.7mpa的操作条件下，用。

pc吸收固定流量原料气中的co时，所需的吸收剂流量、吸收塔工艺尺寸、以及对各零部件和所用填料的选择，并且对主要工艺参数进行校核。由此，作出工艺流程图和装配图。

1.3技术**。

pc脱除co2的基本工艺流程简介。

本次课程设计的课题是碳酸丙烯酯（pc）脱除合成氨原料气中co2填料塔的设计，原料气流量选定为8000nm3/h,在操作压力1.7mpa下进入吸收塔底部，与塔顶喷淋而下的pc溶剂逆流接触，将co2吸收。，其中co2的含量为0.

034（摩尔分率)，工艺流程中还包含了pc的再生等。为确保吸收co2的吸收率以及出塔净化气体中co20.5%（摩尔分率），应采用气-液逆流的吸收过程，在较低温度和较高压力下，选取适合的填料，使原料气经压缩机压缩后从塔底进入吸收塔，与从塔顶喷淋而下的pc溶剂逆流接触，将co2吸收。

出塔净化气体经分离器除掉的pc雾滴**压缩机，而吸收了的pc溶液（富液）经减压阀先进行减压，而后进入闪蒸槽，将n2、h2及少量的解吸出来，经气液分离，再将此解吸气体送至压缩机进行**，闪蒸液体借助压力进入常压解吸塔，主要将大量解吸出来，获得纯度较高的。常压解吸后，pc溶液中尚含有一定的，将pc液体借助液位差流到下部的气提解吸塔，在此与从塔底鼓入的空气逆流接触，以将其中残存的进一步解吸出来，使pc液体得到较完全的再生，供吸收用。

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