1、设计说明书有些项目没完成如第九点
2、说明书里的参考文献格式要处理一下。
3、图的边框要画出来。
4、塔的尺寸标注有问题要改一下。
武夷学院
课程设计说明书
课程名称：化工原理课程设计
题目：碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计
学生姓名：缪思思学号：20092061047
系别：环境与建筑工程系
专业班级：2009级应用化工技术
指导老师：刘俊劭
2011年11月
30000标准Nm3/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 3
一、设计题目 3
二、操作条件 3
三、设计内容 3
四、基础数据 4
设计依据： (5)
一、计算前的准备.................................. 错误！未定义书签。
1.CO2在PC中的溶解度关系............................................................ 错误！未定义书签。
2.PC密度与温度的关系 .................................................................... 错误！未定义书签。
3.PC蒸汽压的影响 (6)
4.PC的粘度 ........................................................................................ 错误！未定义书签。
二、物料衡算 ..................................... 错误！未定义书签。
1.各组分在PC中的溶解量 ............................................................... 错误！未定义书签。
2.溶剂夹带量Nm3/m3PC ................................................................... 错误！未定义书签。
3.溶液带出的气量Nm3/m3PC ........................................................... 错误！未定义书签。
4.出脱碳塔净化气量.......................................................................... 错误！未定义书签。
5.计算PC循环量 ............................................................................... 错误！未定义书签。
6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量错误！未定义书签。
7.出塔气体的组成.............................................................................. 错误！未定义书签。
三、热量衡算 ..................................... 错误！未定义书签。
C.......................................................... 错误！未定义书签。
1.混合气体的定压比热容
pV
C .......................................................................... 错误！未定义书签。
2.液体的比热容
pL
Q............................................................................. 错误！未定义书签。
3.CO2的溶解热
s
T........................................................................ 错误！未定义书签。
4.出塔溶液的温度
1L
5.最终的衡算结果汇总 ...................................................................... 错误！未定义书签。
四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算................ 错误！未定义书签。
（一）确定塔径及相关参数 ............................................................. 错误！未定义书签。
五、填料层高度的计算.............................. 错误！未定义书签。
六、填料层的压降.................................. 错误！未定义书签。
七、附属设备及主要附件的选型...................... 错误！未定义书签。
1.塔壁厚.............................................................................................. 错误！未定义书签。
2．液体分布器................................................................................... 错误！未定义书签。
3．除沫器........................................................................................... 错误！未定义书签。
4．液体再分布器............................................................................... 错误！未定义书签。
5．填料支撑板................................................................................... 错误！未定义书签。
6．塔的顶部空间高度 ....................................................................... 错误！未定义书签。
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
设计一座碳酸丙烯酯（PC ）脱碳填料塔 二、操作条件
1.变换气组成为：CO 2：28.0；CO ：
2.5；H 2：47.2；N 2：22.3。（均为体积%，下同。其它组分被忽略）；
2.要求出塔净化气中CO 2的浓度不超过0.5%；
3.PC 吸收剂的入塔浓度根据操作情况自选；
4.气液两相的入塔温度均选定为30℃；
5.操作压强为1.6MPa ； 三、设计内容
1.设计方案的简介及对设备形式进行论述优缺点。
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.填料吸收塔与液体再分布器的工艺条件图
7.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 p
3.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
5.其他物性数据可查化工原理附录。
设计依据
一、计算前的准备
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CO
2 。
变换气：30000Nm3/h。
变换气组成及分压如下表
在pc中的溶解度关系因为是高浓度气体吸收，故吸收塔内的溶解热映予考虑。
①CO
2
现假设出塔气得温度与入塔液的温度相同，喂T=30C.出塔液的温度为T=40C，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80%，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。
有人关联出了CO在PC中的溶解的相平衡关系，因数据来源不同，关联式略有差异，如
此处采用表中的关联式（a ），计算出塔溶液中的CO 2 浓度有112.4log log 22CO CO -+=T p X PC
m co Nm X X 3232CO CO /44.101182
/09.1024
.220402.0/kmolPC kmolCO 0402.0395
.1112.415
.31325
.644568.4log log 2
2=?==-=-+= 式中，102.09
为PC 的摩尔质量，kg/kmol;1184为出塔液的密度（近似取纯PC 的密度），kg/m 3。
② PC 密度与温度的关系 PC 密度与温度的关系为：
t 032.13.1223-=ρ
30℃：31/1192m kg L =ρ; 40℃:31/1184m kg L =ρ
③PC 的蒸汽压 查PC 理化数据4，PC 蒸汽压与操作总压及CO 2的气相分压比均很小，故
可认为PC 不挥发。 ④PC 的粘度
1
.1535
.185822.0log -+-=T μ mPa ·s （T 为热力学温度，K ）
⑤其他物性将在后续计算中相继给出。
二、物料衡算
⑴.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80%，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：
式中：1184为PC 在40℃时的密度，102.09为PC 的相对摩尔质量。 组分溶解度与溶解气体组成的体积分数
因为溶解气中CO2中占到了95.66%，其他气体在pc 中的溶解度很小，故可将除CO 2 以外的组分视为惰性气体而忽略不计，而只考虑CO2的溶解吸收，即将多组分的吸
收简化为单组分的吸收问题。
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。
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 ：
44.102CO =X Nm 3/m 3
PC
PC 对的实际溶解能力为
PC m Nm 33/202.815.08.044.10=-?
⑵.溶剂夹带量Nm 3/m 3PC
以0.2Nm 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 3
PC
⑶.溶液带出的气量Nm 3/m 3PC 为夹带量与溶解量之和：
CO 2： 0.056+8.202=8.258Nm 3/m 3PC 94.14% CO ： 0.005+0.0138=0.0178 Nm 3/m 3PC 0.20% H 2： 0.0944+0.1784=0.2728 Nm 3/m 3PC 3.11% N 2： 0.0446+0.1784=0.223 Nm 3/m 3PC 2.54 %
8.7716 Nm 3/m 3PC 100%
⑷.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：
V 1 =30000 Nm 3/ h
123V V V =+ 332211y V y V y V += 联立两式解之得
V 3=V 1(y 1-y 2)/(y 3-y 2)=30000?(0.28－0.005)/(0.9414－0.005)=8810.34Nm 3/h
V 2 = V 1 - V 3 =21189.66 Nm 3/ h
⑸.计算PC 循环量
因每1 m 3PC 带出CO 2为8.258 Nm 3 ，故有：
L=V 3y 3/8.258=8810.34×0.9414/8.258=1004.37m 3/h=1004.37×1184=1189169.29kg/h
操作的气液比为V 1/L=30000/1004.37=29.87N m 3/ m 3
⑹.带出气体的质量流量
夹带气量：1004.37×0.2=200.87 Nm 3/ h
夹带气的平均分子量：kg/kmol 208.20223.028472.02025.02828.0441=?+?+?+?=m M
夹带气的质量流量：200.87÷22.4×20.208=181.22kg/h 溶解气量：8810.34－200.87=8609.47 Nm 3/ h
溶解气的平均分子量kg/kmol 76.4220935.028020935.020015.028956.044=?+?+?+?=s M 溶解气的质量流量：8609.47÷22.4×42.76=16434.86kg/h 带出气体的总质量流量：181.22＋16434.86=16616.08 kg/h
⑺.验算吸收液中CO 2的残量为0.15 Nm 3/m 3PC PC 时净化量中的含量
取脱碳塔阻力降为0.3kgf/cm 2，则塔顶压强为16.315-0.3=16.015kgf/cm 2，此时CO 2的分压为
08.0005.0015.162=?=CO p kgf/cm 2，与此分压呈平衡的CO 2液相浓度为：
112.425
.644log log 22CO CO -+
=T
p X PC /m CO Nm 15.0PC /m CO Nm 216.01192
/09.10222.4
0.0008254/kmolPC
kmolCO 0008254.0083
.3112.415
.30325
.64408.0log log 3233232CO CO 2
2>=?=
=-=-+=X X
式中：1192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0.216Nm 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。
入塔循环液相 CO 2：1004.37×0.15
⑻.出塔气体的组成
出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC 带走气体的体积流量之差。 CO 2：30000×0.28－8.258×1004.37=105.91Nm 3/h 0.50% CO ： 30000×0.025－0.0178×1004.37=732.12Nm 3/h 3.46% H 2： 30000×0.472－0.2728×1004.37=13886Nm 3/h 65.53% N 2： 30000×0.223－0.223×1004.37=6466.03Nm 3/h 30.51%
21190.06Nm 3/h 100%
出塔气的平均分子量：005.0442?=M ＋28×0.0346＋2×0.6553＋28×0.3051=11.0422kg/mol
出塔气的质量流量：75.104450422.114.2206.211902=?÷=v L
三、热量衡算
在物料衡算中曾假设出塔溶液的温度为40℃，出塔气相的温度为30℃，现通过热量衡算对出塔溶液的温度进行校核，看其是否在40℃之内。否则，应调整出塔液相得温度、溶剂吸收饱和度和溶解循环量，以使热量横算得到的结果与物料横算所作的假设大致相等或完全一致。具体步骤如下：
⑴.混合气体的定压比热容pV C
因未查到真实气体的定压比热容，故借助理想气体的定压比热容公式近似计算。理想气体的定压比热容：32T d T c T b a C i i i i pi +++=，其温度系数如下表：
表中C p 的单位为（kcal/kmol ·℃）/（kJ/kmol ·℃） 进出塔气体的摩尔比热容
C kJ/kmol 35.31223.018.29472.090.28025.018.2928.039.371??=?+?+?+?==∑i
pi pV y C C C pv2=∑C pi y i
=37.39×0.0050+29.18×0.0346+28.90×0.6553+29.18×0.3051 =29.04 KJ/Kmol ·℃ ⑵.液体的比热容pL C 溶解气体占溶液的质量分数：
()017.01184
76.424.2244.10=?÷﹙1184为40℃纯PC 的密度﹚
其量很少，因此可用纯PC 的密度替代溶液的密度﹙其他物性亦如此﹚。
文献差得纯PC 的定压比热容
()1.390.0018110pl C t =+- kJ/kg ·℃
据此可得：()()C kJ/kg 444.1104000181.039.11000181.039.11??=-+=-+=t C pL ⑶.CO 2的溶解热s Q
文献查得146542CO =H ? kJ/kmolCO 2（实验测定值），CO 2在PC 中的溶解量为
10.44×1004.37=10485.62Nm 3/h=468.11kmol/h
故Qs=14654×468.11=6859655.2kJ/h ⑷.出塔溶液的温度1L T
设出塔气体温度为40℃，全塔热量衡算有：
带入的热量（Q V 1+Q L 2）+ 溶解热量（Q s ）= 带出的热量（Q V2+Q L1）+夹L Q
Q v1=V 1C pv1(T v1－T 0)=30000×31.35×30/22.4=1259598 kJ/h Q L2=L 2C pL2(T L2－T 0)= 1189169.29×1.426×30=50872662kJ/h Qs=6859655.2kJ/h
Q v2=V 2C pv2(T v2－T 0)=21190.06×29.04×30/22.4=824142kJ/h
Q L1=L 1C pL1(T L1－T 0)=(16434.86+1189169.29)×1.444×T L1=1740892.4 T L1kJ/h
=夹v Q ﹙200.87/22.4﹚×29.04 T L1=260.41 T L1
式中1259598+50872662+6859655=824142+﹙1740892.4＋260.41﹚T L1
T L1=33.4℃
现均按文献值作热量衡算，即取C pL1=0.3894 kJ/kg ·℃；C pL2=0.3795 kJ/kg ·℃ Q v1=V 1C pv1(T v1－T 0)=30000×31.35×30/22.4=1259598 kJ/h Q L2=L 2C pL2(T L2－T 0)= 1189169.29×0.3795×30=13538692.4kJ/h Qs=6859655.2kJ/h
Q v2=V 2C pv2(T v2－T 0)=21190.06×29.04×30/22.4=824142kJ/h
Q L1=L 1C pL1(T L1－T 0)=(16434.86+1189169.29)×0.3894×T L1=469462.2 T L1kJ/h 1259598+13538692.4+6859655=824142+469462.3T L1
T L1=44.3℃Q v夹=11536kJ/h Q L1 =1259598+13538692.4+6859655—824142
⑸.最终的衡算结果汇总
四、确定塔径及相关参数
计算公式：u
V D s
π4=
()F u u 8.0~6.0= 由物料横算知，塔内气相负荷变化大，故考虑采用变径塔。
塔底气负荷最大，塔顶气液负荷最小，依塔顶、塔底气液负荷条件分别求取上、下两段径D 2、D 1。
入塔气：)30(208.20/83.12/3.27064/3000013131?====M m kg h kg h Nm V v ，，ρ 出塔气：)30(0422.11/01.7/8.10445/06.2119023232?====M m kg h kg h Nm V v ，，ρ 出塔液：pa 6.1/1184/1205604t1311M P m kg h kg L L ===，，ρ 入塔液：pa 55.1/1192/11891692t 322M P m kg h kg L L ===，，ρ
h)kg/(m 823.7s mPa 173.22?=?=L μ h)kg/(m 3445.9s mPa 596.22?=?=L μ
选用DN50mm 塑料鲍尔环（米字筋），其填料因子φ=120，1-m 空隙率90.0=ε，比表面积32/4.106m m a t =，Bain-Hougen 关联式常数A=0.0942，K=1.75。
泛点气速F u 采用Bain-Hougen 关联图法求取，并确定操作气速。
8
/14
/12.032
lg ???
?
????? ??''-=??
??
?????? ????? ??L V
L L V t F
V L K A a g
u ρρμρρε
⑴ 对塔下段
①求取泛点气速F u ，并确定操作气速u
s
s m u u V L K A a g
u F F F L V L L
V t F /m 12.0u 8.0u /15.0118483.123.27064120560475.10942.0173.2118483.129.04.10681.9lg lg 2228
/14
/12.0328
/14
/12.032===??
? ????? ??-=??
???????? ????? ?????
?
????? ??''-=??
???????? ????? ??取ρρμρρε
②求取塔径
Vs 1=30000(0.1013/1.6)(303.15/273.15)=2107.98m 3/h=0.5856m 3/s
D 1=(4×0.5856/3.14×0.10)0.5=2.73m
本次设计取D 1=2800mm 此时塔的截面积1Ω=0.7852
1D =5.8512
m ③核算操作气速
1u =Vs /1Ω =0.5856/5.851=0.10m/s
则操作气体速度取u 1=0.10m/s 合适 ④核算径比
D 1/d=2800/50=56>10~15（满足鲍尔环的径比要求） ⑤校核喷淋密度
U min = （L W ）min ɑt =0.08×106.4=8.512m 3/(m 2.h) U 1=)/(512.803.174851
.51184
/1205604/120560423h m m h kg ?>==（满足要求）
⑵对塔上段
① 求取泛点气速F u ，并确定操作气速u
s
s m u u V L K A a g u F F F L V L L
V t F /m 088.0u 8.0u /11.0119201.78.10445118916975.10942.0596.2119201.79.04.10681.9lg lg 2228
/14
/12.0328
/14
/12.032===??
? ????? ??-=??
???????? ????? ?????
?
????? ??''-=??
???????? ????? ??取ρρμρρε
② 求取塔径
Vs 2=21190.06(0.1013/1.55)(303.15/273.15)=1536.97m 3/h=0.4269m 3/s D 2=(4×0.4269/3.14×0.10)0.5=2.33m
取D 2=2400m 此时塔的截面积2Ω=0.7852
2D =4.26172m
③核算操作气速
2u =Vs /2Ω =0.4269/4.2617=0.10m/s
则操作气体速度取u2=0.10m/s 合适 ④核算径比
D 2/d=2400/50=48>10~15（满足鲍尔环的径比要求）
⑤校核喷淋密度
U min = （L W ）min ɑt =0.08×106.4=8.512m 3/(m 2.h) U 2=)/(512.809.234.2617
.41192
/1189169/118916923h m m h kg ?>==
（满足要求）
故塔德直径分别为D 1=2800mm ，D 2=2400mm 。
又考虑到粗细两段的喷淋密度均远远大于最小喷淋密度，且变径幅度较小，故在粗细段不设侧线，也不考虑吸收液的部分在循环吸收问题。
五、填料层高度的计算
1. CO 2在气相和液相中的扩散系数
①CO 2在气相中的扩散系数D G 首先计算CO 2在各组分中的扩散系数，然后在计算其在混合气体中的扩散系数。计算公式如下：
()()2
31
3
12
175.15)11(
10013.12??
?
??
?++?=
∑∑--B A t B
A i CO V V P M M T D （t p 的单位为kPa ）()∑--=
i
co i
CO G D y
y D 22
1
查各组分的摩尔质量M i 和分子扩散体积∑i V ，计算参数为塔底：温度30C ，压力为1.6MPa ；塔顶：温度30C ，压力为1.55 MPa.并将在各组分中扩散系数按上式计算，其结果一并填入下表中。
平均1,2i CO D -为平均温度 30C 及平均压力1.575MPa 下的数值。
从1G D 、2G D 数值可以看出，塔顶、塔底的扩散系数并无明显差异，若差异太大，应在塔中插入若干分点后计算其平均值，这样做势必将增大物热衡算的工作量。
①
在液相中的扩散系数L D 关于在液相中的扩散系数，有下面的经验公式
L
PC CO T
D μ8
100123069.92--?=
L
PC CO T
D μ8
1078.72--?=c m 2/s （L μ—mPa ·s ）
不知哪一个计算式较可靠，现取二者进行算术平均，即L
PC CO T
D μ810396.82--?=计
算，塔底温度为40C ，塔顶温度为30C 。故
1L D =8.396810-?﹙313.15／2.173﹚=1.2061510-?c m 2
/s=4.3418610-?m 2
/h
2L D =8.396810-?(303.15/2.596)=0.9804510-?c m 2
/s=3.530610-?m 2
/h
2.173 mPa ·s 和2.596 mPa ·s 分别为PC 为40 C 和30 C 时的黏度。 2. 气液两相黏度
（1）气象黏度
()()
∑∑=
5
.05
.0i
i
i Gi i G M y M y μμ （气体混合物的黏度） m
Gi
Gi
T ??
?
??=15.2730μμ（纯组分的粘度）
Gi
μ为0℃、常压下纯气体组分的粘度，mPas 。m 为关联指数（见下表）
在常压下及操作温度下，气相中单组分及混合物的黏度计算结果见表
亦可利用对比态原理根据对比压力、对比温度和对比黏度的关系从图中查处各组分的黏度值，其值与利用公式所得到的结果基本相同。
（2）液相黏度L μ 根据1
.1535
.185822.0log -+
-=T L
μ mPa ·s 得
()h m mPa L ?=/173.21μ=7.8230kg/()h m ? ()()h m kg h m mPa L ?=?=3445.9/596.22μ
（3）气液两相的密度
进出塔气体的平均摩尔质量：kmol kg 208.20m1=M ，kmol kg 04.11m2=M 气相密度：31m kg 83.12=G ρ,同样可算出32/01.7m kg G =ρ 液相密度：31m kg 1184=L ρ,32m kg 1192=L ρ
（4）气液两相的C S 数
()556
.0100858.283.12104876.165
1
111=???==--G G G G C D S ρμ ()989.010
1532.201.7104928.165
2
222=???==--G G G G C D S ρμ ()68.152110
2061.1118410173.293
1111=???==--L L L L C D S ρμ ()222110
9804.0119210596.293
2
222=???==
--L L L L C D S ρμ （5）吸收液与填料的表面张力
吸收液：t 114.0167.43-=σ
21/500347/607.38h kg m mN ==σ 22/520953/197.40h kg m mN ==σ
（6）惰性气体的对数平均分压Bm P
塔底压力MPa P t 6.11=
塔顶压力：取塔内压降为0.52kgf （含49044pa ），M P a
P t 55.12=
()()MPa yco p p t B 152.128.016.112111=-=-=()()MPa yco p p t B 542.1005.0155.112222=-=-=
()()
3375.1152.1542.1ln 152
.1542.1ln 1221=-=-=
B B B B Bm p p p p p MPa
（7）气相的摩尔流率
h M m k m o l G ?=?=21/8986.228851.54.2230000
h M m kmol G ?=?=22
/9736.2212617
.44.2206.21190 （8）填料的当量直径
m a d t p 0338.04.1069.044=?==ε
（9）气相质量流率G
()
h m kg G ?=??=
2158.4625208.20851.54.2230000
()
h m kg G ?=??=
259.245004.112617
.44.2206
.211902 （10）气相传质系数
()???? ?
????
? ???
?????-=--Bm M G G G G p G P G D G d 10k 236
.0ρμεμ
()3375
.1108986
.228556.09.0105355.058.46250338.0195.1k 3236
.01
??
??
?
?
???-???=--G
=1.1957107.11139.174789.105656.0=???
()3375
.1109736
.221989.09.010537.059.24500338.0195.1k 3236
.02
??
??
?
?
???-???=--G
=1.195621.05962.160074.103106.0=???
（11） 液相传质流率(喷淋密度)
h m kg 9.206050851.5120560421?==
L ;h m kg 3.2790362617
.41189169
22?==L
（12）液相传质系数
()
4
.03
15
.05
.0t g 015.0k p
t
L L L L L L L d a D a L
???
? ?????
? ?????
? ??=-ρμρμμ
4.0185
.05
.01
9.51184101.27823.768.1521823.74.1069.206050
015.0k ????
? ???????
?
? ????=-L
=0.015h m 159.1034.2321.940256.0734.15=????
4.03
185
.05
.029.51192101.273445.922213445.94.1063.279036
015.0k ????
? ???????
?
? ????=-L
=0.015h m 082.1034.2853.990212.0753.16=????
（13） 总传质系数
L
G L k k H K 1
1+= 溶解度系数H,吸收后的溶液为稀溶液,且近似满足亨利定理(见船只单元数计算). S M s E c H t ρ≈=,atm t E 594.396204.1+= ()
()
atm m kmol H ?=+??=
311111.0594.39406204.109.1021184
()
()
atm m kmol H ?=+??=
321324.0594.39306204.109.1021192
()h m k k L L 0779
.18628.00649.0159
.11
7107.11111.0111=?+=+=
()h m k k L L 082.19242.02132.0082
.11621.01324.0112=?+=+= 从计算结果得出,PC 吸收的过程为液膜控制,并且气膜阻力不可忽略(约占总阻力的20%),液膜阻力与气膜阻力之比约为4:1。 因吸收后的溶液仍为稀溶液，固L t x K c K ≈,有：
)
h m kmol K x ?=?=215011.120779.109.1021184
,
()
h m kmol K x ?=?=22
6334.12082.109
.1021192 （14）有效传质比表面积w a
???
????????? ?????? ?????? ????? ??--=-2.0205.0221.075.0g 45.1exp 1t L L t L t c t w a L a L a L a a σρρμσσ ???
????????? ???????? ???????? ?????? ??--=-2.0205.08221.075.01
4.10650034711849.206050101.2711844.1069.206050823.74.1069.206050607.38334
5.1exp 1t
w a a =()9166.0924.02017.17353.1889.045.1-exp 1=????-
321m m 523.974.1069166.0=?=w a
???
????????? ???????? ???????? ?????? ??--=-2.0205.08221.075.02
4.10652095311923.279036101.2711924.1063.279036344
5.94.1063.279036197.403345.1exp 1t
w a a
=()9293.00334.11666.17572.18625.045.1-exp 1=????-
322m m 878.984.1069293.0=?=w a
（15）计算塔顶、塔底二截面处的()m x -1
塔顶、塔底液相的平衡组成*x 与实际组成x 塔底：
0386.009
.10211844.2244.104
.2244.10x *=+=
因吸收饱和度为80%；故0309.0x 8.0x *
11==
塔顶：塔顶压力为1.55MPa ，合15.80562cm kgf ，于是出塔净化气中CO 2的分压为
07903.08056.15005.0co 2=?=P 2cm kgf
/k m o l P C k m o l C O
000814.0112
.415
.30325
.644079.0lg 112.4T 25.644pco lg log 2CO *2CO *2
2=+=-+=X X —
二甲醚及生产工艺 摘要：综述了二甲醚的性质、用途、生产方法及使用二甲醚时候的注意事项。 关键词：二甲醚化工产品合成气一步法甲醇液相法甲醇气相法 一、产品说明 1、二甲醚的基本概况 二甲醚别名：甲醚 英文名称：methyl ether；dimethyl ether；DME CAS编号：115-10-6 分子式：C2H6O 结构式：CH3—O—CH3 二甲醚又称甲醚，简称DME。二甲醚在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度（20℃）0.666，熔点-14 1.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。 二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射
剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。 2 生产原理 2.1 生产方法简介 目前国外二甲醚生产方法主要有合成气一步法和甲醇法。甲醇法又分为甲醇气相法和甲醇液相法。合成气一步法的工业化技术尚未成熟,理由是: ①现有的技术未经装置检验; ②即使按现有技术,其生产成本也高于甲醇气相法 2.2 反应方程式 合成气一步法以合成气(CO + H2 )为原料,合 成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成, 同时伴随CO的变换反应。其反应式如下。 2CO + 4H2 = 2CH3OH CO +H2O =CO2 +H2 2CH3OH =CH3OCH3 +H2O 总反应: 3CO + 3H2 =H3COCH3 +CO2 甲醇液相法： 甲醇脱水反应在液相、常压或微正压、130 ～130 ℃下进行。其化学反应式如下: 2CH3OH =H3COCH3 +H2O 甲醇气相法：
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 姓名 学号 上海工程技术大学
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 3 一、设计题目 3 二、操作条件 3 三、设计内容 3 四、基础数据 4设计依据： (5) 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 (10) 7.出塔气体的组成 (11) 三、热量衡算 (12) C (12) 1.混合气体的定压比热容 pV C (13) 2.液体的比热容 pL Q (13) 3.CO2的溶解热 s T (14) 4.出塔溶液的温度 1L 5.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)
太原理工大学化学化工学院 《化工设计》课程设计讲明书 年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计
学生学号：2009002273 学生姓名：武晓佩 专业班级：化工工艺0904 指导教师：郑家军 起止日期： 2012.11.26～2012.12.21
化工设计课程设计任务书
摘要 作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME 是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时可不能产生破坏环境的气体，能廉价而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。目前生产的二甲醚差不多上由甲醇脱水制得，即先合成甲醇，然后经甲醇脱水制成二甲醚。甲醇脱水制二甲醚分为液相法和气相法两种工艺，本设计采纳气相法制备二甲醚工艺。将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过γ-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。气相法的工艺过程要紧由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。要紧完成以下工作： 1）精馏用到的二甲醚分离塔和甲醇回收塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计； 2）所需换热器、泵的计算及选型； 关键词：二甲醚，甲醇，工艺设计。
Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy resources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the γ-AL2O3catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of tower ,diameter, arrangement of column plate etc; 2) The calculation and selection of heat exchanger, pump;
碳酸丙烯酯脱碳技术 脱除合成变换气中的二氧化碳的方法大致可分为：物理吸收法、化学吸 收法和物理化学吸收法。碳酸丙烯酯这一物理吸收法脱除变换气中的二氧化碳。 现将其应用情况总结如下。 1碳酸丙烯酯脱碳的原理 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的溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中的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的降低而增加的，所以，在较高的压力下，碳酸丙烯酯吸收了变换气中的二氧化碳等酸性气体，在较低的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的能力。 2工艺流程 2.11气体流程 2.1.1原料气流程 由压缩机三段送来2.3MPa1的变换气首先进入水洗塔底部与水洗泵送来的水在塔内逆流接触，洗去变换气中的大部分油污及部分硫化物，并将气体温度降到30℃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，自分离器出来的气体进入二氧化碳吸收塔底部，与塔顶喷淋下来的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，与自上而下的稀液（或脱盐水）逆流接触，将净化气中夹带的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，将净化气夹带的碳酸丙烯酯雾沫进一步分离，净化气由分离器顶部出11来回压缩机四段入口总管。 2.1.12解吸气体回收流程 由闪蒸槽解吸出来的闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔，自下而上与自上而下的稀液逆流接触，将闪蒸气夹带的液滴回收下来。闪蒸气自闪蒸气洗涤段出来后进入闪蒸气分离器，将闪蒸气夹带的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。由常解塔解吸出来的常解气进入常解-汽提气洗涤塔的常解气洗涤段，与自上而下的稀液逆流接触，将常解气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中的
碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料吸收塔课程设计任务书 一、设计任务 某厂以天然气为原料生产合成氨，选择碳酸丙烯酯(PC)为吸收剂脱除变换气中的CO2，脱碳气供合成氨下一工段使用。试设计一座碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔。 二、操作条件 1．合成氨原料气量（30000+200X）m3 /h【X代表学号最后两位数】 2．变换气组成为：CO2 28%；CO 2.5%；H2 49.5%；N2 16.5%；CH4 3.5%。(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2.8MPa； 三、设计内容 1．设计方案的确定及工艺流程的说明； 2．填料吸收塔的工艺设计； (1) 塔填料选择； (2) 吸收塔塔径计算； (3) 吸收塔填料层高度和填料层压降计算； (4) 吸收塔诸接管口径计算； (5) 主要设计参数核算； 3．填料吸收塔主要附属内件选型 主要附属内件包括初始液体分布器、液体再分布器、填料支承板、填料压板、除雾器、气体入塔分布器等。 4．附属尺寸确定 附件包括塔顶空间、塔底空间、人孔、裙座、封头和进出管口等。 5．填料塔高度计算 6．主要附属设备的计算与选型 计算贫液冷却器的换热面积，确定吸收剂循环泵的型号。 7．塔的工艺计算结果汇总一览表； 8．工艺流程简图和主体设备工艺条件图； 9．对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
(4)密度与温度的关系 C)kJ/(kg ) 10(00181.039.1p ??-+=t c (6)表面张力 (7)凝固点 2．CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的亨利系数 3．CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解度数据(一) 注：表中溶解度数据单位为STPm 3CO 2/m 3PC 。 4．CO 2在碳酸丙烯酯（PC ）中的溶解度数据(二)（单位为STPm 3CO 2/m 3PC ）
二甲醚的生产方法最早是由高压甲醇生产中的副产品 精馏后制得，随着低压合成甲醇技术的广泛应用，副反应大大减少，二甲醚的工业生产技术很快发展到甲醇脱水或合成气直接合成工艺。甲醇脱水法包括液相甲醇法和气相甲醇法，前者的反应在液相中进行，甲醇经浓硫酸脱水而制得，但因该法存在装置规模小、设备易腐蚀、环境污染、操作条件恶劣等问题，逐步被淘汰。近年来，二甲醚的需求量增长较大，各国又相继开发投资省、操作条件好、无污染的新工艺，主要包括二步法和一步法。 二步法先由合成气制取甲醇，然后将甲醇在催化剂下脱水制取二甲醚。以前主要采用硫酸作催化剂，现在大多采用由γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作催化剂，性能优良，选择性好，故能制备出高纯的二甲醚，还能避免污染。 一步法由合成气直接制取二甲醚，包括合成气进入反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应和水-煤气变换反应，产物为甲醇与二甲醚的混合物，混合物经蒸馏分离得二甲醚，未反应的甲醇返回反应器。一步法多采用双功能催化剂，一般由两类催化剂混合而成，其中一类为合成甲醇催化剂，另一类为甲醇脱水催化剂。合成甲醇催化剂包括Cu-Zn-Al (O)基催化剂，如BASF、S3-85和I-CI-512等。甲醇脱水催化剂有氧化铝、多孔SiO2-Al2O3、Y型分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石等。一步法根据反应器类型分为固定床和浆
态床两种。 一步法制二甲醚的反应可分为以下几步： CO+H2—>CH3OH -ΔH=90.7kJ/mol (1) 2CH3OH—>CH3OCH3+H2O -ΔH=23.5kJ/mol (2) CO+H2O—>CO2+H2 -ΔH=41.2kJ/mol (3) 总反应式：3CO+3H2—>CH3OCH3+CO2 -ΔH=246.1kJ/mo l (4) 一步法与二步法相比较，各有优势。一步法中CO的转化率远高于二步法，但在一步法中，由于三个反应必须同时发生，且三个反应均为放热反应，这就要求所用的催化剂有很好的耐热性，在高温下具有高选择性。一步法生产的二甲醚一般用作醇醚燃料，若想生产高纯度，还需进一步分离提纯。二步法的转化率虽然不如一步法高，但是它具有生产工艺成熟，装置适应性广，后处理简单等特点，既可直接建在甲醇生产厂，也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。与一步法相比，二步法合成流程稍长，但两类催化剂装在不同反应器，互不干扰。从目前的技术发展趋势来看，一步法具有流程短、设备效率高、操作压力低和CO单程转化率高等特点，使得设备投资费用和操作费用大大减少，合成二甲醚的生产成本较两步法大幅度降低。因此，一步法经济上更加合理，市场上更具竞争力，总体上来说更具技术优势。 根据反应过程的相态和工艺特点来分，合成气一步法制二甲
二甲醚的生产方法有多种，工业装置以甲醇法为主。甲醇法分为气相催化脱水法和液相催化脱水法。其代表分别为西南院和山东久泰。合成气一步法直接合成二甲醚的生产技术尚不完善。 最近有两套10万吨/年二甲醚装置刚刚投产，分别是湖北天茂和河北中捷石化，设计单位分别是西南院和东华工程公司（大连化物所技术），都是甲醇气相法。 总体来讲，甲醇气相脱水法是用的比较广的一项技术。 二甲醚的生产方法主要有硫酸法、甲醇气相催化脱水法、合成气一步法直接合成二甲醚法。硫酸法虽然反应条件温和，甲醇单程转化率高（>85%），可间歇或连续生产，但设备腐蚀严重，残液及废水对环境污染严重，操作条件苛刻，产品难以脱除微量杂质，有异味，产品质量差，属淘汰工艺；而以合成气（H2+CO）直接法合成二甲醚的生产技术目前尚不成熟。二甲醚国内外现有大型工业生产装置主要采用成熟的甲醇气相催化脱水法。 表4-6 二甲醚生产工艺技术比较 对比项目甲醇气相催化脱水法合成气一步成法甲醇液相催化脱水法备注 [wiki]催化剂[/wiki] 固体酸催化剂(γ-Al2O3) 多功能催化剂以硫酸为主的复合催化剂（含磷酸） 原料精甲醇、粗甲醇富CO的合成气， 理想合成气组份H2/CO=1 精甲 醇气相法以粗甲醇为原料，成本大幅降低 技术成熟程度成熟技术有待完善成熟 流程长短流程略长，二甲醚的分离和精馏简单流程略短，二甲醚的分离和精馏较复杂流程长 甲醇单程转化率 78~88% 88~95% 反应温度,℃ 230~360 250~300 160~200 反应压力，MPa 0.1~0.5 2.5~6.0 0.04~0.15 反应系统材质碳钢或普通不锈钢石墨等耐酸腐蚀材料 甲醇消耗 1.40~1.43/tDME 1.41~1.45/tDME 电力消耗≤10kw.h≥100kw.h液相法电耗太高 水蒸汽 消耗 1.45t/tDME 1.44 t/tDME 投资比较低,投资系数100%(基准) 软件费及专利设备费高，总体投资较高/105%(按现有资料估算）高,投资系数/30~300% 液相投资高 产品质量≥99.9 ~99 ~99 工程放大简单,反应系统单系列在缺乏足够试验数据情况下，建设大规模装置，工程风险很大难度大,反应器需多套并联 毒性除甲醇外无其他有毒介质甲醇、一氧化碳等磷酸、磷酸盐毒性大、中间产物硫酸氢甲酯为极度危害介质 废酸处理无废酸处理问题无废酸处理问题需处理硫酸、磷酸等废酸 环境保护无“三废”有废水处理投资、能耗高
二甲醚工厂的设计 前言 近年来，由于石油资源短缺、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强，二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视，成为近年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。作为LPG和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。二甲醚特有的理化性能奠定了其在国际、国内市场上的基础产业地位。
二甲醚未来主要用于替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极为广阔，是目前国际、国内优先发展的产业。2002年我国LPG的表观消费量为1620万吨，同时中国自1990年开始大量进口LPG，2002年LPG进口量为626万吨。如果二甲醚的价格合适，假设二甲醚替代进口的LPG，以目前的进口量计算，需要燃料级二甲醚约1000万吨。 对开发二甲醚作为新型清洁能源，国家给予很大的政策鼓励。2007年7月1日，财政部和国家税务总局发布《关于二甲醚增值税适用税率问题的通知》，宣布自2008年7月1日起，我国将二甲醚增值税税率由17%下调为13%。此次二甲醚增值税税率下调，使二甲醚与液化气之间的价差进一步增大，从而有利于提升下游的购买热情。 我国的能源结构现状是“富煤、贫油、少气”，因此以煤制二甲醚发展替代能源优势明显。根据行业专家的测算，以目前的煤炭成本，制作二甲醚系列产品具有极大的成本优势，因而二甲醚将作为一种新能源逐渐走向前台。 综上所述，二甲醚是一个具有发展前景的新兴产业，它对国民经济的发展，能源结构调整，环境保护都具有十分重要意义。建立以二甲醚为中心的能源系统，当前面临的最大挑战是开发高效低廉的二甲醚生产技术，积极吸收与开发新技术，降低成本，同时加大宣传与推广力度，将其纳入发展绿色能源、解决能源安全问题的重要课题，并给于政策支持，为我国加快可持续发展的能源战略实施提供新途径，使这一新的清洁能源尽快产业化。本设计利用了目前最有工业应用前景的合成气一步法合成二甲醚，原料由位于无锡市的联合化工总厂供应。本设计的生产规模定位在年产10万吨，主要是为了从该规模的生产中合成气一步法制备二甲醚的优势，并从中探索出合成气一步法大规模工业化的技术 目录 一、设计背景 1.1 产品概述 1.2 生产能力分析 1.3 国内外发展概况 1.4 产品市场预测及发展前景分析 二、厂址选择（选做）
碳酸丙烯酯 目录 基本信息 化学名称：丙二醇碳酸酯, 碳酸丙烯酯 英文化学名:Propylene carbonate 其实，Propylene Carbonate所对应的中文规范名称并非“碳酸丙烯酯”，从结构上我们可知，其中并没有“烯”的不饱和键（只有酯的碳氧双键），且其为环状结构，而“碳酸丙烯酯”的叫法并未反映出这种结构。究其原因在于“Propylene ”一词具有“丙烯”和“亚丙基”这两种意思，“碳酸丙烯酯”恐怕是在对其结构并不了解的情况下仅根据词义进行的汉化，后来在网络上反而逐渐演变成将错就错的主流叫法了……规范地说，Propylene Carbonate可以翻译成碳酸亚丙基酯、碳酸丙二醇酯后者1,2-丙二醇碳酸酯，或者4-甲基-2,5-二氧戊环-1-酮等。 性质与用途 分子式：C4H6O3 无色无气味,或淡黄色透明液体，溶于水和四氯化碳，与乙醚，丙酮，苯等混溶。是一种优良的极性溶剂。本产品主要用于高分子作业、气体分离工艺及电化学。特别是用来吸收天然气、石化厂合成氨原料其中的二氧化碳，还可用作增塑剂、纺丝溶剂、烯烃和芳烃萃取剂等。 特性分子量：102.09 物理性质：外观无色透明液体 熔点-48.8 ℃
沸点242℃ 闪点132℃ 相对密度1.2069 饱和蒸汽压0.004kpa 溶解性:溶于水，可混溶于丙酮、醇,乙醚、苯、乙酸乙酯等有机溶剂. 折光率1.4189 比重1.189 粘度2.5mPa.s 介电常数69c/v.m 毒理数据:动物实验经口服或皮肤接触均未发现中毒.大鼠经口 LD50=2,9000 mg/kg. 用途·电子工业上可作高能电池及电容器的优良介质·高分子工 业上可作聚合物的溶剂和增塑剂。·化工行业是合成碳酸二甲酯的主要原 料也可用于脱除天然气、石油裂解气中二氧化碳和硫化氢。·另外：还可 用于纺织、印染等工业领域。 包装 200公斤镀锌铁桶包装,也可按顾客要求进行包装。储运应储 存于阴凉、干燥、通风良好的场所,钢瓶应垂直放置，避免受热和爆晒 质量指标 （质量体系符合ISO9001：2000标准） 指标优级品一级品合格品 含量 99.90% min 99.50% min 99.0% min 水分 200 ppm max 0.10% max 0.15% max 色度(铂-钴) 10 20 40 密度(20°C) 1.200±0.005 g/cm3 1.200±0.005 g/cm3 1.200±0.005 g/cm3 Cl 1 ppm max -- -- SO4 1 ppm max -- -- K 1 ppm max -- -- Na 1 ppm max -- -- Ca 1 ppm max -- -- Fe 1 ppm max -- -- Pb 1 ppm max -- -- 包装、储运 镀锌铁桶或烤漆桶包装，每桶净重250±0.5千克，亦可采用ISO TANK 或按照客户的要求进行包装。
河南城建学院本科毕业设计设计说明 设计说明 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。 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，设计出二氧化碳吸收塔的塔径为3.4m，塔高为30m，由于解吸塔塔径过粗，使用两塔进行解吸，两塔各操作条件相同，塔径为2.4m，填料层高度为16m，然后对二氧化碳吸收和解吸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
Design elucidation 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. This paper tradeoff advantages and disadvantages of much approach to decarbonization, propylene carbonate (PC) decarboniza-tion are 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.The diameter of absorption tower is 3.4m, the height of tower is 30m, And then the strength of the Carbon dioxide absorption tower is ecked. 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
一、碳酸二乙酯合成 1、来自萃取塔的碳酸丙烯酯、乙醇及来自装置外的的催化剂经静态混合器X201送入反应精馏塔T201中部，工艺物料在T201塔中进行反应，生成碳酸丙烯酯。塔顶出来的气相粗碳酸二乙酯和乙醇共沸物，经E201冷凝器进入V201回流罐，开启P202反应精馏塔回流泵，打全回流。当T201塔内达到一定条件，分析合格，开启P202出口阀门去T202塔的进料管线。T201塔底粗丙二醇经P201精馏塔出料泵送至脱轻塔。 2、来自PC合成工段的PC和来自T201塔的碳酸二乙酯、乙醇进入T202塔EMC萃取精馏塔，塔顶气相乙醇，经E202冷凝器进入V202，开启P204回流泵，打全回流。当T202塔内达到一定条件，开启P204乙醇去反应精馏塔T201.塔斧粗品碳酸二乙酯经P203出料泵打入T203。 3、来自T202的粗品碳酸二乙酯进入T203进行精制，塔顶气相碳酸二乙酯经E203冷凝器进入V203回流槽，开启P206回流泵，打全回流。当塔内达到一定条件，开启P206精品碳酸二乙酯去罐区。塔斧催化剂经P205送至T201 二、丙二醇合成 来自反应精馏塔图T201塔斧的粗丙二醇和来自T302塔斧的丙二醇精馏塔的粗丙二醇一起送入丙二醇脱轻塔T301中上部进行精馏分离，塔顶气相丙二醇物经E301冷却器进入V301回流槽，经P302回流泵打入T301循环利用。当V301达到一定条件时，开启P302阀口
去T303管线。T301塔底粗丙二醇经P301打入T302丙二醇精馏塔。塔顶气相产物经E302冷却器进入V302回流槽，开启P304打全回流。当塔内达到一定条件开启P304去T301的管线。 精品丙二醇经测线出料泵P305去丙二醇产品灌区。 来自T301的乙醇进入T303乙醇回收塔，塔顶乙醇经E303 冷却器进入V303回流槽，经回流泵进入T303打全回流。当塔内达到一定条件，开启回流泵乙醇至反应精馏塔。塔底乙醇混合物经P306回流泵至锅炉。
气相色谱分析在碳酸丙烯酯生产中的应用 1、前言 碳酸丙烯酯的生产是以环氧丙烷和二氧化碳为原料，在催化剂作用下，于反应器内控制一定的温度和压力合成粗碳酸丙烯酯液，粗碳酸丙烯酯液经真空蒸馏得到纯度大于99.5％产品。为保证环氧丙烷转化率需要监控粗碳酸丙烯酯液的成分，根据环氧丙烷的含量及时调整反应条件，根据成品质量调整精馏操作。根据物料特性我们确定选用气相色谱进行中控分析。合成液中有碳酸丙烯酯、水、环氧丙烷、丙二醇、催化剂、溴乙烷、三乙胺等组分，其中溴乙烷、三乙胺为催化剂的分解产物，需将各组分分离开，由于组分较多采用恒温气相色谱分析时分离效果较差。我们经实验采用程序升温法，优选实验操作条件，可将组分分离，定量满足中控和成品检测要求，测试结果准确度较高。 2、实验 2.1仪器和试剂 仪器：气相色谱仪及色谱工作站，电子天平(精确0.0001g)，φ3mmx2m不锈钢填充柱，5μL微量注射器。 试剂：碳酸丙烯酯、丙二醇、环氧丙烷、溴乙烷、三乙胺均为分析纯；氢气，纯度≥99.9％。 2.2实验方法 2.2.1相对质量校正因子f值的确定 在分析天平上准确称量一定质量的各基准试剂(精确到0.0001g)配成混合样品，用微量进样器吸取此混合样1μL，注入气相色谱仪进行分析，以碳酸丙烯酯为标准物，经色谱工作站处理得各物质的峰面积，计算出各物质的相对校正因子。 2.2.2实验步骤 采用归一化法进行各组分定量测定，用微量进样器吸取待测样品1μL注入气相色谱仪中，在选定操作条件下得到色谱图，经色谱工作站处理，得出样品溶液中的碳酸丙烯酯、环氧丙烷、溴乙烷、丙二醇、三乙胺、水等组分的含量。2.3操作条件的选择 2.3.1升温的选择
二甲醚及生产工艺 1、二甲醚的基本概况 二甲醚别名：甲醚 英文名称：methyl ether；dimethyl ether；DME CAS编号：115-10-6 分子式：C2H6O 结构式：CH3—O—CH3 二甲醚又称甲醚，简称DME。二甲醚在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度（20℃）0.666，熔点 -141.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。 二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。 2 生产原理 生产方法简介
目前国内外二甲醚生产方法主要有合成气一步法和甲醇法。甲醇法又分为甲醇气相法和甲醇液相法。合成气一步法的工业化技术尚未成熟,理由是: ①现有的技术未经装置检验; ②即使按现有技术,其生产成本也高于甲醇气相法 反应方程式 合成气一步法以合成气(CO + H2 )为原料,合 成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成, 同时伴随CO的变换反应。其反应式如下。 2CO + 4H2 = 2CH3OH CO +H2O =CO2 +H2 2CH3OH =CH3OCH3 +H2O 总反应: 3CO + 3H2 =H3COCH3 +CO2 甲醇液相法： 甲醇脱水反应在液相、常压或微正压、130 ～130 ℃下进行。其化学反应式如下: 2CH3OH =H3COCH3 +H2O 甲醇气相法： 催化剂为ZSM分子筛、磷酸铝或γ2Al2O3。 甲醇脱水反应的化学反应式如下。 主反应: 2CH3OH =H3COCH3 +H2O
第二章二甲醚分离塔的工艺计算 一、二甲醚分离塔的物料衡算 （一）已知所给数据得出物料衡算简图如下： 图2-1物料衡算简图 （二）选定衡算基准为kmol/h。 已知条件所给数据为kg/h,根据公式ai/M i÷∑a i/M i （1） 进行质量分数与摩尔分数的换算。 已知：M DME=46.07kg/kmol M CH3OH=32.04 kg/kmol M H2O=18.02 kg/kmol 其中a i—质量分数；M i—摩尔质量 得出下表所示数据： 1、进料组分 表2-1 进料各组分所占比例 2、塔顶组分 表2-2 塔顶各组分所占比例
3、塔釜组分 表2-3 塔釜各组分所占比例 （三）清晰分割 以二甲醚为轻关键组分，甲醇为重关键组分，水为非关键组分。 （四）物料衡算 已知：生产速率P =3×107÷8000=3.750×103（kg/h）=82.40 kmol/h D=81.40/0.9993=81.46 kmol/h X W，DME= 3.194×10-5X D，CH3OH=0.0007000 X W，DME，X D，CH3OH分别为塔釜二甲醚的摩尔分数和塔顶甲醇的摩尔分数。 表2-4 清晰分割法计算过程 组分进料馏出液釜液 DME 0.7080F 0.7080F-3.194×10-5W 3.194×10-5W CH3OH 0.008640F 0.0007000D 0.008640F-0.0007000D H2O 0.2834F 0 0.2834F ∑ F D W 列出物料衡算式： 3.194×10-5W+0.008640F-0.0007000D+0.2834F=W (2) F=D+W (3) 联立式（2），（3）得： F=242.93kmol/h=7747 kg/h W=160.07 kg/h=2902 kg/h D=82.46 kmol/h=3796 kg/h。 M F=31.89kg/kmol M W=18.13 kg/kmol M D=46.03 kg/kmol M F、M W、M D分别为进料、塔釜、塔顶的平均相对分子质量。
碳酸丙烯酯 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
碳酸丙烯酯 目录 基本信息 化学名称：丙二醇碳酸酯, 碳酸丙烯酯 英文化学名:Propylene carbonate 其实，Propylene Carbonate所对应的中文规范名称并非“碳酸丙烯酯”，从结构上我们可知，其中并没有“烯”的不饱和键（只有酯的碳氧双键），且其为环状结构，而“碳酸丙烯酯”的叫法并未反映出这种结构。究其原因在于“Propylene ”一词具有“丙烯”和“亚丙基”这两种意思，“碳酸丙烯酯”恐怕是在对其结构并不了解的情况下仅根据词义进行的汉化，后来在网络上反而逐渐演变成将错就错的主流叫法了……规范地说，Propylene Carbonate可以翻译成碳酸亚丙基酯、碳酸丙二醇酯后者，或者4-甲基-2,5-二氧戊环-1-酮等。
性质与用途 分子式：C4H6O3 无色无气味,或淡黄色透明液体，溶于水和四氯化碳，与乙醚，丙酮，苯等混溶。是一种优良的极性溶剂。本产品主要用于高分子作业、气体分离工艺及电化学。特别是用来吸收天然气、石化厂原料其中的二氧化碳，还可用作增塑剂、纺丝溶剂、烯烃和芳烃萃取剂等。 特性分子量：102.09 物理性质：外观无色透明液体 熔点-48.8 ℃ 沸点242℃ 闪点132℃ 相对密度1.2069 饱和蒸汽压0.004kpa 溶解性:溶于水，可混溶于丙酮、醇,乙醚、苯、乙酸乙酯等有机溶剂. 折光率1.4189 比重1.189 粘度2.5mPa.s 介电常数69c/v.m 毒理数据:动物实验经口服或皮肤接触均未发现中毒.大鼠经口LD50=2,9000 mg/kg.
碳酸丙烯酯化学品安全技术说明书(MSDS) 第一部分：化学品名称 化学品中文名称：1,2-丙二醇碳酸酯 化学品英文名称：propylene carbonate 中文别名： 英文别名： 技术说明书编码： 分子式： C 4 H 6 O 3 分子量：102.09 第二部分：成分/组成信息 主要成分：纯品 CAS No.：108-32-7 第三部分：危险性概述 危险性类别： 侵入途径： 健康危害：吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害。对眼睛、皮肤有刺激作用。环境危害： 燃爆危险： 第四部分：急救措施 皮肤接触：脱去污染的衣着，用流动清水冲洗。 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。 吸入：脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难，给输氧。就医。
食入：饮足量温水，催吐。就医。 第五部分：消防措施 危险特性：遇明火、高热可燃。 有害燃烧产物： 灭火方法：消防人员须佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上风向灭火。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中产生声音，必须马上撤离。灭火剂：雾状水、泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。灭火注意事项及措施： 第六部分：泄漏应急处理 应急处理：迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防毒服。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用砂土、蛭石或其它惰性材料吸收。也可以用大量水冲洗，洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。用泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。 第七部分：操作处置与储存 操作注意事项： 储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与氧化剂分开存放，切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。 第八部分：接触控制/个体防护 最高容许浓度：中国MAC:未制定标准；前苏联MAC:未制定标准 监测方法： 工程控制：密闭操作，注意通风。 呼吸系统防护：空气中浓度超标时，必须佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩）。紧急事态抢救或撤离时，应该佩戴空气呼吸器。 眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。 身体防护：穿防毒物渗透工作服。 手防护：戴橡胶耐油手套。 其他防护：工作现场严禁吸烟。工作完毕，淋浴更衣。特别注意眼和呼吸道的防护。
国内外二甲醚市场和生产工艺分析 国内外二甲醚市场和生产工艺分析 目前二甲醚
碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔 的工艺设计 学校河南城建学院 专业化学工程与工艺 姓名李俊阳 学号 101410130
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 3 一、设计题目 3 二、操作条件 3 三、设计内容 3 四、基础数据 3 设计依据： (4) 一、计算前的准备 (4) 1.CO2在PC中的溶解度关系 (5) 2.PC密度与温度的关系 (6) 3.PC蒸汽压的影响 (6) 4.PC的粘度 (7) 二、物料衡算 (7) 1.各组分在PC中的溶解量 (7) 2.溶剂夹带量Nm3/m3PC (8) 3.溶液带出的气量Nm3/m3PC (8) 4.出脱碳塔净化气量 (8) 5.计算PC循环量 (9) 6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量 (9) 7.出塔气体的组成 (10) 三、热量衡算 (11) C (11) 1.混合气体的定压比热容 pV C (11) 2.液体的比热容 pL Q (12) 3.CO2的溶解热 s T (12) 4.出塔溶液的温度 1L 5.最终的衡算结果汇总 (14) 四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算 (15) （一）确定塔径及相关参数 (15) 五、填料层高度的计算 (22) 六、填料层的压降 (25) 七、附属设备及主要附件的选型 (25) 1.塔壁厚 (25) 2．液体分布器 (25)
3．除沫器 (26) 4．液体再分布器 (26) 5．填料支撑板 (26) 6．塔的顶部空间高度 (26) 八、设计概要表 27 九、对本设计的评价 28 参考文献 (28)
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) 1L 5.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)