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课程设计说明书题目：碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计学生姓名：肖凌飞学院：化工学院班级：化学工程与工艺指导教师：陈秋月二〇一四年三月七日学校代码：10128学号：201120515048内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称：化工原理课程设计学院：化工学院班级：制药11-1学生姓名：肖凌飞学号：201120515048指导教师：陈秋月一、题目碳酸丙烯酯脱碳填料塔设计二、目的与意义课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强锻炼：1.查阅资料选用公式和搜集数据的能力；2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想指导下去分析和解决实际问题的能力；3.迅速准确地进行工程计算（包括电算）的能力；4.用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）设计条件1.变换气流量：10000Nm3/h2.变换气组成：CO2：20％，CO：2.5％，H2：57%，N2：18％，CH4：2.5％(体积分率)3.变换气温度：40℃4.尾气含CO2：1%(体积分率)5.吸收剂：碳酸丙烯酯(PC)（温度为20℃）入吸收塔再生后的PC含CO2≤2×10－5(摩尔分率)；出吸收塔吸收液饱和度取80％。6.操作压力：1.76MPa(绝压)设计要求1.流程布置与说明；2.填料的选择，采用两种填料进行计算，从中选出较优方案；3.工艺过程的计算；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；7.编制设计说明书。图纸要求1.吸收塔总装图：75×50cm坐标纸，1张；2.工艺流程图：A3图纸，1张。四、工作内容、进度安排1.设计动员，下达设计任务书：0.5天2.搜集资料，确定方案：1天3.设计计算：5天4.绘图：1.5天5.整理，编写说明书：2天五、主要参考文献1.上海医药设计院.化工工艺设计手册.化学工业出版社,19862.化学工程手册编委会.化学工程手册.化学工业出版社,19893.上海化学工业设计院石油化工设备设计建设组.化工设备图册.19744.上海化学学院等.化学工程(下册).化学工业出版社,19815.B.M.拉姆著，刘风志等译.气体吸收.化工出版社,19856.化工设备设计全书编辑委员会.塔设备设计.上海科技出版社,19887.周学良，詹方瑜.碳酸丙烯酯脱除CO2技术.浙江科学出版社,1985审核意见系（教研室）主任（签字）指导教师下达时间2011年12月23日指导教师签字：_______________前言吸收是利用气体在液体中的溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。塔设备可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：生产能力大，分离效率高，操作弹性大，气体阻力小结构简单、设备取材面广等。对于实际生产来讲，塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时需考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。摘要：工业上用碳酸丙烯酯作为吸收剂脱除二氧化碳的过程在吸收塔中进行，因此，综合吸收效果和经济效益必须对吸收塔进行设计。PC溶剂对CO2的吸收为物理过程，选择较低的操作温度和较高的操作压力有利于吸收的进行，而填料吸收塔的设备设计和经济优化是关键部分。此次课程设计是以碳酸丙烯酯（PC）脱除CO2的填料塔的设计,进气口的流量为10000Nm3/h。其中，填料塔以金属鲍尔环为填料；经设计优化后的塔径为1.4m,填料层高度为16.8m,塔高为18m。最后经设计校核和强度校核后，此次课程我们设计出了要求填料塔。关键字：PC填料塔金属鲍尔环优化校核内蒙古工业大学课程设计第1章设计方案的确定.................................................81.1设计方案的确定...................................................81.1.1流程布置设计.................................................81.1.2设备方案.....................................................81.2吸收剂的选择.....................................................81.3填料的选择.......................................................21.3.1填料的种类选择...............................................21.3.2填料的尺寸选择...............................................21.3.3填料的材质选择...............................................2第2章设计基础数据...................................................32.1碳酸丙烯酯（PC）.................................................32.2变换气...........................................................3第3章工艺计算.......................................................43.1气液平衡关系....................................................43.2吸收剂用量及操作线关系...........................................43.3设备尺寸计算....................................................53.3.1塔径的计算...................................................53.3.2塔高的计算...................................................7第4章填料吸收塔附属装置及辅助设备选型...............................124.1填料吸收塔附属装置的选型........................................124.1.1液体分布器.................................................124.1.2液体再分布器...............................................124.1.3填料支承板.................................................124.2辅助设备选型...................................................124.2.1管径的计算.................................................124.2.2泵的选型...................................................134.2.3风机的选型.................................................14内蒙古工业大学课程设计第5章设计数据汇总..................................................155-1数据汇总表......................................................15总结.................................................................16参考文献：...........................................................17内蒙古工业大学课程设计第1章设计方案的确定1.1设计方案的确定1.1.1流程布置设计吸收过程的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的流向安排。通常塔内液相作为分散剂，依靠重力的作用自上而下流动；而含有溶质的混合气体则靠压力差的作用通过填料层。本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高，溶质的吸收率高。工业生产中多采用逆流操作。1.1.2设备方案根据设计要求，选用填料塔。这是由于填料塔具有结构简单、容易加工，便于用耐腐蚀材料制造，以及压降小、吸收效果好、装置灵活等优点，尤其适用于小塔径的场合。1.2吸收剂的选择在吸收过程中，吸收剂性能的优劣，往往是决定吸收操作效果的关键。在选择吸收剂时，对溶质组分的溶解度要大；要对溶质组分有良好的吸收能力，而对混合气体中的其他组分无吸收或吸收甚微；操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小；吸收剂在操作温度下黏度要小；还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求。综合以上，本设计采用碳酸丙烯酯做吸收剂。表1-1工业常用吸收剂溶质溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液内蒙古工业大学课程设计21.3填料的选择1.3.1填料的种类选择本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。初选鲍尔环与阶梯环，比较，采用较好的。1.3.2填料的尺寸选择同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。1.3.3填料的材质选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。一般操作温度较高而物系无显著腐蚀性时，可选用金属材料；若温度较低可选用塑料填料；物系具有腐蚀性、操作温度又较高时，宜采用陶瓷填料。综上，选用d=50mm的金属鲍尔环，填料参数见表1-2。表1-2金属鲍尔环填料参数金属外径d/(mm)高×厚H×δ/(mm)比表面积at/(m2/m3)空隙率ε/(m3/m3)个数n/(个/m3)堆积密度ρ/(kg/m3)干填料因子at/ε3/(m-1)填料因子φ/(m-1)鲍尔环5050×1112.30.9496500395131130内蒙古工业大学课程设计3第2章设计基础数据2.1碳酸丙烯酯（PC）①分子式：CH3CHOCO2CH2。②物理性质见表2-1。表2-1碳酸丙烯酯的物理性质常压沸点/℃蒸汽压×133.32-1/Pa黏度/mPa·s相对分子量20430℃38℃20℃50℃102.90.10.242.761.62③密度与温度的关系见表2