二硫化碳——四氯化碳二元物系筛板精馏塔设计.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date二硫化碳四氯化碳二元物系筛板精馏塔设计吉林化工学院吉林化工学院 化工原理 课 程 设 计题目 二硫化碳四氯化碳二元物系筛板精馏塔设计(76320t/年) 教 学 院 化工与材料工程学院 专业班级 化工0904班 学生姓名 学生学号 指导教师 2011年12月13日-目 录摘 要1第一章绪论2第二章 流程的设计及说明3第三章 精馏塔的设计计算43.1塔的物料衡算63.2
2、理论塔板数的确定73.3塔工艺条件及物性数据计算113.4精馏塔气液负荷计算153.5塔和塔板的主要工艺尺寸的计算153.6筛板的流体力学验算203.7塔板负荷性能图233.8精馏塔的工艺设计计算结果总表30第四章 热量衡算324.1比热容计算324.2汽化潜热计算32第五章 塔附属设备设计计算345.1接头管设计345.2 塔高计算355.3塔顶冷凝器的设计计算365.4再沸器的选择365.5泵的选择37表:主要符号说明38结束语41参考文献42附录43化工原理课程设计教师评分表44摘 要本文通过仔细阅读化工原理课程设计任务书的要求,对二硫化碳-四氯化碳二元精馏塔的主要工艺流程进行了比较详细
3、的设计,并用AutoCAD画出了精馏塔的工艺流程图。本次设计任务是二硫化碳四氯化碳连续式筛板精馏塔,回流比R选取为3.5,应用图解法计算法求得理论塔板数NT为11块(包括塔釜再沸器),第6块为进料板。由奥康奈尔公式得到全塔效率为46%,实际塔板数为23块(包括塔釜再沸器),第15块为进料板。每块板压降P为1kPa,板间距,孔径d0为. 确定了塔的主要工艺尺寸,塔板采用单溢流弓型降液管齿型堰,如塔径1.2米、塔高21.0米等。且经过液泛线,漏液线,液相负荷上限,液相负荷下限的校核,制作了负荷性能图,确定了各项指标均在安全操作范围之内。 关键词 筛板精馏塔、负荷性能图、设计、二硫化碳、四氯化碳第一
4、章 绪论塔板是板式塔的主要构件,在几种主要类错流塔板中,应用最早的是泡罩塔,目前使用最广泛的是筛板塔和浮阀塔板。 泡罩塔板的优点是:升气管高出液层,不易发生液漏现象,液气比范围大,有较大的操作弹性。其缺点是:塔板结构复杂,金属耗材量大,造价高;塔板压降大,生产能力及板效率均较低。筛孔塔板结构简单,造价廉价,气体压降小,板上液面落差也较小,生产能力及板效率均较泡罩塔高。但是其操作弹性小,筛孔小时容易堵塞。浮阀塔板的综合性能优越,生产能力大,操作弹性大,塔板效率高,气体压降及液面落差小,构造简单,易于制造,塔的造价低。但是,浮阀塔不易处理结焦或粘度大的系统,。通过上述比较,和本设计中物料的特点,加
5、之筛板塔的设计和控制水平已经有了较好的完善,因此在本设计中使用筛板塔。合理的设计和适当操作的情况下筛板塔能满足要求的操作弹性,而且效率高,采用筛孔板可解决堵塞问题。第二章 流程的设计及说明进料时采用58进料,这种进料状况不受季节气温的影响,且精馏段与提馏段的气体流量相等,塔径也相等。原料液在20 时从贮罐用离心泵输送到塔前预热器中预热至温度58 ,由精馏塔进料口进入塔内在进料板上液体一部分与自塔上部下降的回流液体混合后逐板溢流,最后流到塔底。料液的一部分与自塔底上升的蒸汽相互接触进行热和质的传递过程,上升的蒸汽由塔釜再沸器经饱和蒸汽换成120蒸汽由塔最下面一块板上进入塔内,逐层上升与溢流液体进
6、行传质,最后经塔顶冷凝器循环水冷凝成的饱和液体进入回流罐,一部分重力回流,一部分经塔顶冷却器用水冷却后,输入苯贮罐。塔底产品甲苯经塔底冷却器冷却后输入甲苯贮罐,为了节省能耗,可考虑将冷却器与塔前物料预热进行热交换,换热后原料还未达到泡点,可考虑再加个换热器。物料进换热器前的温度为20。第三章 精馏塔的设计计算本设计任务为分离二硫化碳四氯化碳混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。设计中采用过泡点进料,将原料通过预热器加热至泡点温度后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经铲平冷却后送至储罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取
7、最小回流比的1.6倍。本课程设计的主要内容是过程的物料衡算,热量衡算,工艺计算,结构设计和校核。【精馏塔设计任务书】一 设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计二 工艺条件生产能力:10.6吨/小时(料液)年工作日:每年按300工作日计算原料组成:34%的二硫化碳和66%的四氯化碳(摩尔分率,下同)产品组成:馏出液 96.3%的二硫化碳,釜液4.7%的二硫化碳操作压力:塔顶压强为常压进料温度:58进料状况:q=0.95加热方式:塔釜为饱和蒸汽再沸器加热冷凝方式:塔顶采用全凝器,泡点回流回 流 比: 3.5塔 型:板式塔三 设计内容1 确定精馏装置流程; 2 工艺参数的确定基础数据的查取及估算,工艺
8、过程的物料衡算及热量衡算,理论塔板数,塔板效率,实际塔板数等。3 主要设备的工艺尺寸计算板间距,塔径,塔高,溢流装置,塔盘布置等。4 流体力学计算流体力学验算,操作负荷性能图及操作弹性。5 主要附属设备设计计算及选型四 设计结果总汇将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总表中。五 参考文献 列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。一、精馏流程的确定(6) 二硫化碳和四氯化碳的混合液体经过预热到一定的温度时送入到精馏塔,塔顶上升蒸气采用全凝器冷若冰霜凝后,一部分作为回流,其余的为塔顶产品经冷却后送到贮中,塔釜采用间接蒸气再沸器供热,塔底产品经冷却后送入贮槽
9、。流程图如图1所示。精馏塔工艺尺寸计算筛板流体力学验算塔负荷性能图全塔热量衡算塔附属设备计算图3-1 板式精馏塔的工艺流程简图工艺流程:如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品(釜残液)再沸器中原料液部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体,其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行,流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的
10、措施,常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等,以测量物流的各项参数。【已知参数】:主要基础数据:表3-1 液体的表面加力 (单位:m N/m)项目分子式分子量沸点()密度二硫化碳7646.51.2601.595四氯化碳15476.8表3-2 二硫化碳四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表温度()液相摩尔分数(%)气相摩尔分数(%)76.70074.92.968.2373.16.1515.5570.311.0626.6068.614.3533.2563.825.8549.0559.339.0863.4055.353.1874.7052.366.3082.9051.475
11、.7487.8048.586.0493.2046.3100.0100.0【设计计算】3.1塔的物料衡算(7)(一)、料液及塔顶塔底产品含二硫化碳的质量分率 (二)、平均分子量(三)、物料衡算每小时处理摩尔量总物料衡算易挥发组分物料衡算联立以上三式可得:3.2理论塔板数的确定(一)理论板NT的求法用图解法求理论板(1) 相对挥发度的计算 根据二硫化碳四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表,用插值法求全塔温度: 塔顶温度 进料温度 塔釜温度 精馏段平均温度提馏段平均温度 根据二硫化碳四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表,用插值法求汽相组成:塔顶处汽相组成 进料处汽相组成 塔釜处汽相组成 相对挥发
12、度的求解塔顶处相对挥发度进料处相对挥发度塔釜处相对挥发度精馏段平均相对挥发度提馏段平均相对挥发度 总相对挥发度 (2) 平衡线方程(3) 线方程(=0.95)(4) 精馏段操作线方程 最小回流比及操作回流比R平衡线方程与线方程联立,得 取操作回流比 则精馏段操作线方程(5) 提馏段操作线方程(6) 提馏段操作线过点c和精馏段操作线方程与线方程的交点d,连接c、d即为提馏段操作线方程(7) 画图如下图3-2 塔板计算图(8) 由图可知总理论板数为 精馏段理论板数为 提馏段理论板数为 (二)全塔效率的求法(1) 粘度计算经查表时;时;精馏段平均粘度提馏段平均粘度平均粘度(2)由公式(三) 实际板数
13、N精馏段: 提馏段:3.3塔工艺条件及物性数据计算(一) 操作压强的计算Pm塔顶压强 常压PD=101.325kPa 取每层塔板压降P=1.0kPa 则:进料板压强:塔釜压强: 精馏段平均操作压强: 提馏段平均操作压强: (二) 平均摩尔质量计算塔顶摩尔质量的计算:因为是全凝器 查平衡曲线,得 ;进料摩尔质量的计算:由,查平衡曲线,得 ; ;塔釜摩尔质量的计算:由平衡曲线查的:由查平衡曲线,得 精馏段平均摩尔质量:;提馏段平均摩尔质量:;(三) 平均密度计算:表 3-3 不同温度下的密度及质量分数列表位置温度()塔顶 46.881225.11542.90.92780.0722进料口 58120
14、81521.60.20270.7973塔釜 73.921183.61490.30.02380.9762 1、液相密度: 塔顶部分 依下式: 即:; 进料板处: ; 塔釜处液相组成 精馏段平均液相密度:; 提馏段的平均液相密度: ;2、气相密度: 精馏段的平均气相密度 提馏段的平均气相密度 (四)液体平均表面张力 的计算表 3-4 不同温度下的表面张力位置温度()塔顶 46.8828.3623.62进料口 5826.822.3塔釜 73.9224.520.4 液相平均表面张力依下式计算,及 塔顶液相平均表面张力的计算 ; ; 进料液相平均表面张力的计算 ; ; 塔釜液相平均表面张力的计算 ; 则
15、 精馏段液相平均表面张力为: 提馏段液相平均表面张力为: (六)液体平均粘度的计算表 3- 5 不同温度下的粘度(2)位置温度()塔顶 46.880.310.68进料口 580.290.60塔釜 73.920.260.5 液相平均粘度依下式计算,即; 塔顶液相平均粘度的计算 ; 进料板液相平均粘度的计算: ; 塔釜液相平均粘度的计算: ;3.4精馏塔气液负荷计算 精馏段: = 提馏段:; ; 3.5塔和塔板的主要工艺尺寸的计算(一)塔径D 参考下表 初选板间距HT=0.60m,取板上液层高度HL=0.05m 故: 精馏段: =0.078;依公式; 取安全系数为0.7,则: u=0.7=0.71
16、.45=1.02m/s 故:; 按标准,塔径圆整为1.2m,则空塔气速为 塔的横截面积 提馏段: ;查图=0.066;依公式:; 取安全系数为0.70,;为了使得整体的美观及加工工艺的简单易化,在提馏段与精馏段的塔径相差不大的情况下选择相同的尺寸;故:D取1.2m塔的横截面积:空塔气速为板间距取0.4m合适 (二)溢流装置 采用单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰,不设进流堰。各计算如下:精馏段: 1、溢流堰长 为0.75D,即:; 2、出口堰高 由 查手册知:E为1.03 依下式得堰上液高度:故:3、 降液管宽度与降液管面积有=0.73查手册得故:=0.15D=0.15 1.2m =0
17、.18m 4、降液管底隙高度取液体通过降液管底隙的流速=0.1m/s 依式计算降液管底隙高度, 即: 提馏段:1、 溢流堰长为0.75,即:;2、 出口堰高 ;由 ,查手册知E为1.04依下式得堰上液高度:。3、 降液管宽度与降液管面积有=0.73查手册得故:=0.12D=0.15 1.=0.18m 降液管底隙高度 取液体通过降液管底隙的流速=0.008m/s 依式计算降液管底隙高度 : (三)塔板布置 1、取边缘区宽度=0.035m ,安定区宽度=0.065m 精馏段:依下式计算开孔区面积 其中 故: 提馏段:依下式计算开孔区面积 其中 =0.7456 (四)筛孔数n与开孔率 取筛孔的孔径d
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- 二硫化碳 四氯化碳 二元 筛板 精馏塔 设计
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