2022年处理量为Ta的二硫化碳和四氯化碳精馏塔工艺设计.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计报告处理量为 250T/a 地二硫化碳和四氯化碳精馏塔工艺设计专业：化学工程与工艺单位河南科技学院班级：化工 103 班姓名：高珍琪指导老师：乔梅英日 期 2022 年 12 月 15 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【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 生产才能： 7.5 万吨每年（料液）年工作日： 7200 小时 原料组成： 34%地二硫化碳和 66%地四氯化碳（摩尔分率,下同）产品组成：馏出液 97%地二硫化碳,釜

2、液 5%地二硫化碳 操作压力：塔顶压强为常压 进料温度：泡点 进料状况：泡点进料；加热方式：直接蒸汽加热 回流比： 1.8工作时间：每年工作300 天,每天工作24 小时三 设计内容1 确定精馏装置流程；2 工艺参数地确定 基础数据地查取及估算,工艺过程地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 主要设备地工艺尺寸运算 板间距,塔径,塔高,溢流装置,塔盘布置等 .4 流体力学运算 流体力学验算,操作负荷性能图及操作弹性 .5 主要附属设备设计运算及选型四 设计结果总汇 将精馏塔地工艺设计运算地结果列在精馏塔地工艺设计运算结果总表中 .五 参考文献列出在本次设计过程中所用到地

3、文献名称、作者、出版社、出版日期.第 2 页,共 24 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 流程地设计及说明图 1 板式精馏塔地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.操作时连续地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 了使精馏塔连续地稳固地进行,流程中仍要考虑设置原料槽

4、.产品槽和相应地泵 ,有时仍要设置高 位槽 .为了便于明白操作中地情形准时发觉问题和实行相应地措施,常在流程中地适当位置设置 必要地外表 .比如流量计、温度计和压力表等,以测量物流地各项参数 .【已知参数】 :主要基础数据 :表 1 二硫化碳和四氯化碳地物理性质名师归纳总结 工程分子式分子量58沸点 密度3 g cm第 3 页,共 24 页二硫化碳CS 27646.51.260四氯化碳1.595CCl415476.8温度表 2 液体地表面加力 单位 :mN/m76.546.5- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 二硫化碳28.526.824.5四氯化碳23

5、.622.220.2表 3 常压下地二硫化碳和四氯化碳地气液平稳数据液相中二硫化碳气相中二硫化碳液相中二硫化碳气相中二硫化碳摩尔分率 x摩尔分率y摩尔分率 x摩尔分率 y000.39080.63400.02960.08230.53180.74700.06150.15550.66300.82900.11060.26600.75740.87900.14350.33250.86040.93200.25800.49501.01.0【设计运算】一、精馏流程地确定二硫化碳和四氯化碳地混合液体经过预热到肯定地温度时送入到精馏塔,塔顶上升蒸气采纳全凝器冷 如冰霜凝后,一部分作为回流,其余地为塔顶产品经冷却后送

6、到贮中,塔釜采纳间接蒸气再沸器供热,塔底产品经冷却后送入贮槽.流程图如图1 所示 .二、塔地物料衡算一、料液及塔顶塔底产品含二硫化碳地质量分率Fx0.32xD0.96x W0.024（二）、平均分子量MF0.32 761 0.32 154129.04DM0.96 7610.96 15479.12WM0.024 761 0.024 154152.128（三）、物料衡算每小时处理摩尔量F750000007500000080.72 kmol hMF129.04*7200总物料衡算DWF易挥发组分物料衡算0.96D0.024 W0.32F联立以上三式可得：名师归纳总结 - - - - - - -第 4

7、 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - D 25.53 kmol hW 55.19 kmol hF 80.72 kmol h三、塔板数地确定（一）理论板 NT 地求法用图解法求理论板（1） 依据二硫化碳和四氯化碳地气液平稳数据作出y-x 图 ,如图 2 所示（3）q 线方程Fx0.32（2）进料热状况参数 q =1图 2 二硫化碳、四氯化碳地y-x 图及图解理论板（4） 最小回流比R min及操作回流比R依公式R minxDy q0.960.56451.62yqx q0.56450.32取操作回流比R1.8 R min1.8 1.622.926精馏段操作线方程yR1

8、xXD13.24x0.960.76x0.23RR4.244.24按常规 M,T ,在图 1上作图解得：N T11 层 （不包括塔釜）,其中精馏段为7 层,提馏段为 4 层.mE T0.34A0.66B0.33 0.3 0.66 0.68 二 全塔效率E TmE T0.170.616lgm塔内地平均温度为60,该温度下地平均粘度1.428故:0.170.616lg1.4280.43三 实际板数 N精馏段 :N精7 /E T16.3 层 取17层提馏段 :N提4 /E T9.3 层 取10层四：塔工艺条件及物性数据运算一 操作压强地运算Pm第 5 页,共 24 页塔顶压强 PD=101.3 取每层

9、塔板压降 P=0.7kPa 就：进料板压强： PF=101.3+170.7=113.2kPa塔釜压强： Pw=101.3+100.7=108.3kPa名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 精馏段平均操作压强：Pm=113.22108.3110.75=109.5 kPa 提馏段平均操作压强：Pm = 101.32113.2107.25=116.8kPa.二 操作温度地运算近似取塔顶温度为47.5,进料温度为58 ,塔釜温度为76精馏段平均温度tm 精=t VD2tF47.55852.52提馏段平均温度tm 提tW2tF5827667三 平均摩尔

10、质量运算塔顶摩尔质量地运算：由 xD=y1=0.96 查平稳曲线 ,得 x1=0.927 M VDm 0.96 76 1 0.96 154 79.12 kg kmolM LDm 0.927 76 1 0.927 154 75.07 kg kmol ；进料摩尔质量地运算：由平稳曲线查地： yF=0.582 xF=0.32 ；MVFm0.582 761 0.582 15498.98 kg kmol ；MLFm0.32 761 0.32 154129.04 kg kmol ；塔釜摩尔质量地运算：由平稳曲线查地：xW=0.024 1x =0.0796MVWm0.024 7641 0.024 15415

11、2.128 kg kmolMLWm0.0796 761 0.0796 154147.79 kg kmol精馏段平均摩尔质量：MVm精79.1298.98 289.05 kg kmol；MLm精75.07 129.04 2102.06 kg kmol；提馏段平均摩尔质量：M Vm提98.98 152.128 2125.55 kg kmol；第 6 页,共 24 页M Lm提147.79 129.04 2138.42 kg kmol；（四 平均密度运算：m 1、液相密度Lm：塔顶部分依下式：1LmAB（为质量分率）；其中A=0.941,B=0.059 ；LALB名师归纳总结 - - - - - -

12、 -精选学习资料 - - - - - - - - - 即：1Lm0.9410.059Lm1275.23 kg m ；1260129511进料板处：由加料板液相组成：由xF=0.32 得AF=0.203；LFm0.20310.203LFm3 1513.3 kg m ；12601595塔釜处液相组成：由xW=0.024 得AW=0.0253；LWm0.025310.0253LWm1636.33 kg m ；12601595故 精馏段平均液相密度：Lm 精753.4867.9 23 810.7 kg m；提馏段地平均液相密度：Vm提Lm提1636.3 1513.3 21574.8 kg m3；2、气

13、相密度Vm：精馏段地平均气相密度Vm精pmMVm精109.5 91.973 3.78 kg mRT8.314 52.2523.1提馏段地平均气相密度pmMVm提116.8 125.553 5.18 kg mRT8.314 67.25273.1（五）液体平均表面张力m地运算n液相平均表面张力依下式运算,及Lmxiii1塔顶液相平均表面张力地运算由Dt=47.5查手册得：A28.5 mN m ；B23.6 mN m；LDm0.96 28.50.0423.628.304 mN m； 进料液相平均表面张力地运算由Ft=58查手册得：A26.5 mN m ；B22.6 mN m；LDm0.32 26.5

14、1 0.3222.623.56 mN m ； 塔釜液相平均表面张力地运算由t W=76.33查手册得：A24.6 mN m；B20.8 mN mLWm0.024 24.51 0.02420.220.303 mN m； 就：精馏段液相平均表面张力为：名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - m精20.17+51.242=35.71mN/m提馏段液相平均表面张力为：m 提 23.56 20.69 2 22.13 mN / m（六）液体平均粘度地运算 Lm液相平均粘度依下式运算,即 Lm x i i；塔顶液相平均粘度地运算,由由

15、 Dt =47查手册得：A 0.35 mPa s；B 0.72 mPa s；LDm 0.96 0.33 0.04 0.71 0.365 mPa s；进料板液相平均粘度地运算：由 Ft =58手册得：A 0.30 mPa s；B 0.64 mPa s；LFm 0.32 0.28 0.68 0.64 0.51 mPa s ；塔釜液相平均粘度地运算：由 t W =76查手册得：A 0.25 mPa s；B 0.51 mPa s ；LWm 0.04 0.25 0.96 0.51 0.499 mPa s；五、精馏塔气液负荷运算精馏段： V=R+1 D = 2.92123.8293.37kmol/hV s

16、VMVm精93.37 89.053 0.61m /s3600Vm精3600 3.78 L=RD= 2.9223.8269.56kmol/hL sLMLm精77.18 102.063 0.0027m /s3600Lm精3600 810.7 Lh=36000.0027=9.723 m / h提馏段：VV100.99kmol ；Vs 提 V MVm提93.37 125.553 0.63m /s；3600Vm提36005.18L=L+F=69.56+80.72=150.28kmol/h； Ls LMLm提150.28138.420.0037m3/s；3600Lm提36001574.8 Lh3600 0

17、.00373 13.2m /h；六、塔和塔板地主要工艺尺寸地运算（一）塔径D 参考下表初选板间距HT=0.40m, 取板上液层高度HL=0.07m 故：第 8 页,共 24 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 精馏段：HT-hL=0.40-0.07=0.331 1 L s L 2 0.0023 1394.3 2 0.0425 查图表V s V 1.04 3.78C 20 =0.078；依公式C C 20 0.20.078 26.06 0.20.0733；20 20u max C L v 0.078 1394.3 3.78 1.496 m

18、sv 3.78取安全系数为 0.6,就： u=0.6 u max =0.6 1.496=0.898m/s 故：D 4 V s 4 1.151.63 m；u 0.898按标准,塔径圆整为 1.8m,就空塔气速为 u 4 V s2 4 1.152 0.53 m sD 1.632 2 2塔地横截面积 A T D 1.8 2.54 m4 4提馏段： Ls10.00277 1574.8 0.956 5.1410.0507；查图0.20.0694；L22VsVC 20=0.068 ；依公式：CC 20200.20.06822.0920umaxC Lvv0.06941574.85.141.213m s5.1

19、4取安全系数为0.60,u0.6u max0.6 1.2130.7278 m s；D4 V s4 0.9561.17 m；u0.849为了使得整体地美观及加工工艺地简洁易化 挑选相同地尺寸；故:D 取 1.m,在提馏段与精馏段地塔径相差不大地情形下名师归纳总结 塔地横截面积 :A T4D241.822.54m2第 9 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 空塔气速为u4 V s4 0.9560.49 m sD22 1.3板间距取 0.4m 合适（二）溢流装置采纳单溢流、弓形降液管、平形受液盘及平形溢流堰,不设进流堰 .各运算如下：精馏段：

20、1、溢流堰长wl为 0.7D ,即：wl0.7 1.81.26 m； 2、出口堰高 hw hw=hL-how 由 lw/D=1.26/1.8=0.7, Lhl2.5w9.726.8m 查手册知：9.72230.014m1.262.5E 为 1.03 依下式得堰上液高度：h ow2.84ELh232.841.031000lw10001.26故：h wh -h Low0.070.0140.056 m3、降液管宽度W 与降液管面积Af有wl/D =0.7 查手册得W d/D0.14,Af/A T0.08故：W =0.14D=0.14 1.8=0.252m Af0.084D20.0841.820.20

21、342 mA HT0.20340.435.6s5 ,符合要求Ls0.00234、降液管底隙高度h 0取液体通过降液管底隙地流速u =0.1m/s 依式运算降液管底隙高度h , 即：h 0Ls0.00230.0183 ml u 01.260.1提馏段：1、溢流堰长l w为 0.7 D ,即：lw0.7 1.81.26 m ；2、出口堰高 h w h =h -h ow；9.726.45m 查手册知由l /D=1.26/1.8=0.7,L hl2.5w1.262.5E为 1.04 依下式得堰上液高度：名师归纳总结 how2.84ELh232.841.049.72230.0115 mh w0.070.

22、0115 0.0688 m.第 10 页,共 24 页1000lw10001.26- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3、降液管宽度Wd与降液管面积Af h0有lw/D=0.7 查手册得Wd/D0.14,Af/AT0.08 h0故：Wd=0.14D=0.14 1.=0.182m 降液管底隙高度Af0.084D20.0841.820.20342 mA HT0.20340.435.6s5 ,符合要求L s0.0023取液体通过降液管底隙地流速u =0.008m/s 依式运算降液管底隙高度h 0：即l Ls0.002300.0028 mwu 01.260.00

23、8（三）塔板布置 1、取边缘区宽度W =0.035m ,安定区宽度W =0.065m精馏段：依下式运算开孔区面积A22 x Rx2180R2sin1x0.1820.0650.403mR其中xDW dW s1.322RD 2W c1.30.0350.615m2故: A2 2 0.403 0.6152 0.4031802 0.615 sin10.4030.6150.915m2提馏段：依下式运算开孔区面积A2xR22 x180R2sin1x1 0.223第 11 页,共 24 页 R2 0.223 0.36520.22321802 0.365 sin0.365 =0.304 m2名师归纳总结 - -

24、 - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 其中 xDWdW s0.80.1820.0650.153 m22 RDW c0.80.0350.365 m为 4mm,取t d 03.5故孔中心距t=3.5 22（四）筛孔数n 与开孔率取筛孔地孔径d0 为 5mm 正三角形排列,一般碳钢地板厚5.0=17.5mmn依下式运算塔板上筛孔数n ,即3 1158 10A1158 1030.9153460 孔t22 17.5依下式运算塔板上开孔区地开孔率,即：A0%0.9077.5%（在 515%范畴内）A / t d02精馏段每层板上地开孔面积A 为A oA0.075 0.915

25、0.0686 m 2气孔通过筛孔地气速u0Vs1.1216.32 m sA o0.0686提馏段每层板上地开孔面积 A 为A o A0.101 0.3040.03072 m气孔通过筛孔地气速u0Vs0.61719.87m sAo0.0307（五）塔有效高度精馏段Z精 （12-1） 0.4=4.4m；m；提馏段有效高度Z 提（6-1 ） 0.4=2.0在进料板上方开一人孔,其高为0.8m,一般每 68 层塔板设一人孔（安装、检修用）,需常常清洗时每隔34 层块塔板处设一人孔.设人孔处地板间距等于或大于 600m.依据此塔人孔设3 个.故：精馏塔有效高度ZZ 精Z提3 0.88.02.02.412

26、.4 m七筛板地流体力学验算一 气体通过筛板压降相当地液柱高度h p第 12 页,共 24 页 1、依据hph ch lh名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 干板压降相当地液柱高度 h c2、依据 d 0/ 5/ 4 1.25,查干筛孔地流量系数图 c 02精馏段由下式得 ch = 0.051 u 0 v0.051C 0 l0.8923.780.0301m16.320.891394.3提馏段由下式得h c0.051u02v0.05115.1625.140.0427mkpa （设计答应C 0l0.891574.83、精馏段气流穿过板上液层压降

27、相当地液柱高度lhuAv sAf1.040.20 m s2.540.2034Fuav0.45 3.60.854由图充气系数0与F 地关联图查取板上液层充气系数0为 0.57就lh =0h = L0h wh ow0.570.080.0456 m提馏段气流穿过板上液层压降相当地液柱高度lhuA tv sAf0.9560.409 m s2.540.2034Fu av0.4095.180.931由图充气系数0与F 地关联图查取板上液层充气系数0为 0.58就lh =0Lh =0h wh ow0.580.080.0464m3、精馏段克服液体表面张力压降相当地液柱高度h由 h =44 26.06 1030

28、.00152 mLgd 01384.3 9.81 0.005提馏段克服液体表面张力压降相当地液柱高度h由 h=40422.09 1030.00144mLgd1574.89.81 0.005故精馏段h =0.0301+0.0456+0.00152=0.07722m单板压降PhpLg = 0.07722 138.43 9.81971pa0.997 kpa 1.0值）名师归纳总结 故提馏段hp0.00427+0.0464+0.00144=0.05211m第 13 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 单板压降Ph pLg = 0.05211 15

29、74.8 9.81805pa0.805 kpa 1.0 kpa （设计答应值）（二）精馏段雾沫夹带量ve 地验算3.2=1.5 104kg 液/kg 气 0.1kg 液/kg 气由式ve =5.7 106Hu3.2Thf =5.7 10630.40.226.06 102.5 0.07故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带提馏段雾沫夹带量3e 地验算 v3.2= 0.0239 kg 液/kg 气 0.1kg 液/kg 气由式ve =5.7 106u3.2HThf =5.7 1060.78322.09 100.42.5 0.07故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带（三）精馏段漏液地验算uow4.4 C0

30、0.00560.13 h Lh l l V1394.3/ 3.78 = 4.4 0.890.00560.130.070.00152 =8.7 m sku 015.161.84 1.5筛板地稳固性系数u ow8.7故在设计负荷下不会产生过量漏液 提馏段漏液地验算uow4.4 C00.00560.13 h Lh l l V4.40.890.00560.13 0.070.001441574.8/ 5.14 =7.89m sku 015.161.92 1.5筛板地稳固性系数u ow7.89故在设计负荷下不会产生过量漏液（四）精馏段液泛验算名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 24

31、页精选学习资料 - - - - - - - - - 为防止降液管液泛地发生,应使降液管中清液层高度HdHTh w由 H d h p h L h 运算 H d2 2L S 0.0023h d 0.153 0.153l h 0 1.26 0.018331.56 10 0.00156 mH d =0.082+0.06+0.00098=0.143m取 =0.5,就 H T h w =0.5（0.4+0.057）=0.229m故 H d H T h w,在设计负荷下不会发生液泛提馏段液泛验算为防止降液管液泛地发生,应使降液管中清液层高度HdHTHh wHTh w,在设计负荷由Hdhph Lh 运算Hdh

32、 d0.153L S20.1530.002772l h 01.260.0304故d1.534 1030.00153 mHd=0.0903+0.07+0.00153=0.162m取=0.5,就HTh w=0.5 0.4+0.0554=0.2272m下不会发生液泛八塔板负荷性能图提馏段一 雾沫夹带线（ 1）ve5.7 106Huhf3.2s2/3（a）第 15 页,共 24 页T式中uA Tv sAf1.327v s0.819v s0.1062fh =2.5h wh ow2.5h w2.84 103E3600 Llw近似取 E1.0,h =0.057m,wl=0.91m故fh =2.5 0.057

33、2.84 1033600L S2/30.91 =0.1425+1.776L S2/3（b）名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 取雾沫夹带极限值ve 为 0.1Kg 液 /Kg 气,已知= 20.06mN m ,HT=0.4m,并将（ a）,（ b）式代入e v5.7 106HT3.2Vs 值.列于表中uhf得1.05.7 10630.40.819 vsS2/33.226.06 100.1425 1.776 LLs,运算出相应地整理得sv =2.13214.70L2/3（1）S此为雾沫夹带线地关系式,在操作掌握范畴内去几个表 Ls. m3 /

34、s0.6 10-31.510-33.010-34.5 10-3Vs. m 3 /s2.127 2.039 1.926 1.831 （二）液泛线令HdHTh wHdhph Lh dh ph ch Lh d第 16 页,共 24 页h Lh wh ow联立得HTh wh ph wh owh d近似地取 E=1.0, wl0.91h ow2.841033600 ls2/3lw2.841033600ls2/31.26整理得h ow0.7104 ls2/3 ch c0.51u02 v0.51 V sC A 02 vllC 00.51V s 20.89 0.06863.78 1394.30.0371 V s2取00.6,近似地有h c0h wh ow0.6 0.0620.7104 L s2/30.30420.426L2/3sh0.00152故: h p2 0.3071 V s0.30420.426 L2/30.00152s由式h d0