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1、化工原理课程设计- 1 -前言化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。板式精馏塔也是很
2、早出现的一种板式塔，20 世纪 50 年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（20%40%）塔板效率（10%50%）而且结构简单，塔盘造价减少 40%左右，安装，维修都较容易。化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。在设计过程中应考虑到
3、设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能 R 等直接关系到生产过程的经济问题。本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。【精馏塔设计任务书】化工原理课程设计- 2 -一 设计题目筛板塔精馏塔及其主要附属设备设计二 工艺条件生产能力：24 吨每年（料液）年工作日：330 天原料组成：20%的二硫化碳其余为水（质量分率，下同）产品组成：馏出液 98%的二硫化碳，釜液不高于 0.
4、2%的二硫化碳操作压力：塔顶 4kpa 表压塔底加热蒸汽压强：101.3kpa 表压进料温度：73进料状况：泡点进料加热方式：间接蒸汽加热回流比： R=1.51R min=2.64三 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
5、称、作者、出版社、出版日期。化工原理课程设计- 3 -流程的设计及说明图 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措施，常在流程中的适
6、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。化工原理课程设计- 4 -【查取参数】:主要基础数据:表 1 二硫化碳和四氯化碳的物理性质项目 分子式 分子量 沸点()密度(kg/m 3) /gcm二硫化碳 2CS76 46.2 1263四氯化碳 4l154 76.7 1587表 2 液体的表面加力 (单位:mN/m)温度 47.6 73 92二硫化碳 28.39 24.54 21.85四氯化碳 23.15 20.43 18.23表 3 常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据液相中二硫化碳摩尔分率 x气相中二硫化碳摩尔分率 y液相中二硫化碳摩尔分率 x气相中二硫化碳
7、摩尔分率 y00.02960.06150.11060.14350.258000.08230.15550.26600.33250.49500.39080.53180.66300.75740.86041.00.63400.74700.82900.87900.93201.0【设计计算】一、精馏流程的确定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。流程图如图 1 所示。化工原理课程设计- 5 -二、塔的物料衡算(一)、料液及塔顶塔底产品含二硫化
8、碳的质量分率 20/760.36/(1)54Fx98/.9/()/D0.2/760.4./(1)5Wx（二） 、平均分子量F.3(.3)127.9M0976546.8D.4(0.)53.W（三） 、物料衡算每小时处理摩 721/2417.92.13/Fkmolh总物料衡算 DWF易挥发组分物料衡算 0.0.6联立以上三式可得： 79.84/1532kolhm三、塔板数的确定（一）理论板 NT 的求法用图解法求理论板（1） 根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出 y-x 图,如图 2 所示化工原理课程设计- 6 -（2） 进料热状况参数：泡点进料 q=1 由 CS2 和 CCl4 的平衡数据得
9、1234567891001234567910.9,.1,2.,2.7,2.8,063.（3） 气液平衡方程 .3261.0574qFqxxy（4） 最小回流比 及操作回流比 RminR化工原理课程设计- 7 -依公式 min0.95741.36DqxyR取操作回流比 min1.2.82.所以：()(64)7906/.1./ 02.83.4./VRkmolhLDlqFkohl精馏段操作线方程 .64.9.7250.11DXRyxxx提馏段操作线方程图 2 二硫化碳、四氯化碳的 y-x 图及图解理论板 7.1.3.44953491.540.wLWx化工原理课程设计- 8 -按常规 M,T，在图(1
10、)上作图解得：（包括塔釜） ，其中精馏段 9 层，提馏段 8.5 层.17.5TN层(二) 全塔效率 0.52(三) 实际板数 N精馏段: 9/.17.3(精 取 8层 )提馏段: 8.5/02=65提 层 取 层四：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： 410.35.Dka取每层塔板压降P=1.5kPa 则：进料板压强： F=.+8.=12.3P化工原理课程设计- 9 -塔釜压强： 105.3.157.8wPkPa精馏段平均操作压强： 32.m提馏段平均操作压强： . 450ka(二) 操作温度的计算的沸点是 46.2 的沸点是 76.72CS4Cl利用安托尼方程
11、2S169.g.07t+2453p4l59.和泡点方程 得：1ikx塔顶温度：47.6，进料温度：73，塔底温度：92精馏段平均温度 () 47.630.2VDFmt精 =提馏段平均温度 () 9825Wt提(三) 平均摩尔质量计算塔顶摩尔质量的计算：由 xD=y1=0.99 查平衡曲线,得x1=0.97VDm0.976(10.9)5476.8/Mkgmol；L 3进料摩尔质量的计算：由平衡曲线查的： yF=0.566 xF=0.321；VFm0.567(10.56)4109.852/kgmol；L32326M塔釜摩尔质量的计算：由平衡曲线查的：y1=x W=0.004 =0.00151x化工
12、原理课程设计- 10 -VWm0.476(10.4)513.69/MkgmolL58精馏段平均摩尔质量：；Vm()76.8109.2)3.16/kgol精；L(3405Mm精 )提馏段平均摩尔质量：；Vm()15.69.82)13.7/kgol提；L()34提（四) 平均密度计算： m各温度下的液相密度2CST/ 46 50 70 80 90 100/( )3/kg1226 1219 1188 1172 1156 1139各温度下的液相密度4ClT 40 60 80 1001556 1517 1478 1436根据内插法求在相应温度下的密度：塔顶：47.6 3DA12.6/kgm3DB154.
13、8/kgm进料：73 F8F96塔底：92 3WA5./k3WB2./k1、液相密度 ：Lm塔顶部分 依下式：化工原理课程设计- 11 -（ 为质量分率） ；其中1ABLmL98%A2即：；30.117.4/2361548LmLmkg进料板处: 20AB80%；3.17./31965LFmLFmkg塔釜处液相组成： .AB9；30.2145.6/4.8LWmLWmk故 精馏段平均液相密度：；3L()7.1.3)21.8/g精提馏段的平均液相密度：；3L()4.5.6)4.695/m k提2、气相密度 ：V 精馏段的平均气相密度 m() 3Vm()p18.936.9/4(027.15)MkgmR
14、T精精 提馏段的平均气相密度Vm() 3Vm()p145.03.76.4/8(215)kgmRT提提化工原理课程设计- 12 -（五）液体平均表面张力 的计算m液相平均表面张力依下式计算，及 Lm1nix塔顶液相平均表面张力的计算 由 =47.6根据Dt手册查数据，由内插法得：； ；A28.39/mN23.15/BN；LD0.084m 进料液相平均表面张力的计算 由 =73查手册Ft由内插法得：； ；A24.5/mN20.43/BN；LDm0.31.(0.31).75/m 塔釜液相平均表面张力的计算 由 =92查手册Wt由内插法得：； A21.854/mN18.2/BN； LWm0(0.4)4
15、5m精馏段液相平均表面张力为：()28.341.75/2./精提馏段液相平均表面张力为： m()./9./mN提（六）液体平均粘度的计算 L液相平均粘度依下式计算，即 ；lglgLmiix化工原理课程设计- 13 -塔顶液相平均粘度的计算，由由 =47.6根据内插Dt法得：； ；0.37AmPas0.68BmPas；lg.9lg().1lg(.).39LDm LD进料板液相平均粘度的计算：由 =73手册得：Ft； ；0.265APas0.57BmPaslg31lg().79lg().412LFm LFs；五、精馏塔气液负荷计算精馏段：(1)(2.641)79.820.6/VRDkmolhLl() 3Vm290.63.1.84/360sMs精 精() 3L.78.50.6m/s精 精Lh=3600 0.0046=16.56 3/h提馏段：(1)290.6/783147.9/VqF
