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1、河河 西西 学学 院院Hexi University化化工工原原理理课课程程设设计计题题 目目: 二硫化碳二硫化碳四氯化碳精馏分离板式塔设计四氯化碳精馏分离板式塔设计 学学 院院: 化学化工学院化学化工学院 专专 业业: 化学工程与工艺化学工程与工艺 学学 号号: 20142100032014210003 姓姓 名名: 陈维军陈维军 指导教师指导教师: 李守博李守博 2016 年年 11 月月 26 日日河西学院化学化工学院课程设计化工原理课程设计任务书一、设计题目二硫化碳二硫化碳- -四氯化碳精馏分离板式塔设计四氯化碳精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量） 8
2、0000 吨/年操作周期 7920 小时/年进料组成 36% （二硫化碳） （质量分率，下同）塔顶产品组成 98% （二硫化碳）塔底产品组成 2% （二硫化碳）回流比， 自选 单板压降 700Pa 2.操作条件操作压力 塔顶为常压 进料热状态 泡点进料 加热蒸汽 0.25MPa (表压) 冷却水温度 203.设备型式 筛板式或浮阀式精馏塔 4.厂址 安徽 三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.塔的工艺计算3.主要设备工艺尺寸设计（1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4.辅助设备选型与计算5.设计结果汇总6.工
3、艺流程图及精馏工艺条件图7.设计评述河西学院化学化工学院课程设计前言前言课程设计是化工原理课程的一个非常重要的实践教学内容。不仅能够培养学生运用所学的化工生产的理论知识，解决生产中实际问题的能力，还能够培养学生的工程意识,健全合理的知识结构可发挥应有的作用。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。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送
4、、传热、分离、控制等的设备、仪表。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。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。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，选用筛板塔，其突出优点为结构简单、造价低、板上液面落差小，气体压强低，生产能力较大，气体分散均匀，传质速率较高。精馏塔内装有提供气液两相逐级接触的塔板，利用混合物当中各组分挥发度的不同将混合物进行分离。在精馏塔中，塔釜产生的蒸汽沿塔板之间上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质传热过程，轻组分上升，重组分下降，使混合物
5、达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。本设计我们使用筛板塔。其突出优点为结构简单，造价低板上液面落差小，气体压强低，生产能力较大，气体分散均匀，传质效率较高。筛板塔是最早应于手工业生产的设备之一。采用筛板塔可解决堵塞问题适当控制漏夜实际操作表明，筛板在一定程度的漏液状态下，操作是板效率明显降低，其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的筛板塔其操作弹性仍可达到标准。课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们自身进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养
6、自身独立分析和解决实际问题的能力,更能培养我们自身的创新意识、严谨认真的学习态度。河西学院化学化工学院课程设计I目录目录1.1.概述概述11.1 精馏流程设计方案的确定 11.2 设计思路 21.2.1 精馏方式的选定.21.2.2 加热方式.21.2.3 操作压力的选取.31.2.4 回流比的选择.31.2.5 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择.31.2.6 板式塔的选择.31.2.7 关于附属设备的设计.52.2.精馏塔工艺设计计算精馏塔工艺设计计算52.1 物料衡算： 52.2 进料热状况的确定 63.3.塔板数的确定塔板数的确定63.1 理论塔板层数的确定 .6TN3.1.1 理论
7、塔板层数的确定6TN3.1.2 最小回流比及操作回流比的确定：.73.1.3 精馏塔的气液相负荷.73.1.4 操作线方程的确定.73.1.5 图解法求理论板层数.83.2 全塔效率的计算 83.2.1 全塔温度的计算.83.2.2 气相组成的计算.83.2.3 相对挥发度的求取.83.2.4 液相平均黏度的计算 .9Lm3.2.5 全塔效率和实际塔板数的计算 .10TE河西学院化学化工学院课程设计II4.4.精馏塔的工艺条件和有关物性数据的计算精馏塔的工艺条件和有关物性数据的计算.104.1 操作压力的计算 .104.2 平均摩尔质量计算 .104.3 平均密度计算.11m4.3.1 气相平
8、均密度计算 11Vm4.3.2 液相平均密度计算 12Lm4.4 液体平均表面张力的计算.13m5.5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算.145.1 塔径的计算 .145.2 精馏塔有效高度的计算 .166.6.塔板的主要工艺尺寸计算塔板的主要工艺尺寸计算.166.1 溢流装置的计算 .166.1.1 溢流堰长.16Wl6.1.2 溢流堰高度： .16Wh6.1.3 弓形降液管的宽度和横截面17dWfA6.1.4 降液管底隙高度.180h6.2 塔板布置 .196.2.1 塔板的分块196.2.2 边缘区宽和安定区宽196.2.3 开孔区面积计算196.3 筛孔数 N 与开孔率
9、207.7.塔板的流体力学的验算塔板的流体力学的验算.207.1 塔板压降 .217.1.1 气体通过筛板塔板的压降217.1.2 液面落差23河西学院化学化工学院课程设计III7.1.3 液泛237.1.4 雾沫夹带237.1.5 漏液248.8.塔板负荷性能图塔板负荷性能图.248.1 漏液线（气相负荷下限线） .248.2 雾沫夹带线 .258.3 液相负荷上限线 .278.4 液相负荷下限线 .288.5 液泛线 .288.6 负荷性能图 .309.9.塔附件设计塔附件设计.319.1 接管 .319.1.1 进料管319.1.2 回流管329.1.3 塔底料液排出管329.1.4 塔
10、顶蒸汽出口管道329.1.5 塔底进气管339.1.6 法兰339.2 筒体与封头 .339.2.1 筒体339.2.2 封头339.2.3 除沫器349.2.4 裙座349.2.5 吊柱349.2.6 人孔359.3 塔总体高度设计 .359.3.1 塔的顶部空间高度359.3.2 塔的底部空间高度359.3.3 塔体高度35河西学院化学化工学院课程设计IV9.4 附属设备的设计 .359.4.1 冷凝器的选择359.4.2 再沸器的选择3610.10.设计结果一览表设计结果一览表3611.11.设计评述设计评述39参考文献参考文献.41致谢致谢.42河西学院化学化工学院课程设计0二硫化碳二
11、硫化碳四氯化碳精馏分离板式塔设计四氯化碳精馏分离板式塔设计陈维军摘要：摘要：本次设计是针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较 完整的精馏设计过程。我们对此塔进行了工艺设计，包括它的辅助设备及进出口管路的计算，画出了塔板负荷性能图，并对设计结果进行了汇总。此次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计的精馏装置包括精馏塔，再沸器，冷凝器等设备，热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由塔顶产品冷凝器中的冷却介质将余热带走。本文是精馏塔及其进料预热的设计，分离质量分数 0.36 二硫化碳溶液，使塔顶产品二硫化碳的摩尔含量达到 98%，塔底釜液
12、摩尔分数小于2.0%。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用了筛板塔对进行二硫化碳-四氯化碳分离提纯，塔板为碳钢材料，按照图解法求得理论板数为 14 块，精馏段为 8 块，提馏段为6 块，进料板位置为第 9 块板。塔顶使用全凝器，部分回流。实际塔板数为 29 块，精馏段为 16块，提馏段为 13 块，实际加料位置在第 17 块板。塔径为 1.7m，选用单溢流弓形降液管，回流比为 2.202。通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内，塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管。再沸器采用卧式浮头式热器，确定了操作点符合操作要求。关键词：关键词：二硫化碳四氯化碳
13、、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构1.概述概述 筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。它的出现仅迟于泡罩塔 20 年左右，当初它长期被认为操作不易稳定，在本世纪 50 年代以前，它的使用远不如泡罩塔普遍。其后因急于寻找一种简单而价廉的塔型，对其性能的研究不断深入，已能作出比较有把握的设计，使得筛板塔又成为应用最广的一种类型。1.1 精馏流程设计方案的确定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。设计中采用气液混合物进料，将原料液通过预热器加热至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
14、，其余部分作为塔顶产品冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，河西学院化学化工学院课程设计1故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。流程简图如图 1 所示。图 1 板式精馏塔的工艺流程简图1.2 设计思路在本次设计中，我们进行的是二硫化碳四氯化碳二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是筛板式连续精馏塔。蒸
15、馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。回流比是精馏操作的重要工艺条件，在设计时要根据实际需要选定回流比。1.2.1 精馏方式的选定本设计采用连续精馏操作方式，其特点是：连续精馏过程是一个连续定态过程，能小于间歇精馏过程，易得纯度高的产品。河西学院化学化工学院课程设计21.2.2 加热方式本设计采用间接蒸汽加热，加热设备为再沸器。本设计不易利用直接蒸汽加热，因为直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度，轻组分收率一定前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求，从而又增加了生产的费用，但也增加了间接加热设备。1.2.3 操作压力的选取本设计采用常压操作，一般，除了热敏性物料以外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。在化工设计中有很多加料状态，这次设计中采用气液混合物进料。1.2.4 回流比的选择对于一般体系最小回流比的确定可按常规方法处理，但对于某些特殊体系，如乙醇水体系则要特殊处理，该体系最小回流比的求取应通过精馏段操作线与平minR衡线相切得到。而适宜回流比 R 的确定，应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低，我们推荐以下简化方法计算各项费用，从而确定最佳回流比。一般经验值
