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1、化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书设计题目： 分离 9 万吨/年 CS2与 CCl4混合液的精馏塔工艺设计 学号： 1503140122 姓名： 雷艺璇 专业： 制药工程 1401 班 指导教师： 焦飞鹏 系主任： 摘要：摘要：精馏的本质是利用不同物质的挥发度不同，通过多次汽化、多 次冷凝的精馏过程而达到物质分离的单元操作过程，而多次汽化所需的能 量即通过再沸器提供的，这就是再沸器的作用。再沸器是一种换热器，通 常采用热虹吸式换热器，也是一种列管式换热器，在生产企业中占有较重 要的地位，它直接影响产品的质量和产量。 本设计针对苯-乙苯的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图 等，是
2、较完整的精馏设计过程。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的 各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，以保证精 馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。此外对塔底再沸器进行选型设 计。主要介绍了再沸器的设计工作以及它在生产过程中处于的地位和作用， 它是精馏塔不可或缺的一部分，它提供给精馏塔多次汽化所需的能量，它 与冷凝器等都是换热设备。 设计任务书设计任务书 设计题目：设计题目：二硫化碳四氯化碳精馏塔及主要附属设备选型设计 一、设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（进料量） 9 万 吨/年 操作周期 7200 小时/年 进料组成 34%的二硫化碳和 66%的四氯化碳（摩尔分
3、率，下同） 塔顶产品组成塔馏出液 95%的二硫化碳，塔底产品组成釜液 5%的二硫 化碳 2、操作条件 操作压力塔顶压强为 4Kpa（表压）进料热状态泡点进料 3、设备型式 2、设计内容： 1、设计方案的选择及流程说明 2、工艺计算 3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及蒸馏段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、工艺流程图及精馏塔工艺条件图 7、设计评述目目 录录1 1 前前 言言1 12 2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算2 22.1 主要基础数据.22.2 物料衡算.32
4、.3 最小回流比及操作回流比的确定 .32.4 精馏塔的气液相负荷 .42.5 操作线方程 .42.6 逐板计算法确定理论塔板数 .42.7 实际板层数的确定 .52.7.1.3 精馏段和提馏段相对挥发度 .62.7.1.4 全塔效率 ET 和实际塔板数 63 3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7 73.操作压力的计算.73.2 平均摩尔质量计算 .73.3 平均密度的计算 .73.3 液体表面张力的计算（部分数据见表 3-2）84 4精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算9 95 5塔板的主要工艺尺寸的计算塔板的主要工艺尺寸的计算10105.
5、1 溢流装置的计算 105.1.1 溢流堰长 105.1.2 溢流堰高 hw .105.1.3 降液管宽度与降液管面积10dWfA5.1.4 降液管底隙高度 h.105.2 塔板布置 105.2.1 边缘区宽和安定区宽 105.2.2 开孔区面积 105.3 浮阀数 n 与开孔率 .116 6塔板的流体力学的验算塔板的流体力学的验算12126.1 塔板压降 126.1.1 干板阻力 126.1.2 淹塔 126.2 泛点率 127.7.塔板负荷性能图塔板负荷性能图13137.1 雾沫夹带线 137.2 液泛线 137.3 液相负荷上限线 147.4 漏液线 147.5 液相负荷下限线 147.
6、6 负荷性能图 148.8. 热量衡算热量衡算15158.1 相关介质的选择 158.2 蒸发潜热衡算 152.2.2 塔底热量168.3 焓值衡算 179.9.辅助设备选型辅助设备选型21219.1 冷凝器的选型 219.1.1 计算冷却水流量 219.1.2 冷凝器的计算与选型 219.2 冷凝器的核算 229.2.1 管程对流传热系数 229.2.2 壳程流体对流传热系数.229.2.3 污垢热阻 239.2.4 核算传热面积 249.2.5 核算压力降 249.3 泵的选型与计算 269.4 再沸器的选型与计算269.4.1 加热介质的流量.269.4.2 再沸器的计算与选型.2610
7、.10. 塔附件设计塔附件设计282810.1 接管 .2810.1.1 进料 .2810.1.2 回流管 .2810.1.3 塔底出料管 .2810.1.4 塔顶蒸气出料管 .2810.2 筒体与封头 .2910.2.1 筒体 .2910.2.2 封头 .2910.3 除沫器 .2910.4 裙座 .2910.5 人孔 .3010.6 塔总体高度的设计 .301111 精馏塔计算结果汇总表精馏塔计算结果汇总表3131总总 结结3232参考文献参考文献3333致致 谢谢3434附附 录录3535符号说明符号说明35351 前前 言言化工生产中常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目
8、的。互溶液体混合物的分离有多种方法，蒸馏及精馏是其中最常用的一种。蒸馏是分离均相混合物的单元操作之一，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。为实现高纯度的分离已成为蒸馏方法能否广泛应用的核心问题，为此而提出了精馏过程。精馏的核心是回流，精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流，塔顶冷凝造成液体回流。我们工科大学生应具有较高的综合能力、解决实际生产问题的能力和创新的能力。课程设计是一次让我们接触并了解实际生产的大好机会，我们应充分利用这样的机会去认真去对待。而新颖的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持努力的方向和追求的目标。流程的设计及说明图图 1-1 板式精馏
9、塔的工艺流程简图板式精馏塔的工艺流程简图工艺流程：如图 1-1 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，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。如流量计、温度计和压表等，以测量物流
10、的各项参数。2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算2.1 主要基础数据主要基础数据 表表 2-1 二硫化碳四氯化碳的物理性质（表一）二硫化碳四氯化碳的物理性质（表一） 项目分子式分子量沸点密度g/cm3 二硫化碳的粘度 CS27646.51.260 四氯化碳的粘度 CCl415476.81.595 表表 2-2 二硫化碳四氯化碳的粘度（表二）二硫化碳四氯化碳的粘度（表二） 温度30405060708090 二硫化碳的粘度 mpa.s0.3430.3210.3010.2840.2690.2550.243 四氯化碳的粘度 mpa.s0.8470.7410.6530.5800.5190.4670.42
11、2 表表 2-3 二硫化碳四氯化碳的表面张力（表三）（单位：二硫化碳四氯化碳的表面张力（表三）（单位：mN/m）温度30405060708090 四氯化碳的表面张力24.5323.3522.1821.0219.8818.7417.62 二硫化碳的表面张力30.8129.3327.8726.4124.9723.5422.13 表表 2-4 二硫化碳四氯化碳的密度（表四）二硫化碳四氯化碳的密度（表四）温度30405060708090 四氯化碳的密度kg/m31574155615361517149814781457 二硫化碳的密度kg/m31248123412191203118811721156 表
12、表 2-5 常压下二硫化碳四氯化碳的汽液平衡数据（表五）常压下二硫化碳四氯化碳的汽液平衡数据（表五）T,Kx1y1348.050.02960.0823346.250.06150.1555343.450.11060.2660341.750.14350.3325336.950.25850.4950332.450.39080.6340328.450.53180.7470325.450.66300.8290323.550.75740.8790321.650.86040.9320319.4511表表 2-6 二硫化碳四氯化碳的导热系数（表六） 温度30405060708090 四氯化碳的导热系数10-5
13、Cal/cm.s.25.625.324.924.524.223.823.5二硫化碳的导热系数10-5Cal/cm.s.32.431.731.030.329.628.828.12.2 物料衡算物料衡算二硫化碳的摩尔质量：76kg/kmol四氯化碳的摩尔质量：154kg/kmol已知； 34. 0FX95. 0DX05. 0WX原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=760.34（1-0.34）154=127.48kg/kmolMD=0.9576 (1-0.95)154=79.9kg/kmolMW=0.0576(1-0.05)154=150.1kg/kmol原料处理量：F=9107/（30012
14、7.4824）=98.05kmol/h总物料衡算：DW=98.05 kmol/h二硫化碳物料衡算：D0.95+W0.05=0.3498.05联立得：D=31.59 kmol/h W=66.46 kmol/h物料衡算结果如表 2-6 所示。 表表 2-6 物料衡算结果物料衡算结果 塔顶 D塔底 W进料 F摩尔流量 ()/kmol h31.5966.4698.05摩尔分数（%）0.950.050.34由，再根据表 2-5 数据可得到不同温度下的挥发度见表 2-7。(1) (1)AA D AAxy xy表表 2-7 不同温度下的挥发度不同温度下的挥发度温度,K挥发度温度,K挥发度348.052.94
15、332.452.7346.252.81328.452.6343.452.91325.452.46341.752.97323.552.33336.952.81321.652.22则=2.661012310m K2.3 最小回流比及操作回流比的确定最小回流比及操作回流比的确定泡点进料 Xq=XF=0.34；由5781. 034. 066. 1134. 066. 2 11xxy；即 R=1.5=2.343562. 134. 05781. 05781. 095. 0min xyyxRqqqdminR2.4 精馏塔的气液相负荷精馏塔的气液相负荷L=RD=2.34331.59=74.02kmol/hV=(1+R)D=(1+2.343)31.59=105.61 kmol/hL=L+F=74.02+98.05=172.07kmol/hV=V=105.61 kmol/h2.5 操作线方程操作线方程精馏段操作线方程：2842. 070. 0343. 395. 034
