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1、 课程设计（论文）全套图纸加扣3012250582 课 程 名 称 化工原理 题 目 名 称 氯乙烯精馏装置塔顶冷凝器设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 生化系2011级化学工程工程与工艺 指 导 教 师 2013年 12月 30 日目录课程设计任务书 2一、物料衡算 61.1精馏塔物料衡算61.2冷凝器物料衡算 7二、热量衡算10三、设备设计 13 1.流体流径选择 132、冷凝器热负荷 143、流体两端温度的确定 144、总传热系数145、换热面积 156、初选管程及单管长度 157、筒体直径 168、数据核算189、 流体流动阻力（压强降）的计算19四、设备选型 19五、总结25
2、六、参考文献 28七、致谢 29八、附工程图纸 302011级化工工程专业化工原理课程设计任务书设计课题氯乙烯精馏装置塔顶冷凝器设计一、课程设计目的化工原理课程设计是综合运用化工原理课程、化工制图课程和其他相关先修课程所学知识，完成以化工单元设计为主的一次工程设计，对学生进行一次设计技能的综合训练，培养学生综合运用所学的知识解决实际问题的能力，也为以后的专业设计和毕业设计打下基础。因此，化工原理课程设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节。二、已知技术参数和条件1、年产氯乙烯：110000吨2、产品氯乙烯组成C2H3Cl 99.95%（质量分数，下同）、 C2H4Cl2 0.05%3、原料为2
3、0的冷液体，原料组成：C2H3Cl 95%、C2H4Cl2 5%4、分离要求：塔底氯乙烯含量0.05%5、操作压力：350kPa（绝压） 三、设计任务1、物料衡算（精馏塔、冷凝器）；2、热量衡算（冷凝器）；3、冷凝器热负荷计算；4、冷凝器换热面积计算；5、冷凝器结构、材质设计；6、冷凝器结构尺寸、工艺尺寸的设计计算等；7、冷凝器总传热系数的校核；8、冷凝器装配图的绘制。四、设计要求要求：1、设计方案简介 ：对产品的性能、用途、工业状况及未来的发展前景进行概括和总结，对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述； 2、工艺设计：选定工艺参数，对单个设备作出衡算示意图，进行物料衡算、热量衡
4、算，以表格形式表达衡算结果，其中的数据（非给定数据）及计算公式（经验公式）必须交待来源（即何种参考书目，并在参考文献中列出）；3、 设备计算：选择设备的结构形式，并说明理由。进行设备的结构尺寸和工艺尺寸的设计计算；4、 辅助设备选型：典型辅助设备的主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定；5、 设计说明书的编写：严格按照邵阳学院毕业设计（论文）格式进行编写。设计说明书应按顺序包括以下内容： 1)设计说明书封面；(2)设计任务书； (3)目录； (4)概述（设计方案简介）； (5)工艺计算（物料衡算、热量衡算）； (6)设备设计（主要设备设计、辅助设备设计或选型）； (7)设计总结、评述； (8)
5、 参考资料； (9)致谢；（10）附工程图纸。6、绘制主要设备的装配图： 用A2图纸绘制再沸器装配图（图面应包括设备主视图、俯（左）视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术性能表、技术要求等），要求采用CAD绘制图纸。五、概 述课程设计是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践，是培养我们实际动手能力的一个重要环节，是从学生走向工程师必然程序。通过课程设计能使我们掌握工程设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料，选用公式和数据，用简洁的文字、图表表达设计结果及制图等能力方面得到一次基本训练。在设计过程中我们更应该注重树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作
6、作风。为我们将来更快的融入社会，更好的适应新的工作提供有力的保障。本次课程设计仅对氯乙烯二氯乙烷混合液体的精馏装置进行设计，设计氯乙烯年产量为110000吨。根据生产要求设计氯乙烯精馏装置，精馏是化工生产中分离均相液体混合物的典型单元操作，其历史悠久，应用广泛。精馏的基本原理是将液体混合物部分汽化、全部冷凝，利用其中各个组分挥发度不同而将其分离。其本质是液、气相间的质量传递和热量传递。为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次全部冷凝的方法精馏。精馏过程通常是在塔设备内完成的。冷凝器是精馏过程必不可少的设备。它承担着将物料冷凝的重要任务。而固定管板式换热器更是因其具有工
7、艺简单、造价低廉、工艺设计成熟、热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。冷凝器同样是一种广泛使用的精馏工艺设备,在炼油,化工行业中是主要的工艺设备之一。根据换热条件,采用水作为冷却介质,选用列管式换热器.用自来水对热流体冷却属于一侧为恒温流体的传热。由于传热温差小于50，不设置膨胀节。由于介质为有机质蒸气和水，所以水走壳程，有机质走管程。原料液为含氯乙烯95%（质量分数，下同）、二氯乙烷5%的混合溶液。分离要求为塔釜氯乙烯含量不大于0.05%，年产量110000（吨）。氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。为
8、无色、易液化气体，沸点-13.9，临界温度142，临界压力5.22MPa。氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4%22%（体积），在加压下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂。本次设计采用填料精馏塔。其优点为：1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。
9、4塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30%。5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30%。1.物料衡算1.1设计依据（已知技术参数和条件）1.1.1 化工原理课程设计任务书1.1.2 年产年产氯乙烯110000吨，根据工业生产中连续生产的特点，取年均生产时间为8000小时，即小时产量为：110000103/8000=13750kg/h，本设计以小时产量为计算基准。含氯乙烯 1375099.95%=13743.125kg/h=219.89kmol/h含二氯乙烷 137500.05%=6.87
10、5kg/h=0.0694kmol/h1.1.3 原料为常温液体，原料组成：C2H3Cl 95%、C2H4Cl2 5% 1.1.4 分离要求：塔釜氯乙烯含量不大于0.05%1.2精馏塔物料衡算 1.2.1物料衡算示意图图1 1.2.2用质量分率计算进料量及塔釜采出量 由 = + XF= XD+ XW 其中XF =95% XD =99.95% XW 0.05% 求得=14466kg/h =716kg/h 1.2.3计算摩尔量、摩尔分率 由于氯乙烯分子量为62.58，二氯乙烷的分子量为99 则D= kg/kmolkg/kmol kg/kmol 1.2.4精馏塔物料衡算表表1精馏塔物的料衡算表进料F出
11、料塔顶采出D塔底采出W组分kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%kmol/hkg/hwt%氯乙烯219.913742.795219.81373999.970.050.360.05二氯乙烷7.3723.350.042110.03 7.23715.6499.95总计227.214466100219.8137501007.28716100总量进=14466kg/h出= 14466kg/h进=出13冷凝器物料衡算1.3.1、 操作回流比选取图2冷凝器物料衡算示意图冷凝器 1）根据设计条件和数据作物系气液平衡线（xy图）安托尼方程： P：在溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压 Pa t：温度 K查
12、化工手册得氯乙烯安托尼方程因数A:6.83589 B:992 B:230二氯乙烷的安托尼方程因数A:7.18531 B:1358.46 C:232.24 表2 X-Y计算温度T318.6压强kPa350组成xilgPiPipixiyi0.13.2364705521723.735205172.37352050.4924957732.295949217197.6738481177.90646330.508304181350.27998381.000799954温度T308.1压强kPa350组成xilgPiPipixiyi0.23.0939058431241.383141248.27662820.7093617952.103915521127.0326977101.62615820.290360452
