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1、河西学院化学化工学院课程设计河 西 学 院Hexi University化工原理课程设计题 目: 二硫化碳四氯化碳混合液筛板(浮阀)精馏塔设计 学 院: 化学化工学院 专 业: 化学工程与工艺 学 号: 2014210041 姓 名: 周建武 指导教师: 王兴鹏 2016年11月26日 化工原理课程设计任务书一、设计题目二硫化碳四氯化碳混合液筛板(浮阀)精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量） 90000 吨/年操作周期 7200 小时/年进料组成 40% （二硫化碳质量分率）进料温度 20 塔顶产品组成 98.5% （二硫化碳质量分率）塔底产品组成 98% （四氯化碳质
2、量分率）2.操作条件操作压力 塔顶4 kpa（表压） 单板压降 0.7kPa 冷却水温度 20 饱和水蒸汽压力 0.25Mpa(表压) 3.设备型式 筛板(浮阀)塔 4.厂址 珠海（压力：1atm ） 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.工艺流程图及精馏工艺条件图7.设计评述目 录1概述12设计方案简介22.1流程的设计及说明22.2已知参数22.3选塔依据33设计计算43.1精馏流程的确定4
3、3.2精馏塔的物料衡算43.3塔板数的确定53.3.1理论板的求法53.3.2 全塔效率的求取73.3.3 实际板数求取74塔工艺条件及物性数据计算84.1塔工艺条件及物性数据计算84.1.1 操作压强的计算Pm84.1.2操作温度的计算84.1.3平均摩尔质量计算84.1.4平均密度计算94.1.5液体平均表面张力计算104.1.6液相平均年黏度的计算114.2精馏塔的气、液相负荷114.3塔板主要工艺尺寸的计算124.3.1塔径D124.3.2精馏塔有效高度的计算144.3.3溢流装置144.3.4 塔板布置164.3.5 筛孔计算及其排列164.4 筛板的流体力学验算174.4.1 塔板
4、压降174.4.2 液面落差194.4.3 液沫夹带194.4.4 漏液194.4.5液泛204.5 塔板负荷性能图204.5.1精馏段204.5.2提馏段244.6精馏塔的工艺设计计算结果总表285 精馏塔的的附属设备及接管尺寸295.1接头管设计295.2回流管管径305.3塔底进气管305.4加料管管径305.5料液排出管管径305.6 总高度计算315.7热量衡算325.7.1加热介质的选择325.7.2冷凝剂的选择325.7.3热量衡算325.7.4冷凝器的选择345.7.5再沸器的选择345.7.6泵的选择35符号说明36参考文献38设计评述38致 谢39II二硫化碳-四氯化碳精馏
5、分离板式塔设计周建武摘要：本设计中采用筛板塔分离二硫化碳-四氯化碳，通过图解法计算得出理论板数为12块，回流比为2.66，算出塔板效率为0.526，实际板数为24块，进料位置为第17块板，在筛板塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.6米，总高度为15.55米，每层筛孔数目为5130。通过筛板塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。同时还对精馏塔的辅助设备进行了选型计算。绘制物料流程图和主体设备条件图。关键词：，二硫化碳，四氯化碳，精馏，筛板塔1概述蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，
6、其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。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。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，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。筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔
7、径的大小，分为小孔径筛板(孔径为38mm)和大孔径筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用小以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。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。应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液
8、，使得操作弹性减小，传质效率下降故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。2设计方案简介2.1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
9、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。比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。2.2已知参数主要基础数据:表1 二硫化碳和四氯化碳的物理性质项目分子量M沸点（）密度二硫化碳四氯化碳7615446.576.81.2601.595表2 液体的表面张力 (单位:mN/m)温度46.7255.374.8二硫化碳28.3527.424.28四氯化碳22.5721.819.33表3 常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据温度t液相中二硫化
10、碳的摩尔分率x气相中二硫化碳的摩尔分率y76.80.000.0074.90.02960.082373.10.06150.155570.30.11060.26668.60.14350.332563.80.2580.49559.30.39080.63455.30.53180.74752.30.6630.82950.40.75740.87948.50.86040.93246.5112.3选塔依据工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。对于一个具体的分离过程，通常按以下五项标准进行综合评价：（1） 通过能力大，即单位塔截面能够处理得气液负荷高；（2） 塔板效率高；（3） 塔板压降低；（4）
11、操作弹性大；（5） 结构简单，制造成本低。而筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下：（1）结构简单、金属耗量少、造价低廉。（2）气体压降小、板上液面落差也较小。（3）塔板效率较高， 改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔。因此对于苯和甲苯物系，有侧线进料和出料的工艺过程，选用板式塔较为适宜。3设计计算3.1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。3.2精馏塔的物料衡
12、算 （1）原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分数 二硫化碳的摩尔质量 MA=76 kg/kmol 四氯化碳的摩尔质量 MB=154 kg/kmol （2）原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量 （3）物料衡算总物料衡算F=D+W易挥发组分物料衡算0.9925D0.03971W=0.5746F联立以上三式可得：F=114.53kmol/hD=63.09 kmol/hW=51.44 kmol/h3.3塔板数的确定3.3.1理论板的求法用图解法求理论板根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出y-x图,见图2所示图2 图解法求理论板层数（1）最小回流比及操作回流比R已知数据如下：操作条件下二硫化碳的汽化热为3
13、60.3KJ/Kg，四氯化碳的汽化热为30.5 KJ/Kg。原料液的汽化热： =0.5746360.376+（1-0.5746）30.5154=17723.8 kJ/kmol由汽液平衡相图查的进料组成=0.5746时溶液的泡点为62.7C。所以平均温度=41.35C由附录查的在41.35C下的二硫化碳-四氯化碳的比热容为0.9275 kJ/（kmolC）所以 q= = =1.24 = =5.17在从点e作斜率为5.17的直线，即得q线。q线与精馏段操作线交于点d。由图可知 =0.66， =0.78即可求得 操作回流比一般为最小回流比的1.5倍，即R=1.5=2.66 L=RD=2.6663.09=167.82 kmol/h所以精馏段方程： 提馏段方程： （2）根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡组成与温度的关系数据表，用内插法求全塔温度：塔顶温度：进料温度：塔釜温度：在上图中作图解得层（不包括塔釜），其中精馏段为8层，提馏段为4层.且第9层为进料板位置。3.3.2 全塔效率的求取 （化工原理课程设计33页式（3-34）全塔总效率；塔底塔顶平均温度下的相对挥发度；液体平均粘度；由相平衡关系式及
