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1、分 離 二 硫 化 碳 和 四 氯 化 碳 的精 餾 塔 設(shè) 計 指 導(dǎo) 老 師 ： 顧 海 平 、 祝 娟 娟 姓 名 ： 何 冬 冬 班 級 ： 應(yīng) 化 10101班 主要內(nèi)容 工 藝 流 程 圖附 屬 設(shè) 備 的 計 算 及 選 型精 餾 塔 的 設(shè) 計 計 算綜 述 綜 述精 餾 工 藝 的 介 紹 二 硫 化 碳 和 四 氯 化 碳 1.1精 餾 工 藝 的 介 紹1.1.1精 餾 塔 的 發(fā) 展 前 景 板 式 塔 在 過 去 幾 十 年 中 的 發(fā) 展 速 度 有 快 有 慢 ，競 爭 能 力 時 有 強(qiáng) 弱 。 但 由 于 板 式 塔 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 成本 低 廉 而 且

2、在 設(shè) 計 與 操 作 方 面 已 具 備 較 成 熟 的 經(jīng)驗 ， 因 此 ， 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 領(lǐng) 域 ， 仍 然 以 板 式 塔 為 主 。 1.1.2設(shè) 計 任 務(wù)原 料 組 成 ： 含 35%二 硫 化 碳 ， 65%四 氯化 碳 的 混 合 液 。年 處 理 量 ： 5萬 噸 /年進(jìn) 料 熱 狀 況 ： 泡 點 進(jìn) 料操 作 壓 力 ： 常 壓 操 作 年 生 產(chǎn) 時 間 ： 7200小 時分 離 要 求 ： 溜 出 液 90%二 硫 化 碳 ， 釜 液2.5%二 硫 化 碳 。 1.2二 硫 化 碳 和 四 氯 化 碳1.2.1二 硫 化 碳 的 性 質(zhì) 二 硫 化 碳 的 分

3、 子 式 CS2， 分 子 量 76， 無 色 或 淡黃 色 透 明 液 體 ， 有 刺 激 性 氣 味 ， 易 揮 發(fā) ， 它 可 溶 解硫 單 質(zhì) 。項 目 熔點/C 飽和蒸氣壓/kPa 燃燒熱kJ/mol 臨界溫度/C 臨界壓力/MPa 沸點/C -110.8 53.32 1030.8 279 7.90 46.5表 1.1 二 硫 化 碳 的 物 性 數(shù) 據(jù) 1.2.2四 氯 化 碳 的 性 質(zhì) 四 氯 化 碳 的 分 子 式 CCl4， 分 子 量 153.84， 無 色 、 易揮 發(fā) 、 不 易 燃 的 液 體 。 具 氯 仿 的 微 甜 氣 味 。 微 溶 于 水 ，易 溶 于 多

4、 數(shù) 有 機(jī) 溶 劑 。 化 學(xué) 性 質(zhì) 穩(wěn) 定 。 有 毒 ， 不 燃 燒 。高 溫 下 可 水 解 生 成 光 氣 ； 還 原 可 得 氯 仿 。 遇 火 或 熾 熱 物可 分 解 為 二 氧 化 碳 、 氯 化 氫 、 光 氣 和 氯 氣 等 。項 目 熔 點/ C 飽 和 蒸氣 壓 kPa 燃 燒 熱kJ/mol 臨 界 溫 度/ C 臨 界 壓力 /MPa 沸 點/ C -22.6 13.33 364.9 283.2 4.558 76.8表 1.2 四 氯 化 碳 的 物 性 數(shù) 據(jù) 二 、 精 餾 塔 的 設(shè) 計 計 算1 精 餾 塔 的 工 藝 計 算2 精 餾 塔 塔 板 的

5、設(shè) 計 計 算3 精 餾 塔 接 管 設(shè) 計 及 塔 高 計 算4 熱 量 衡 算 2.1精 餾 塔 的 工 藝 計 算2.1.1全 塔 的 物 料 衡 算原 料 液 流 量F/kmol/h 塔 頂 產(chǎn) 品 流量 D/kmol/h 塔 底 產(chǎn) 品 流量 W/kmol/h 原 料 液 摩爾 分 率 xF 塔 頂 產(chǎn) 品摩 爾 分 率 xD 塔 底 產(chǎn) 品 摩爾 分 率 xW54.85 20.37 34.48 0.35 0.9 0.025表 2.1全 塔 物 料 衡 算 數(shù) 據(jù) 表 溫 度 t/C 液 相 中 的 摩 爾 分?jǐn)?shù) x 氣 相 中 的 摩 爾 分 數(shù) y 相 對 揮 發(fā) 度 76.8

6、0.0000 0.0000 74.9 0.0296 0.0823 2.94073.1 0.0615 0.1555 2.81070.3 0.1106 0.2660 2.91468.6 0.1435 0.3325 2.97363.8 0.2580 0.4950 2.81959.3 0.3908 0.6340 2.70055.3 0.5318 0.7470 2.59952.3 0.6630 0.8290 2.46450.4 0.7574 0.8790 2.327 48.5 0.8604 0.9320 2.22446.5 1.0 1.0 表 2.2 常 壓 下 的 二 硫 化 碳 和 四 氯 化 碳

7、的 氣 液 平 衡 數(shù) 據(jù)2.1.2塔 板 數(shù) 的 確 定 用 Excel繪 制 氣 液 平 衡 線 和 對 角 線圖 2.1 建 立 表 格 圖 2.2 圖 表 類 型 的 選 擇選 中 數(shù) 據(jù) 區(qū) 域 ， 點 擊 插 入 圖 表 ， 得 到 圖 2.2。 圖 2.3 氣 液 平 衡 線 和 對 角 線 的 繪 制 選 擇 XY散 點 圖 ， 單 擊 確 定 ， 得 到 的 圖 形 如 圖 2.3所 示 。 用 Excel繪 制 精 餾 段 、 提 餾 段 的 操 作 線 圖 2.4 精 餾 段 、 q線 、 提 餾 段 數(shù) 據(jù) 圖如 圖 2.4所 示 ， 在 氣 液 平 衡 線 和 對 角

8、 線 繪 制 成 功 的 基 礎(chǔ) 上 ， 添 加精 餾 段 、 q線 和 提 餾 段 的 數(shù) 據(jù) 到 Excel表 中 。 圖 2.5 精 餾 段 操 作 線 精 餾 段 的 數(shù) 據(jù) 區(qū) 域 進(jìn) 行 精 餾 段 操 作 線 的 繪 制 。 如 圖 2.5。 圖 2.6 q線 由 于 泡 點 進(jìn) 料 ， XF=Xq=0.35， 所 以 q線 為 一 條 豎 直 的 直 線 。 如 圖 2.6。 圖 2.7 提 餾 段 操 作 線 接 著 選 中 提 餾 段 的 數(shù) 據(jù) 區(qū) 域 進(jìn) 行 提 餾 段 操 作 線 的 繪 制 ， 如 圖 2.7。 用 Excel求 理 論 塔 板 數(shù) 和 繪 制 梯

9、級一 、 理 論 塔 板 數(shù) 的 求 取 。 圖 2.8 用 Excel求 取 理 論 塔 板 數(shù) 圖 2.9 精 餾 段 、 提 餾 段 數(shù) 據(jù) 二 、 繪 制 梯 級 圖 2.11 數(shù) 據(jù) 源 對 話 框 在 “ 系 列 ” 標(biāo) 簽 里 點 擊 “ 添 加 ” ， 在 右 面 的 條 形 框 里 分 別 按 框前 面 的 要 求 填 上 精 餾 段 ， 提 溜 段 ， x和 y數(shù) 據(jù) ， 如 圖 2.10和 2.11。 圖 2.10 單 擊 數(shù) 據(jù) 源 圖 2.12 繪 制 出 的 曲 線 的 塔 級 數(shù)此 時 得 到 的 梯 級 是 一 些 彎 曲 的 折 線 ； 選 中 彎 曲 折 線

10、 ， 點 右 鍵 ,在彈 出 來 的 對 話 框 中 選 擇 “ 圖 表 類 型 ” ,如 圖 2.12。 圖 2.13 修 改 后 繪 制 的 塔 板 級 數(shù)如 圖 3.13所 示 把 平 滑 曲 線 改 成 折 點 曲 線 并 “ 確 定 ” 。 圖 2.14 塔 板 級 數(shù) 繪 制 完 成 圖 2.14即 為 繪 制 完 成 的 塔 板 梯 級 ， 由 圖 知 ： 精 餾 段 塔 板數(shù) 為 4塊 ， 提 餾 段 塔 板 數(shù) 為 5塊 （ 不 包 括 再 沸 器 ） 。 2.1.3全 塔 效 率 的 計 算 和 塔 板 數(shù) 的 確 定經(jīng) 驗 式 ： 0.2450.49( )T LE 計 算

11、 結(jié) 果 ： N1=4 （ N1為 精 餾 段 塔 板 數(shù) ） N2=5 （ N2為 提 餾 段 塔 板 數(shù) ） ET=0.4637 （ ET為 全 塔 效 率 ） N p=20 （ Np為 總 塔 板 數(shù) ） 2.1.4精 餾 塔 工 藝 條 件 的 計 算進(jìn) 料 塔 頂 塔 底操 作 溫 度 / 60.68 47.93 75.19操 作 壓 力 /mPa 109.4 101.3 119.3平 均 摩 爾 量 /kg/kmol 126.6 93.89 151.9液 相 密 度 /kg/m3 1429 1270 1481表 面 張 力 /mN/m 23.50 27.74 20.28粘 度 /m

12、Pa s 0.5045 0.3590 0.5135表 2.3 精 餾 塔 物 性 參 數(shù) 表 2.2精 餾 塔 塔 板 的 設(shè) 計 計 算2.2.1塔 及 塔 板 的 主 要 參 數(shù)塔 徑 /m 塔 截 面 積 /m2 降 液 管 寬 度 /m0.9 0.6359 0.153降 液 管 面 積 /m 2 停 留 時 間 /s 堰 長 /m0.0579 21 8.5 0.63表 2.4 塔 及 塔 板 的 主 要 參 數(shù) 2.2.2溢 流 裝 置 的 設(shè) 計 2.2.3塔 板 的 流 體 力 學(xué) 驗 算內(nèi)容 塔 板 壓 降霧 沫 夾 帶漏 液液 泛 精 餾 段 塔 板 負(fù) 荷 性 能 圖 精 餾

13、 段 的 操 作 彈 性 為 ： VS， max/VS， min=2.710 提 餾 段 塔 板 負(fù) 荷 性 能 圖 提 餾 段 的 操 作 彈 性 為 ： VS， max/VS， min=2.786 3.1精 餾 塔 接 管 設(shè) 計 及 塔 高 計 算接 管 進(jìn) 料 管 塔 頂 回 流 管 釜 液 排 出 管 塔 頂 蒸 氣 出 口 管 塔 底 蒸 氣 進(jìn) 口 管管 徑 45mm 3mm 45mm 3mm 89mm 4mm 219mm 6mm 219mm 6mm表 3.1精 餾 塔 接 管 尺 寸 經(jīng) 計 算 ， 塔 總 高 度 H=12.25m 4.1熱 量 衡 算符 號 Q C/kJ/h

14、 QF/kJ/h QD/kJ/h QW/kJ/h QB/kJ/h QR/kJ/h QV/kJ/h數(shù) 值 2.359106 241101.9 49246.3 223296.4 2656045.3 164686.2 2.573106表 4.1熱 量 衡 算 結(jié) 果 表再 沸 器 熱 負(fù) 荷 ： 0.9QB=QC+QW+QD-QF冷 凝 器 熱 負(fù) 荷 ： QC=QV-QD-QR QC冷 凝 器 消 耗 的 熱 量QF進(jìn) 料 熱 量QD塔 頂 餾 出 液 熱 量QW塔 底 殘 液 熱 量QB再 沸 器 提 供 的 熱 量QR回 流 液 熱 量QV0 上 升 熱 量 三 、 附 屬 設(shè) 備 的 計 算

15、 及 選 型3.1冷 凝 器 的 選 型項 目 公 稱 直徑 /mm 管 程 數(shù)NP 排 管 數(shù) n 列 管 尺寸規(guī) 格 500 2 256 192項 目 管 程 流通 面 積/m 2 公 程 壓力 /kPa 換 熱 管長 度L/mm 排 列 方式規(guī) 格 0.0226 2.5 6000 正 方 形錯 列表 3.1 列 管 式 換 熱 器 的 相 關(guān) 參 數(shù) 3.2再 沸 器 的 選 型項 目 公 稱 直 徑/mm 管 程 數(shù) Np 排 管 數(shù) n 列 管 尺 寸規(guī) 格 500 1 275 19 2項 目 管 程 流 通面 積 /m2 公 程 壓 力 換 熱 管 長度 L/mm 排 列 方 式規(guī)

16、 格 0.0486 2.5 4500 正 方 形 錯 列表 3.2 列 管 式 換 熱 器 的 相 關(guān) 參 數(shù) 3.3泵 的 選 型型 號 流 量 m3/h 揚 程 m 轉(zhuǎn) 速r/min 效 率 功 率 w40FMG-40 7.2 39.5 2960 35% 3表 3.3 泵 的 規(guī) 格 五 、 工 藝 流 程 圖 CWS WWSCCWRDL TIC101 FI101 TIC PI LIPIPI101 103 102 102103E102 T101 E103 V104 V101FL 101LI E101P101 102TIC E104 V102 WL 103TI V103 E105 LSE10

17、1 T101 E102 E103 V103原 料 預(yù) 熱 器 精 餾 塔 再 沸 器 塔 頂 冷 凝 器 產(chǎn) 品 槽原 料 泵P101V101原 料 儲 槽 E105冷 卻 器 釜 液 儲 罐V102 塔 頂 液 儲 罐V104 結(jié) 束 語 通 過 半 年 多 的 努 力 ， 在 顧 海 平 教 授 、 祝娟 娟 老 師 的 指 導(dǎo) 和 同 學(xué) 的 幫 助 下 完 成 了 畢 業(yè)設(shè) 計 ， 通 過 本 次 設(shè) 計 ， 一 方 面 培 養(yǎng) 了 自 己 的創(chuàng) 新 意 識 ， 提 高 了 自 己 分 析 問 題 和 解 決 問 題的 能 力 ， 培 養(yǎng) 了 自 己 團(tuán) 隊 合 作 精 神 ； 另 一 方面 極 大 的 拓 寬 了 我 們 的 知 識 面 ， 學(xué) 習(xí) 到 了 書本 上 學(xué) 不 到 的 東 西 ， 這 對 于 一 個 學(xué) 化 工 的 學(xué)生 來 說 是 十 分 重 要 的 。 在 此 謝 謝 所 有 的 老 師 和 同 學(xué) 們 的 幫 助 。 謝 謝 ！