化工原理课程设计分离四氯化碳二硫化碳混合物Word文档格式.docx
《化工原理课程设计分离四氯化碳二硫化碳混合物Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理课程设计分离四氯化碳二硫化碳混合物Word文档格式.docx(47页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
图纸质量
设计图纸的整体质量的全面评价
100
指导教师(签名)
年月日
一、设计任务书
1设计题目
使用板式精馏塔分离二硫化碳32%,四氯化碳68%(摩尔分率,下同)的混合物。
生产过程要求年产纯度为96%的二硫化碳10000吨,釜液中二硫化碳不得高于2.4%。
2操作条件
(1)常压操作;
(2)回流液温度为塔顶蒸汽的露点;
(3)间接蒸汽加热,加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压);
(4)冷却水进口温度30℃,出口温度45℃;
(5)设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。
3塔板类型
筛板塔。
4工作日
每年工作日为300天,每天24小时连续运行。
5厂址
厂址为长沙地区。
6设计内容
(1)单元操作流程设计
①单元操作方案选择及论证。
根据指定的设计任务,查阅相关的资料,对可用的生产工艺进行比较,筛选出技术先进、经济合理、安全可靠的操作流程。
绘制出工艺流程简图,并对之进行详细说明。
②物料及热量衡算计算。
要求对过程中涉及到的物料平衡和能量平衡全部采用手工计算,不得使用各种模拟软件(如Aspen等);
③编制物料及热量平衡计算书;
④绘制物料流程图(PFD)。
(2)设备的工艺设计计算
①过程中所出现的各种设备(包括管线)均采用手工进行工艺设计计算,不得使用各种模拟软件(如Aspen等)获得结果,并编制详细的计算说明书;
②过程中的机、泵可作为标准设备出现,但要根据计算结果,进行选型说明;
③编制设备一览表。
(3)绘制工程图样
①工艺流程简图一张;
②物料流程图(PFD)一张,要求对管道进行标注;
③主体设备装配图一张,其他附属设备使用条件图,不绘制3D效果图。
设计说明书要求用MS-Word编辑,保存为DOC格式;
所有的图纸均用AutoCAD绘制(A4)。
二、正文
1设计方案简介
本设计任务为分离四氯化碳-二硫化碳混合物。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
对板式精馏塔而言,对比浮阀塔、泡罩塔、舌型塔等,因筛板塔结构最简单,造价最低,生产能力大,传质效率高等系列优点,本方案选用筛板塔对四氯化碳-二硫化碳混合物进行连续精馏。
一般,除热敏性物系外,凡通过常压蒸馏能够实现分离要求,并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系,都应采用常压蒸馏。
故本方案采用常压操作。
设计中采用泡点进料,将原料液由储罐经进料泵输送至进料口,再经过预热器,预热器选用120℃的饱和水蒸气作为热流体,逆流操作,将原料液由常温加热至泡点温度后进入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷凝。
冷凝器选用30℃的水作为冷流体,冷却水出口温度为45℃,塔顶蒸汽进入冷凝器后部分冷凝,然后进入储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。
冷凝器在泡点下一部分回流到塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。
该物系属于易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比去最小回流比的2倍。
蒸馏大多采用间接蒸汽加热,设置再沸器。
直接蒸汽加热主要用于轻组分和水的分离,且该操作对釜内溶液起一定稀释作用。
故塔釜采用间接蒸汽加热,设置一虹吸式再沸器,部分釜液经再沸器加热成蒸汽返回精馏塔,其余釜液冷却送到储罐。
为了使精馏塔连续稳定的进行,流程中还要考虑设置原料槽、产品槽和相应的泵。
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,以测量物流的格项参数。
2工艺设计计算工艺计算及主体设备设计
2.1精馏塔流程的确定
本设计任务书为分离四氯化碳-二硫化碳混合液体。
设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比[1,5]的2倍
2.2塔的物料衡算
表2-1二硫化碳和四氯化碳的物理性质
项目
分子式
分子量
沸点(℃)
密度(g/)
二硫化碳
76.14
46.5
1.224
四氯化碳
153.84
76.8
1.448
2.2.1料液、塔顶及塔底产品含二硫化碳的质量分数
2.2.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量
2.2.3物料衡算原料处理量
每小时处理摩尔量
总物料衡算(2-1)
易挥发组分物料衡算
(2-2)
联立(2-1),(2-2)可得:
2.2.4质量恒算
年产量为10000t/a,按300天生产时间计算,则:
∵1388.9=F-W
0.32F=0.96D+0.024W
解得F=3972.9kg/h
W=2584.0kg/h
表2-2物料衡算表基准1h
输入
输出
Kmol
Kg
kmol
kg
进料
55.43
3972.9
馏出液
17.53
1388.9
釜残液
37.90
2584.0
总计
2.3塔板数的确定
2.3.1理论板层数NT的求取
表2-3常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据
液相中二硫化碳摩尔分率x
气相中二硫化碳摩尔分率y
温度/℃
0.3908
0.634
59.3
0.0296
0.0823
74.9
0.5318
0.747
55.3
0.0615
0.1555
73.1
0.663
0.829
52.3
0.1106
0.266
70.3
0.7574
0.879
50.4
0.1435
0.3325
68.6
0.8604
0.932
48.5
0.258
0.495
63.8
1
图2-1二硫化碳与四氯化碳的气液相图
2.3.1.1全塔温度的求取
根据二硫化碳-四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表,用Origin拟合曲线可求全塔温度:
塔顶温度
进料温度℃
塔釜温度
精馏段平均温度℃
提馏段平均温度℃
2.3.1.2气相组成的求取
根据二硫化碳-四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表,用Origin拟合曲线求气相组成:
(1)塔顶处液相组成
(2)进料口处汽相组成
(3)塔釜处汽相组成
2.3.1.3相对挥发度的求解
(1)塔顶处相对挥发度
(2)进料处相对挥发度
(3)塔釜处相对挥发度
(4)精馏段平均相对挥发度℃
(5)提馏段平均相对挥发度℃
(6)平均挥发度
由于两段的相对挥发度差距有点大,所以只能使用平均相对挥发度:
℃
2.3.1.4直线方程的求解
(1)平衡线方程
(2)
q线方程
(3)最小回流比及操作回流比R
依公式:
R=2Rmin=3.364
(4)精馏段操作线方程
(5)提馏段操作线方程
2.3.1.5理论塔板数
根据操作线方程、q线方程及相平衡方程绘图如下:
(将下表改为图2-2)
理论塔板数主板计算表
x
Y
y
精馏段
提馏段
0.9040
0.96
0.2429
0.4498
0.8126
0.9170
0.1752
0.3512
0.6840
0.8465
0.1157
0.2500
0.5373
0.7474
0.07009
0.1611
0.4050
0.6343
0.03863
0.09288
0.3088
0.5323
0.01853
0.04585
图2-2精馏塔塔板数绘图
不同温度下-的气液相点
精馏塔板数的相关坐标点
X
第7块为进料板
塔板总数12块
即:
总理论板数为12,精馏段理论板数为6,第7板为进料板。
2.3.2实际塔板数NT的求取
由奥康内尔[6,11]经验公式可知:
塔顶和塔底的平均温度为:
℃
查表[1]可知:
二硫化碳的μL1=0.282mPa·
s;
四氯化碳的μL2=0.573mPa·
s
此时的相对粘度[2,5]可以近似为进料口的温度下进料口的粘度:
实际塔板数:
NT=12-1=11,精馏段6块,提馏段6块。
精馏段:
N=6/ET=6/0.472=13(层)
提馏段:
=6/ET=6/0.472=13(层)
2.4、塔工艺条件及物性数据计算
2.4.1操作要求的计算
塔顶压力=101.33kPa取每层塔板压降△P=0.7kPa(一般情况下,板式塔的每一个理论级压降约在0.4~1.1kPa),则:
进料板压力:
PF=101.33+130.7=110.43kPa
塔釜压力:
=111.13+130.7=119.53kPa
精馏段平均操作压力:
提馏段平均操作压力:
2.4.2平均摩尔质量计算
塔顶摩尔质量的计算:
由查平衡曲线得:
进料摩尔质量的计算:
由平衡曲线查得:
塔釜摩尔质量的计算:
=0.024=0.0670
精馏段平均摩尔质量:
提馏段平均摩尔质量:
2.4.3平均密度计算
2.4.3.1气相平均密度
由PV=nRT
推出:
(1)精馏段平均气相密度:
(2)提馏段的平均气相密度
2.4.3.2液相密度
表2-5不同温度下-的密度列表
47.65
61.7
75.26
二硫化碳液体密度ρ(kg/m)
1223
1200
1179
四