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
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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
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