二硫化碳四氯化碳化工原理设计Word格式文档下载.docx

1、CS2-CCl4属理想物系，可采用图解法求理论版层数。1 由手册查得CS2-CCl4的气液平衡数据，绘出x-y图，见图如下：CS2-CCl4的气液平衡数据x（摩尔分数）y（摩尔分数）0.0000 0.0296 0.0823 0.0615 0.1555 0.1106 0.2660 0.1435 0.3325 0.2580 0.4950 0.3908 0.6340 0.5318 0.7470 0.6630 0.8290 0.7571 0.8790 0.8604 0.9320 1.0000 2 求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。在下图中对角线上，自点e（0.3、0.3）做垂线ef即为进

2、料线（q线,q=1），该线与平衡线的交点坐标为Yq= 0.55 xq=0.3 xd=0.3故最小回流比Rmin=XD-yqyq-xq=0.95-0.550.55-0.3=2.67取操作回流比为R=1.4Rmin=1.4*2.09=3.743 求精馏塔的气液相负荷L=RD=3.74*9.12=34.1kmol/hV=（R+1）D=43.23kmol/hL=L+q*F=34.1+30.63*1=64.73kmol/hV=V+（q-1）*F=43.23kmol/h4 求操作线方程精馏段操作线方程为y=LVx + DVXD = RR+1x +1R+1XD=0.789x+0.20提留段的操作线方程为y=

3、L+qFL+qF-Wx - WL+qF-WxW=1.50x-0.0125 图解法求理论版层数 总理论版层数 NT=10.5（包括再沸釜） 进料板位置 NF=62.实际板层数的求取精馏段的实际层数N精=5/NT=5/0.5=10提留段的实际层数N提=5.5/NT=5.5/0.5=11总实际层数 NT=21（四） 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算计算精馏段1. 操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3KPa每层塔板压降 P=0.7KPa进料板压力 PF=PD+P*N精=105.3+0.7*10=112.3KPa精馏段的平均压力Pm=105.3+112.32=108.8KPa2

4、. 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点的温度，其中CS2,CCl4的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程如下：塔顶温度 td=46.5进料板温度 tf=58精馏段平均温度 tm=td+tf2=46.5+582=52.253. 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由XD=Y1=0.95，查平衡曲线得X1=0.9MVDm=0.95*76+（1-0.95）*154=79.9kmol/hMLDm=0.90*76+（1-0.90）*154=83.8kmol/h进料板的平均摩尔质量计算 由图解理论板得yf=0.405 xf=0.225 MVFm=0.405*76+（1-0.405）*

5、154=122.41kmol/h MLFd = 0.225*76+ （1-0.225）*154=136.45kmol/h精馏段的平均摩尔质量MVm=79.9+122.42=101.15kmol/hMLm=83.8+136.452=110.125kmol/h4. 平均密度的计算1 气相平均密度计算由理想状态方程计算，即Vm=Pm*MvmR*Tm=108.8*101.158.314*（52.25+273.15）=4.07kg/m32 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即1lm=i/i塔顶液相平均密度的计算由td= 46.5 ，查手册得 a=1260 kg/m3 b =1295 kg/m3 l

6、dm =1WDA+WbB=10.951260+0.0251295=1063.8 kg/m3进料板的液相平均密度计算由tf=58，查手册得 a=1260 kg/m3 b =1595 kg/m3进料板的液相质量分率 aa=xf*MCS2xf*MCS2+1-xf*MCCI4=0.225*760.225*76+1-0.225*154=0.125 lfm=1aaa+（1-aab）=10.1251260+（1-0.1251595）=1540.8 kg/m3精馏段液相平均密度为 lm=（ldm+lfm）/2=1302.3 kg/m35. 液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即lm=ii塔顶液相平

7、均表面张力的计算由td=46.5，查手册得A= 28.5m N/m B=23.6 m N/m ldm=XD*A+XW*B =0.95*28.5+0.025*23.6=27.665 m N/m进料板液相平均表面张力的计算由tf=58,查手册得A=26.8 m N/m B=22.2 m N/m lfm= XF*A+（1-XF）*B =0.225*26.8+0.775*22.2=23.235 m N/m精馏段的平均表面张力为 Lm=（ldm+lfm）/2=25.45 m N/m6. 液体平均粘度的计算，液相平均粘度的计算，即LgLm=i*lgi塔顶液相平均粘度的计算由td=46.5,查手册得 A=0

8、.33m Pas B=0.71 m Pas LglDm=xd*lgA+xw*lgB=0.95*lg0.33+0.025*lg0.71 解出lDm=0.346进料板液相平均粘度的计算，即由tf=58,查手册得A=0.28 m Pas B=0.64 m Pas Lglfm= xf*lgA+（1-xf）*lgB =0.225*lg0.28+0.775lg0.64 解出lfm=0.531精馏段液相平均表面张力 Lm=（lDm+lfm）/2=0.438（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1.塔径的计算 精馏段的气液相体积流量为VS=V*Mvm3600vm=V*Mvm3600*pm*MvmR*Tm =109.

9、5*8.314*325.253600*113.7=0.732m3/sLS=L*Mlm3600lm=348*110.1253600*1302.3=0.0082 m3/s由Umax=C（L-V）/VC=C20（L20）0.2其中C20由下图查取图的横坐标LhVh（LV）0.5=0.0082*36000.723*3600（1302.34.09）0.5=0.202C20与LhVh（LV）0.5的图（斯密斯关联图）如下取板间距HT=0.40m，板上液层高度HL=0.06m则HT-HL=0.40-0.06=0.34m查上图得C20=0.073 C=C20（L20）0.2=0.073* （25.4520）0

10、.2=1.05*0.073=0.0767Umax= CL-VV=0.0767*（1302.3-4.09）/4.09=1.366m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为U=0.7 Umax=0.7*1.366=0.9565 m/sD=4VsU=4*0.7230.0.9565=0.9624m按标准塔径圆整后为 D=1m塔截面积为AT=4D2=4*1=0.785实际空塔骑速为U=VsAT=0.7230.785=0.92m/s 2.精馏塔的有效高度计算 精馏段有效高度为 Z精=（N精-1）*HT=（10-1）*0.40=3.6m 提馏段有效高度为 Z提=（N提-1）*HT =（11-1）*0.40=4.

11、0m 在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m故精馏段的有效高度为Z=Z精+Z提+H人孔=3.6+4.0+0.8=8.4m（六）塔板主要工艺尺寸的计算 1.溢流装置计算 因塔径D=1m ,可选用单溢流弓形浆液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：1 堰长LW取LW=0.66D=0.66m2 溢流堰高度HW由HW=HL-HOW选用平直堰，堰上液层高度HOW由下式计算，即HOW=2.841000E（LHLW）2/3近似取E=1，则HOW=2.841000E（LHLW）2/3=2.841000* （0.0082*36000.66）2/3=0.036m所以：HW=HL-HOW=0.06-0.036=0.02

12、4m3 弓形降液管宽度Wd 与降液管面积Af由LWD=0.66，查下图得AFAT=0.0732WDD=0.124故Af= 0.0722At=0.0732*0.785=0.0575m2 Wd= 0.124D=0.124m由式=3600AF*HTLH35验算液体在降液管中停留时间，即=3600AF*HTLH=3600*0.0575*0.400.0082*3600= 3.2s3s故降液管设计合理。4 降液管底隙高度HOH0=LH3600LW*U0取U0=0.08m/s则H0=LH3600LW*U0= 0.0082*36003600*0.66*0.08=0.015mHW-HO=0.036-0.015=

13、0.021m0.006m故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度hw=50mm=0.05m 2.塔板布置塔板的分块因为D=1m800mm，故塔板采用分块式。查下表可知，塔板分为3块。塔径m800-1200140016001800-200020002400塔板分块数34562 边缘区宽度确定取Ws=Ws=0.065m, Wc=0.035m3 开孔区面积计算 开孔区面积Aa=2（r2-x2+r2180sin-1xr） 其中x=D2-（Wd+Ws）=0.5-（0.124+0.065）=0.311m r=D2-Wc=0.5-0.035=0.465m故Aa=2（r2-x2+r2180sin-1xr）

14、=2（0.465）2-（0.311）2+（0.465）2180sin-10.3110.465）=0.532m24 筛孔计算及其排列本设计中的物系无腐蚀性，可选用=3mm碳钢板，取筛孔直径d0=5mm。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t=3d0=3*5=15mm筛孔数目n为 n=1.155Aat2=（1.155*0.532）/0.0152=2731个开孔率=0.907（d0t）2=0.907（0.0050.015）2=10.1%气体通过阀孔的气速为 U0=VsA0=VsAa*=0.7230.532*0.101=13.46m/s（七）筛板的流体力学验算1.塔板压降干板阻力hc的计算hc=0.051（

15、u0c0）2（vl）由d0/=5/3=1.67.查干筛孔流量系数得c0=0.773hc=0.051（u0c0）2（vl）=0.051（13.460.773）2（4.071302.3）=0.048m液柱2 气体通过液层的阻力hl计算hl=hLua=VSAT-Af=0.7320.785-0.0575=1.006 m/sF0= uav= 1.0064.07kg0.5/（s*m0.5）=2.029查图充气系数关联图得=0.52故hl=hL=0.52*0.06=0.0312m液柱3 液体表面张力阻力h的计算h=4LLgd0=4*24.45/10001302.3*9.81*0.005=0.00152m液柱

16、气体通过每层塔板的液柱高度hphp=hc+hl+h=0.048+0.0312+0.00152=0.0807 m液柱 气体通过每层塔板的压降PpPp=hp*L*g=0.0807*1302.3*9.81=1031.24pa1.2kpa故设计合理。2.液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和流量均不大，故可以忽略液面落差的影响。3.液沫夹带液沫夹带ev ev=5.7/1000000l（uaHT-hf）3.2 hf=2.5hL=2.6*0.06=0.15故ev=5.7/1000000l（uaHT-hf）3.2=5.7/100000025.45/1000（2.0290.4-0.15）3.2 e

17、v=0.1820.19kg液/kg气故本设计中液沫夹带ev在允许范围内。4.漏液 对筛板塔，漏液点气速u0，min可以由式5-25计算，即u0，min=4.4C00.0056+0.13hl-hl/v =4.4*0.7720.0056+0.13*0.0312-0.001521302.3/4.7=5.102 m/s实际孔速u0=13.46 m/s稳定系数为K=u0u0，min=13.465.102=2.638故在本设计中无明显的漏液5、液泛为防止塔内发生液泛，降液管内层高Hd应服从532关系，即Hd（HT+hw）CS2-CCl4物系属一般物系，取=0.5.则（HT+hw）=0.5（HT+hw）而

18、Hd=hp+h L+hd板上不设进口堰，hd可由下式计算，即hd=0.153（u0）2=0.153*0.082=0.001 m液柱Hd=hp+h L+hd=0.0807+0.06+0.001=0.814m液柱Hd（HT+hw）,故本例中不会发生液泛现象。（八）塔板负荷性能图1漏液线u0，min=Vs，minA0hl=hw+howhow= 2.841000E（LHLW）2/3得.Vs,min=4.4C0A0（0.0056+0.13（hw+（2.84/1000）*E*（Lhlw）2/3-h）lv） =3.025（0.00961+0.114Ls2/3）由上数据作出漏液线12.液沫夹带线以ev=0.1

19、kg液/kg气为限，求Vs-Ls关系如下ev=5.7/1000000l（uaHT-hf）3.2hf=2.5hL=2.6*（hw+how）hw=0.047HOW=2.841000E（LHLW）2/3=2.841000* （Ls*36000.66）2/3=0.88Ls2/3故hf=0.118+2.2Ls2/3HT-hf=0.282-2.2Ls2/3ev=5.7/1000000l（uaHT-hf）3.2=5.7/100000025.45/1000（1.373Vs0.282-2.2Ls2/3）3.2=0.1得Vs=1.29-10.07 Ls2/3在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结

20、果如下：由上表数据可知做出的液沫夹带线23.液相负荷下线限对于平直堰，取堰上液层高度how=0.006m作为最小液体负荷标准HOW=2.841000E（LHLW）2/3=2.841000* （Ls*36000.66）2/3=0.006HOW=0.88Ls2/3得Ls，min=0.00056m3/s据此可以作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线34. 液相负荷上线限以=4s作为液体在浆液管中停留的时间下限=Af*HfLs=4故Ls，max=Af*Hf4=0.4*0.05754=0.00575 m3/s据此可以作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线45.液泛线Hd=（HT+hw）Hd=hp+h L

21、+hd联立得ht+（-1）hw=（+1）how+hc+hd+h忽略h，带入最后整理得a =0.051A0C02（VL）b=ht+（-1）hwc=0.153/（lw*ho）2d=2.82/1000*E*（+1）（3600/lw）2/3代入数据得a =0.051A0C02（VL）= 0.0510.101*0.7732（4.071302.3）=b=ht+（-1）hw=0.5*0.4+（0.5-0.61-1）*0.047=0.148c=0.153/（lw*ho）2=0.153/（0.66*0.032）2=2.82/1000*E*（0.61+1）（3600/0.66）2/3=或Vs2=故在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果如下； 由上数据表即可作出液泛线5根据以上个线方程级数据作出筛板塔的负荷性能图，如下所示在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA,即作出操作线。由图看出，该筛板的Vs，max= Vs，min=故操作弹性为Vs，maxVs，min=所设计筛板塔的主要结果汇于下表