化工原理课程设计-1208完成版

《化工原理》课程设计成绩评定栏评定单元评审要素评审内容分值成绩设计文档70%格式规范设计说明书是否符合规定的格式要求10内容完整设计说明书是否包含所有规定的内容10设计方案方案是否合理及符合选定题目的要求20工艺计算过程工艺计算过程是否正确、完整和规范30设计图纸30%图纸规范图纸是否符合规范5标注清晰标注是否清晰明了5与设计吻合图纸是否与设计计算的结果完全一致10图纸质量设计图纸的整体质量的全面评价10100指导教师（签名）年月日目录一、设计任务书..........................................1二、正文................................................31设计方案简介..........................................32工艺设计计算工艺计算及主体设备设计.....................42.1精馏塔流程的确定....................................42.2塔的物料衡算........................................42.2.1料液、塔顶及塔底产品含二硫化碳的质量分数.........42.2.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量.............52.2.3物料衡算原料处理量..............................52.2.4质量恒算........................................52.3塔板数的确定........................................62.3.1理论板层数NT的求取.............................62.3.2实际塔板数NT的求取.............................92.4、塔工艺条件及物性数据计算..........................102.4.1操作要求的计算..................................102.4.2平均摩尔质量计算................................102.4.3平均密度计算...................................112.4.4液体平均表面张力m的计算.......................122.4.5液体平均黏度Lm的计算..........................132.5精馏塔气液负荷计算.................................132.6塔和塔板的主要工艺尺寸的计算.......................142.6.1塔径的计算......................................142.6.2精馏塔高度的计算...............................152.6.3塔板主要工艺尺寸的计算...........................182.7筛板的流体力学验算.................................212.7.1气体通过筛板压降相当的液柱高度..................212.7.2液面落差.......................................232.7.3雾沫夹带量Ve的验算.............................232.7.4漏液的验算.....................................232.7.5液泛...........................................242.8塔板负荷性能图.....................................242.8.1精馏段.........................................242.8.2提馏段：.......................................273辅助设备的计算及选型..................................303.1接头管设计........................................303.2热量衡算...........................................313.2.1加热介质的选择.................................313.2.2冷凝剂的选择...................................313.2.3热量衡算.......................................313.3换热器的选择.......................................343.3.1预热器的选择...................................353.3.2冷凝器的选择...................................363.3.3再沸器的选择....................................393.4泵的选型...........................................403.5贮罐的计算.........................................424设计一览表...........................................425附表................................................443三、参考文献..........................................455四、后记及致谢.........................................46五、附录（图）.........................................461一、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；2②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）。3二、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4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。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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/3cm)二硫化碳2CS76.1446.51.224四氯化碳4CCl153.8476.81.4482.2.1料液、塔顶及塔底产品含二硫化碳的质量分数012.084.153)024.01(14.76024.014.76024.0922.084.153)96.01(14.7696.014.7696.0189.084.15332.0114.7632.014.7632.0FWDxxx）（52.2.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量kmolkgkmolkgkmolkg/89.15184.153024.0114.76024.0M/52.7984.15396.0114.7696.0M/98.12884.15332.0114.7632.0MWDF）（）（）（2.2.3物料衡算原料处理量每小时处理摩尔量hkmol/53.1779.2524003101D7总物料衡算FWD(2-1)32.0Fx96.0Dx024.0Wx易挥发组分物料衡算WDFxxxWDF(2-2)联立(2-1)，(2-2)可得：hkmolhkmolxxxx/37.90DFW/55.43DFWFWD2.2.4质量恒算年产量为10000t/a，按300天生产时间计算，则：hkgD/9.13882430010100003＝∵1388.9＝F-W0.32F＝0.96D＋0.024W解得F＝3972.9kg/hW＝2584.0kg/h表2-2物料衡算表基准1h输入输出项目KmolKg项目kmolkg进料55.433972.9馏出液17.531388.9釜残液37.902584.0总计55.433972.955.433972.962.3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