二硫化碳-四氯化碳化工原理設(shè)計(jì)

1、常壓精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)常壓精儲(chǔ)塔分離CS2-CC4混合物。處理量為4000kg/h ,組成為0.3 （摩爾分?jǐn)?shù)，下同），塔頂流出液組成0.95,塔底釜液組成0.025。設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力4kpa （塔頂表壓）；進(jìn)料熱狀況自選；回流比自選；單板壓降<0.7kpa；全塔效率Et=52% ;建廠地址陜西寶雞。試根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。【設(shè)計(jì)計(jì)算】（1） 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離CS2-CC4混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采 用連續(xù)精微流程。流程的設(shè)計(jì)及說(shuō)明Vn-1降液管JIL- 1Ln回流燧一嗒頂產(chǎn)品（或冷腰為溜出液）加熱水蒸汽再沸器壬冷凝水塔底產(chǎn)品（或殘液）圖1 板式梢鋪

2、塔的匚藝流程的圖設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精儲(chǔ)塔內(nèi)。塔頂上升汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其 余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送到儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比 較小，故操作回流比取最小回流比的1.4倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔 底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。（2） 精儲(chǔ)塔的物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率Mcs2=76 kg/kmolMcci4=154 kg/kmolMf=0.3*M cs2+0.7*M cci4=0.3*76+0.7*154=130.6kg/kmolF=4000130.6kmol/h=30.63 kmol/hXf=0.3Xd

3、=0.95Xw=0.025總物料衡算F=D+WCS2 的物料衡算F*Xf=D*X d+W*X w即30.63=D+W30.63*0.3=0.95D+0.025W聯(lián)立解得D=9.12 kmol/hW=21.51 kmol/h（3） 塔板數(shù)的確定1 .理論塔板層數(shù)Nt的求取CS2-CC4屬理想物系，可采用圖解法求理論版層數(shù)。 由手冊(cè)查得C&-CC4的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖，見(jiàn)圖如下:CS2-CCl4的氣液平衡數(shù)據(jù)x （摩爾分?jǐn)?shù)）y （摩爾分?jǐn)?shù)）0.00000.00000.02960.08230.06150.15550.11060.26600.14350.33250.25800.4950

4、 0.39080.63400.53180.74700.66300.82900.75710.87900.86040.9320 1.00001.0000CS2-CC14I勺氣液平衡數(shù)據(jù)及圖表X求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比。在下圖中對(duì)角線上，自點(diǎn) e （0.3、0.3）做垂線ef即為進(jìn)料線（q線,q=1 ）,該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為Yq= 0.55xq=0.3xd=0.3故最小回流比 Rmin=XD-yqyq-xq=0.95-0.550.55-0.3=2.67取操作回流比為 R=1.4Rmin=1.4*2.09=3.74求精儲(chǔ)塔的氣液相負(fù)荷L=RD=3.74*9.12=34.1km

5、ol/hV=(R+1)D=43.23kmol/hL'=L+q*F=34.1 +30.63*1 =64.73kmol/hV'=V+(q-1)*F=43.23kmol/h求操作線方程精微段操作線方程為y=LVx + DVX d = rr+i x + 依+1 Xd=0.789x+0.20提留段的操作線方程為y'=L+qFL+qF-Wx - WL+qF-Wx w=1.50x-0.012CS2-CC14勺氣液平衡數(shù)據(jù)及圖表圖解法求理論版層數(shù)總理論版層數(shù)Nt=10.5（包括再沸釜）進(jìn)料板位置Nf=62 .實(shí)際板層數(shù)的求取精儲(chǔ)段的實(shí)際層數(shù)N精=5/N t=5/0.5=10提留段的實(shí)際

6、層數(shù)N提=5.5/N t=5.5/0.5=11總實(shí)際層數(shù)Nt=21精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算計(jì)算精餾段1. 操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力PD=101.3+4=105.3KPa每層塔板壓降 P=0.7KPa進(jìn)料板壓力Pf=Pd+ AP*N 精=105.3+0.7*10=112.3KPa精餾段的平均壓力Pm=105.3+112.32=108.8KPa2. 操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)的溫度，其中CS2,CC4l 的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：塔頂溫度td= 46.5進(jìn)料板溫度tf=58精餾段平均溫度tm=td+tf2=46.5+582=52.253.

7、 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由 XD=Y1=0.95 ，查平衡曲線得X1=0.9MVDm=0.95*76+(1-0.95)*154=79.9kmol/hMLDm=0.90*76+(1-0.90)*154=83.8kmol/h進(jìn)料板的平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板得yf=0.405xf=0.225MVFm=0.405*76+ (1-0.405 ) *154=122.41kmol/hMLFd = 0.225*76+ (1-0.225)*154=136.45kmol/h精餾段的平均摩爾質(zhì)量MVm=79.9+122.42=101.15kmol/hMLm=83.8+136.452=110.125

8、kmol/h4. 平均密度的計(jì)算 氣 相平均密度計(jì)算由理想狀態(tài)方程計(jì)算，即 p vm=Pm*MvmR*Tm=108.8*101.158.314*(52.25+273.15 )=4.07kg/m 3 液 相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即 1 p lm= % i/ pi塔頂液相平均密度的計(jì)算由 td= 46.5 ，查手冊(cè)得p a=260 kg/m 3 p =1295 kg/m 3pdm= 1WED)A+Wlbp B =10.951260+0.0251295=1063.8kg/m 3進(jìn)料板的液相平均密度計(jì)算由tf=58C,查手冊(cè)得p a=260 kg/m 3 p =1595 kg/m 3進(jìn)料

9、板的液相質(zhì)量分率aa=xf*MCS2xf*MCS2+1-xf*MCCI4=0.225*760.225*76+1-0.225*154 =0.125a+(1-aalfm=1aab)=10.1251260+(1-0.1251595)=1540.8 kg/m 3精餾段液相平均密度為p lm= ( p ldm+p lfm) /2=1302.3 kg/m 35. 液體平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即(Tlm= % i bi塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由 td=46.5 C,查手冊(cè)得 er a= 28,5m N/m cr b=23.6 m N/m(T ldm=Xd*(ta+Xw* (T B=0,

10、95*28,5+0,025*23,6=27,665 m N/m進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由 tf=58 C ,查手冊(cè)得(ta=26,8 m N/m o b=22,2 m N/m(T lfm = X F* (T a+(1-X F)* (T B=0,225*26,8+0,775*22,2=23,235 m N/m精餾段的平均表面張力為6 Lm=( 6 idm+ 6 lfm )/2=25.45 m N/m6. 液體平均粘度的計(jì)算，液相平均粘度的計(jì)算，即Lg W Lm= X i*lg W i塔頂液相平均粘度的計(jì)算由 td=46.5 C ,查手冊(cè)得區(qū) A=0.33m Pas b=0,71 m PasL

11、g lDm=Xd*lgA+xw*lg 產(chǎn)解出 lDm =0.346進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算，即由 tf=58 C ,查手冊(cè)得區(qū) a=0.28 m Pas b=0.64 m PasLg 區(qū) ifm= xf*lg w A+(1-xf)*lg 區(qū) B=0.225*lg0.28+0.775lg0.64 解出 Wlfm=0.531精餾段液相平均表面張力(1 Lm=( (1 IDm + (1 lfm)/2=0.438(五)精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1. 塔徑的計(jì)算精餾段的氣液相體積流量為Vs=V*Mvm3600 p vm=V*Mvm3600*pm*MvmR*Tm =109.5*8.314*325.25360

12、0*113.7=0.732m 3/sLs=L*Mlm3600 p lm348*110.1253600*1302.3=0.0082 m3/s由 Umax=C( p - p V)/ p VC=C20( oL20)0.2其中C20由下圖查取圖的橫坐標(biāo)LhVh(p L p V)0.5=0.0082*36000.723*3600(1302.34.09)0.5=0.202C20與LhVh ( p Lp)V0.5的圖(斯密斯關(guān)聯(lián)圖)如下取板間距HT=0.40m ，板上液層高度HL=0.06m則 HT-H L=0.40-0.06=0.34m查上圖得C20=0.073C=C20( d20) 0.2=0.073*

13、 (25.4520) 0.2=1.05*0.073=0.0767Umax= C p - p Vp V=0.0767*(1302.3-4.09)/4.09=1.366m/s取安全系數(shù)為 0.7 ，則空塔氣速為U=0.7 Umax=0.7*1.366=0.9565 m/sD=4Vs 兀切4*0.7230.0.956=50.9624m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D=1m塔截面積為At=兀 Q2=兀 4f1=0.785實(shí)際空塔騎速為U=VsAT=0.7230.785=0.92m/s2.精餾塔的有效高度計(jì)算精餾段有效高度為2精=(N精-1) *HT=(10-1)*0.40=3.6m提餾段有效高度為2提=(N 提

14、-1) *Ht = (11-1) *0.40=4.0m在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為 0.8m故精餾段的有效高度為Z=Z 精+Z 提+H 人孔=3.6+4.0+0.8=8.4m(六)塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1 .溢流裝置計(jì)算因塔徑 D=1m ,可選用單溢流弓形漿液管， 采用凹形受液盤(pán)。 各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長(zhǎng) LW取 LW=0.66D=0.66m 溢 流堰高度 HW由 HW=H L-HOW選用平直堰，堰上液層高度HOW 由下式計(jì)算，即HOW=2.841000E(LHLW) 2/3近似取 E=1 ，則HOW=2.841000E(LHLW) 2/3 =2.841000*(0.0082*36000.66

15、) 2/3 =0.036m所以：HW=H L-HOW=0.06-0.036=0.024m 弓 形降液管寬度Wd 與降液管面積Af由LWD=0.66,查下圖得AFAT=0.0732WDD=0.124故 Af= 0.0722At=0.0732*0.785=0.0575mWd= 0.124D=0.124m由式0 =3600AF*HTLH >35驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即0 =3600AF*HTLH=3600*0.0575*0.400.0082*3600= 3.2sA 3s故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度HoH0=LH3600LW*U0'取 U0'=0.08m/s貝 UH0=

16、LH3600LW*U0' = 0.0082*36003600*0.66*0.08' =0.015mHw-Ho=0.036-0.015=0.021m >0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 選用凹形受液盤(pán)，深度 hw'=50mm=0.05m2 .塔板布置塔板的分塊因?yàn)镈=1m>800mm,故塔板采用分塊式。查下表可知，塔板分為3塊。塔徑m800-12001400 16001800-200020002400塔板分塊數(shù)3456邊緣區(qū)寬度確定 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積 Aa=2 (r2-x2+ 兀 r2180sin-1xr)其中 x=D2- (Wd+Ws ) =0.

17、5- (0.124+0.065 ) =0.311mr=D2-Wc=0.5-0.035=0.465m故 Aa=2 (r2-x2+ 兀 r2180sin-1xr)=2 (0.465) 2- (0.311 ) 2+ 兀(0.465) 2180sin-10.3110.465 )=0.532m 2 篩 孔計(jì)算及其排列本設(shè)計(jì)中的物系無(wú)腐蝕性，可選用 S=3mm 碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm 。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t=3d 0=3*5=15mm篩孔數(shù)目 n 為n=1.155Aat 2= (1.155*0.532 ) /0.015 2=2731 個(gè)開(kāi)孔率 d =0.907(d0t) 2=0.907

18、(0.0050.015) 2=10.1%氣體通過(guò)閥孔的氣速為U0=VsA0=VsAa* © =0.7230.532*0.101=13.46m/s( 七 ) 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1. 塔板壓降干板阻力 hc 的計(jì)算hc=0.051 (u0c0) 2 ( p v»l由d0/ S =5/3=1.67.查干篩孔流量系數(shù)得C0=0.773hc=0.051 (u0c0) 2 (pv» 1=0.051 (13.460.773) 2 (4.071302.3)=0.048m 液柱 氣體通過(guò)液層的阻力 hl 計(jì)算hl= B hLua=VSAT-Af=0.7320.785-0.0575=

19、1.006 m/sF0= ua p = 1.0064.07kg 0.5/(s*m 0.5)=2.029查圖充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得”0.52故 hl= B hL=0.52*0.06=0.0312m 液柱液體表面張力阻力h(T的計(jì)算h(T=4(TL p Lgd=4*24.45/10001302.3*9.81*0.005=0.00152m 液柱氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hphp=hc+hl+h er=0.048+0.0312+0.00152=0.0807 m 液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降A(chǔ)Pp Pp=hp* p *g=0.0807*1302.3*9.81 = 1031.24pa<1.2kpa故設(shè)計(jì)合理

20、。2 .液面落差對(duì)于篩板塔， 液面落差很小， 且本例的塔徑和流量均不大， 故可以忽略液面落差的影響。3 .液沫夾帶液沫夾帶 evev= 5.7/1000000 (uaHT-hf) 3.2hf=2.5hL=2.6*0.06=0.15ev= 5.7/1000000 (uaHT-hf) 3.2 =5.7/100000025.45/1000(2.0290.4-0.15)3.2ev=0.182 < 0.19kg 液/kg 氣故本設(shè)計(jì)中液沫夾帶 ev 在允許范圍內(nèi)。4 .漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u(mài)0 ， min 可以由式 5-25 計(jì)算，即U0，min=4.4C00.0056+0.13h iJQv=

21、4.4*0.7720.0056+0.13*0.0312-0.001521302.3/4.7=5.102 m/s實(shí)際孔速u(mài)0=13.46 m/s穩(wěn)定系數(shù)為K=u0u0， min=13.465.102=2.638故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯的漏液5、液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)層高Hd應(yīng)服從532關(guān)系，即Hd制(HT+hw)C0-CC4物系屬一般物系，取小=0.5則小(HT+hw) =0.5 (HT+hw)而 Hd=hp+h L+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰， hd 可由下式計(jì)算，即hd=0.153 (u、0)2=0.153*0.08 2=0.001 m 液柱Hd=hp+h L+hd=0.0807+0.06+0.

22、001=0.814m 液柱Hd<4(HT+hw),故本例中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。(八)塔板負(fù)荷性能圖1 .漏液線U0，min=4.4C00.0056+0.13h l-Kvuo, 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-ha pl V)=3.025(0.00961+0.114Ls 2/3 )由上數(shù)據(jù)作出漏液線12 .液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs-Ls關(guān)系如下ev= 5.7/1000000 (uaHT-hf) 3

23、.2ua=VSAT-Af=0.7320.785-0.0575=1.006 m/shf=2.5hL=2.6*(hw+how)hw=0.047How= 2.841000E(LHLW) 2/3 =2.841000* (Ls*36000.66) 2/3 =0.88Ls 2/3故 hf=0.118+2.2Ls 2/3HT-hf=0.282-2.2Ls 2/3ev= 5.7/1000000 (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在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls 值，依上式計(jì)算出 Vs 值，計(jì)算結(jié)果如下：由上表數(shù)據(jù)可知做出的液沫夾帶線23 .液相負(fù)荷下線限對(duì)于平直堰，取堰上液層高度how=0.006m 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)HOW= 2.841000E(LHLW) 2/3 =2.841000* (Ls*36000.66) 2/3 =0.006How= 0.88Ls2/3得 Ls， min=0.00