二硫化碳-四氯化碳的化工原理設(shè)計(jì)

1、常壓精儲塔的設(shè)計(jì)常壓精福塔分離CS2CC14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:操作壓力進(jìn)料熱狀況回流比單板壓降全塔效率建廠地址4kpa（塔頂表壓）;自選；自選；W0.7kpa：Et=52%；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-CC14混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精憎流程。流程的設(shè)計(jì)吸說明料進(jìn)冷凝器Vn塔頂產(chǎn)品（或冷凝為溜出液）回流建加熱水蒸汽再沸器、/冷流水L'm）塔底產(chǎn)品（或殘液）圖1板式粘銀塔的工藝流程簡圖

2、設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精憎塔內(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)冷卻后送至儲罐。（2） 精儲塔的物料衡算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率Mcs2=76kg/kmolMcci4=154kg/kmolMp=0.3*Mcs2+0.7*Mcci4=0.3*76+0.7*154=130.6kg/kinolF=-kmol/h=30.63kmol/h130.6/Xf=0.3Xd=0.95Xw=0.025總物料衡算

3、cs2的物料衡算即聯(lián)立解得（三）塔板數(shù)的確定F=D+WF*Xf=D*Xd+W*Xw30.63=D+W30.63*0.3=0.95D+0.025WD=9.12kmol/hW=21.51kmol/h1 .理論塔板層數(shù)Nt的求取CS2CC14屬理想物系，可采用圖解法求理論版層數(shù)。由手冊查得CS”CC14的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出xy圖，見圖如下:CS2-CC14的氣液平衡數(shù)據(jù)X（摩爾分?jǐn)?shù)）y（摩爾分?jǐn)?shù)）0.00000.00000.02960.08230.06150.15550.11060.26600.14350.33250.25800.49500.39080.63400.53180.74700.66300

4、.82900.75710.87900.86040.93201.00001.0000CS2-CC14的氣液平衡數(shù)據(jù)及圖表求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比。在下圖中對角線上，自點(diǎn)e（0.3、0.3）做垂線ef即為進(jìn)料線（q線,q=l）,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=*D_yq=o95_os5=2.67yq-xq0.55-0.3取操作回流比為R=1.4Rmin=1.4*2,09=3.74求精儲塔的氣液相負(fù)荷L=RD=3.74*9.12=34.1kmol/hV=(R+l)D=43.23kmol/hL'=L+q*F=34.1+3

5、0.63*l=64.73kmol/hV=V+(q-l)*F=43.23kmol/h求操作線方程精微段操作線方程為y=-x+-Xd=x+Xd=0.789x4-0.20JVVR+lR+l提留段的操作線方程為y'=-KFxXw=1.50x-0.012JL+qF-WL+qF-WCS2-CC14的氣液平衡數(shù)據(jù)及圖表X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)的求取精怖段的實(shí)際層數(shù)N精=5/Nt=5/0.5=10提留段的實(shí)際層數(shù)N提=5.5/Nt=5.5/0.5=11總實(shí)際層數(shù)Nt=21（四）精僧塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算計(jì)算精福段1 .操作壓

6、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=1053+0.7*10=1123KPa精微段的平均壓力Pm=i°S3；i2.3=i088KPa2 .操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)的溫度,其中CS&CC14的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程如下：塔頂溫度td=46.5進(jìn)料板溫度tf=58精鐳段平均溫度吧=i£i=52.25C223 .平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由Xd=Yi=0.95,查平衡曲線得Xi=0.9MvDm=0.95*764-(l-0.95)*154=

7、79.9kmol/hMLDm=0.90*764-(l-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/hMiFd=0.225*764-(l-0.225)*154=136.45kmol/h精僧段的平均摩爾質(zhì)量Mvm=7*9：224=ioii5km0/hMLm=83,836,45=110.125kmol/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,=4.07kg/m3Pm*Mvm_108.8*101.15RTm8.314*(52.25+273.1

8、5)液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即點(diǎn)=£ai/pi塔頂液相平均密度的計(jì)算由td=46.5°C,查手冊得pa=1260kg/m3pb=1295kg/m3pldmwb=o0.0251063.8kg/m3pZ+pF1260+129S進(jìn)料板的液相平均密度計(jì)算由tf=58,查手冊得pa=1260kg/m3pb=1595kg/m3進(jìn)料板的液相質(zhì)量分率3axf-MCS2xf*MCS2+(l-xf)*MCCZ40225-760.225*76+(1-0.225)*154=0.125=(o.i25)/q-0.125八=1540.8kg/m311260廣(1595)精偏段液相平均密度

9、為plm=(pldm+pIfm)/2=1302.3kg/m35 .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。hn=£力0塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由td=46.5°C,查手冊得Oa=28.5mN/mOb=23.6mN/mCJldm=XD*Oa+Xw*。B=0.95*28.54-0.025*23.6=27.665mN/m進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由tf=58C查手冊得。a=26.8mN/mOb=22.2inN/mOXr*Oa+(1-Xf)*Ob=0.225*26.8+0.775*22.2=23.235mN/m精儲段的平均表面張力為OLm=(OIdm+Olftn)/

10、2=25.45IDN/m6 .液體平均粘度的計(jì)算，液相平均粘度的計(jì)算，即LgyLm=Zxi*IgRi塔頂液相平均粘度的計(jì)算由td=465C,查手冊得pA=0.33mPaspb=0.71mPasLgpiDm=Xd*lgPA+XW*lgJJB=0.95*lg0.33+0.025*lg0.71解出口lDm=0.346進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算，即由tf=58,查手冊得pa=0.28mPaspb=0.64mPasLgPlfm=Xf*lgpA+(1-Xf)*lgpB=0.225*lg0.28+0.7751g0.64解出口ifm=0.531精憎段液相平均表面張力PLm=（PlDm+|Jlfm）/2=0.43

11、8（五）精飾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算精儲段的氣液相體枳流量為_Vr*Mvm_V*MvmVs=3600pvm=3600*Pm*M“mRTm109.5*8.314*325.25-rcr2,=0.732m3/s3600*113.7,L*Mlm348*110.125nnnOQ3/Ls=-=0.0082m3/s3600plm3600*1302.3'由Umax=cy（pL-pV）/pVC=C2。（費(fèi)）02其中C2o由下圖查取圖的橫坐標(biāo)生（匹）0.5VhpV二°008236°°（13023）n，=o0.723*3600I4.09）C2。與關(guān)喘）。5的圖（斯密斯

12、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-HL=0.40-0.06=0.34m查上圖得C2o=O.O73C=C2o()°-2=0.073*()0-2=1.05*0.073=0.0767Umax=Cpv=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=0.7Umax=0.7*1.366=0.9565m/sD=盾?=4皿723=。9624m7LrUyltt0.0.9565j按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=lm塔截面積為At=-D2=-*1=0.78544實(shí)際空塔騎速為U=0.92m/sAT0.785'2

13、.精鐳塔的有效高度計(jì)算精儲段有效高度為2精=(N精1)*HT=(10-l)*0.40=3.6m提儲段有效高度為2提=(N提1)*Ht=(11-1)*0.40=4.0m在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m故精微段的有效高度為Z=Z精+Z提+H人孔=3.6+40+08=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=lm,可選用單溢流弓形漿液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:堰長Lw取Lw=0.66D=0.66m溢流堰高度Hw由Hw=Hl-How選用平直堰，堰上液層高度How由下式計(jì)算，即How嗇（部/3近似取E=l,則2.84/z0.0082*3600.oHow=E（一）2/3

14、=*（）2/3=0.036m1000100010.667所以：Hw=HL-How=0.06-0.036=0.024m弓形降液管寬度Wd與降液管面積4由孑0.66,查下圖得AC=0.0732ATWD-=0.124D故Af=O.O722At=0.0732*0,785=0.0575m2Wd=0.124D=0.124m由式e=出萼空235驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即Ln0.0082*3600LHq3600AF*HT3600*0.0575*0.4032s>3S故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度HoHo=LH3600LV7*t/0'取Uo、=O.O8m/s則Ho=LH3600LW京U0000

15、82*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，深度hw'=50mm=0.05m2,塔板布置塔板的分塊因?yàn)镈=lm>800mm,故塔板采用分塊式。查下表可知，塔板分為3塊。塔徑m800-1200140016001800-200020002400塔板決也3456邊緣區(qū)寬度確定取Ws=Ws'=0.065m,Wc=0.035m開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積Aa=2(7(r2-x2)d-sin-1)其中x=2.(Wd+Ws)=0.5-(0.124+0.065)=

16、0.311m2r=-Wc=0.5-0.035=0.465m2故Aa=2(-/(r2x2)+sin-1-)v180r=2(J(0,465)2-(0,311)2)+si黑|)=0.532m2篩孔計(jì)算及其排列本設(shè)計(jì)中的物系無腐蝕性，可選用b=3mm碳鋼板，取篩孔直徑do=5mm0篩孔按正三角形排列，取孔中心距t=3do=3*5=15mm篩孔數(shù)目n為n=i.i55AQ=(1.155*0.532)/0.0152=2731個(gè)開孔率=0.907(y)2=0,907(|)2=10.1%氣體通過閥孔的氣速為11PsVs0.723/Uo=13.46m/sAOAq*(P0.532*0.101'(七)篩板的流

17、體力學(xué)驗(yàn)算1.塔板壓降干板阻力he的計(jì)算hc=0.051()2(空)cOpl由do/6=5/3=1.67.查干篩孔流量系數(shù)得co=O.7731cc-/zwOx令八八1/z13.46x.z4.07、hc=0.051()2J)=0.051()2()COpl0.7731302.3=0.048m液柱氣體通過液層的阻力hl計(jì)算hl=phLua=vsAT-Af0.7320.785-0.0575=1.006m/sF0=Ayfpv=1.OO6/4.O7kgo5/(s*mo,5)=2.O29查圖充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得B=0.52故hl=BhL=0.52*006=0.0312m液柱液體表面張力阻力ho的計(jì)算ho=4*2

18、445/】。=。152m液柱pLgdO1302.3*9.81*0.005氣體通過每層塔板的液柱高度hPhp=hc+hl+h。=0.0484-0.0312+0.00152=0.0807m液柱氣體通過每層塔板的壓降PpPp=hp*pL*g=0.0807*1302.3*9.81=1031.24pa<1.2kpa故設(shè)計(jì)合理。2.液面落差對于篩板塔，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ev5.7/1000000zua、ev=()32al、HT_h/hf=2.5hL=2.6*0.06=0.15故村_5.7/1000000(uax32_5.7/10000

19、00.2.029al25.45/1000%.4-0.15ev=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.漏液對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速Uo,min可以由式525計(jì)算，即Uo.min=4.4CoJ(0.0056+0.13八/九o)P/Pv=4.4*0.772V(0-0056+0-13*0.0312-0.00152)1302.3/4.7=5.102m/s實(shí)際孔速u0=13.46m/s穩(wěn)定系數(shù)為K=2.638u0,min5102故在本設(shè)計(jì)中無明顯的漏液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<<p(Hr+hw)CS2-CCI4物

20、系屬一般物系,取叩=05則<p(Hj+hw)=0.5(Ht+Iiw)而Hd=hp+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即hd-0.153(u0)2-0,153*0.082-0.001m液柱Hd=hp+hL+hd=0.0807+0.06+0.001=0.814m液柱Hd<(p(HT+hw),故本例中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。(A)塔板負(fù)荷性能圖1.漏液線uo.min=4.4Co7(O.OO564-0.13/i；-/icr)p|/pvVs9minUo.min=AOhl=hw+how12.84廠,L/fhow=E()2/31000.Vs,min=4.4CoAo>/(O.OO56+0

21、.13(hiv+(2.84/1000)*E*(-)2/3-ha)9的=3.0257(0.00961+0.114Ls)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VsLs關(guān)系如下)325.7/1000000,uaev=(alKHT-hfVS0.732=1.006m/sua=AT-Af0.785-0.0575hf=2.5hL=2.6*(hw+how)hw=0.0472.84rLH.284*/Ls*3600、nOOT9/,How=E()2/3=*()2/3=o.88Ls2/310001000'0.667故hf=0.118+2.2Ls2/3HThf=0.2822.2Ls2/35.7/1000000,ua、，今5.7/1000000.1.3737sev=()32=_：()32=01alyHT-hfy25.45/1000v0.282-2.2Ls2/37得Vs=l.2910.07Ls2/3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)2.84rLH.2.84+/Ls*3600、nc(How=E()2/3=*()2/3-0.00610001000'0.667How=0.88Ls2/3得Ls