本科生（化工原理）课程设计题 目 二硫化碳-四氯化碳蒸馏分离过程 与精馏塔的设计 学生姓名 指导老师 学 院 化 学 化 工 学 院 专业班级 制药工程1105 完成时间 2013年12月 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指导教师评 分评阅教师评 分设计说明书，40%格式规范设计说明书是否符合规定的格式要求5内容完整设计说明书是否包含所有规定的内容5设计方案方案是否合理及符合选定题目的要求10工艺计算过 程工艺计算过程是否正确、完整和规范20设计图纸，40%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20答辩成绩，20%内容表述答辩表述是否清楚10回答问题回答问题是否正确10100综合成绩 成绩等级 指导教师 评阅教师 答辩小组负责人(签 名) (签 名) (签 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日说明: 评定成绩分为优秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(60)。2011级化工原理课程设计任务书一、 设计题目二硫化碳-四氯化碳蒸馏分离过程与精馏塔的设计二、 设计基础条件1)生产能力：10吨每小时（料液）2)原料组成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩尔分率，下同）3) 产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液5%的二硫化碳4) 操作压力：塔顶压强为常压5) 进料温度：586) 进料状况：自定7) 加热方式：间接蒸汽加热8) 塔板效率: 0.5；9) 建厂地址：湖南长沙地区；10) 其他参数（除给出外）可自选。三、 工作内容及要求（1）单元操作流程设计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。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）；编制物料及热量平衡计算书；绘制物料流程图（PFD）； 绘制带控制点的流程图（PID）(选做)。（2）设备的工艺设计计算主要设备工艺尺寸设计 （1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定过程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；辅助设备选型与计算过程中的机、泵可作为标准设备出现，但要根据计算结果，进行选型说明；设计结果汇总，编制设备一览表。（3）设计说明书及工程图样绘制对设计内容汇总，按规定的格式编写设计说明书；工艺流程简图一张；物料流程图（PFD）一张，要求对管道进行标注；带控制点的流程图（PID）一张(选做)；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）。湖南师范大学化学化工学院化工原理专业课程设计目 录摘要3前言4第一章设计方案简介6 1.1流程的设计及说明6 1.2已知参数7 1.3 选塔依据7第二章设计计算 9 2.1精馏流程的确定9 2.2塔的物料衡算10 2.3塔板数计算11第三章板式塔主要工艺尺寸设计计算16 3.1塔工艺条件及物性数据计算16 3.2精馏塔气液负荷计算20 3.3塔和塔板主要工艺尺寸计算20 3.4筛板的流体力学验算25 3.5塔板负荷性能图29 3.6精馏塔的计算结果总表36第四章精馏塔的附属设备以及接管尺寸39 4.1接管设计39 4.2塔总高度计算 40 4.3热量衡算41 4.4再沸器的选择44 4.5泵的选型44 4.6主要符号说明46参考文献49设计结果评述与小结50致谢51附录53摘要塔设备是化工炼油生产中最重要的设备之一，它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到传质及传热的目的。在化工或炼油生产中，塔设备的性能对于整个产业质量、生产能力、消耗定额及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。据有关资料报道，塔设备的建设费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。本设计的塔形为筛板塔，采用连续精馏。本设计的主要内容包括设备的工艺设计计算物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，工艺流程图，主要设备的工艺条件图。通过对精馏塔的设计计算，得到实际塔板数为20块，其中精馏段有10块，提馏段10块，塔径为1.4 m，塔的有效高度为10.4m，回流比为3.5686。经筛板塔的力学性质算得：精馏段操作弹性为3.430，提馏段操作弹性为3.125。 关键词：板式塔、精馏、负荷性能图前 言蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其沸点不同来实现分离的目的。在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量的驱动下，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组分分离，该过程是同时进行传质和传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（20%40%）、塔板效率（10%50%），而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板(孔径为38mm)和大孔径筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力且满足工艺要求，另外还要有一定的潜力，节省能源，综合利用余热，经济合理。例如冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另一方面影响到所需传热面积的大小，即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理地利用热能等直接关系到生产过程的经济问题。本设计中充分考虑了塔底高温釜液的热量，通过物料衡算和热量衡算，使用两台预热器，一部分利用塔底液的热量，一部分利用水蒸气的热量，对原料液进行加热，大大节约了能源。应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。此外，对于生产过程中泵的选型，考虑到在生产过程中泵可能损坏等因素，在满足条件的情况下安装两台泵，两台泵并联组合，减少了因泵损坏而停止生产所导致的不必要损失。第一章 设计方案简介第二章1.1流程的设计及说明图1-1 工艺流程简图如图1-1所示，原料液经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）。再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝，然后进入回流罐，并将冷凝液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。为了使精馏塔连续的稳定的进行，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