【《1,1,2-三氯乙烷生产工艺的设备选型及设备设计计算》6400字】

，此时氯乙烯氯化反应的选择性最好。（2）中和、水洗过程这个中和、水洗顾名思义就是使用一定浓度的碱液和水来中和溶液的酸碱性和除去杂质，使得到的产物更纯净，首先是将第一个步骤中得到的混合料液转入中和釜，这一步是加入的一定浓度的碱液进行洗涤操作，在中和完成后再完成水洗步骤，静置一段时间等待混合液分层后，将混合液完成脱水干燥过程，杂质也大致去除，最终就会得到粗产品1,1,2-三氯乙烷，以备下一步进行使用。（3）精馏过程将通过之前两个步骤得到的粗产品1,1,2-三氯乙烷送入到到精馏塔中，开始进行多次的蒸馏从而达到蒸馏的目的，然后塔底流出其他组份，经过这一系列的流程操作最后得到纯度很高的的1,1,2-三氯乙烷产品。2设备选型及设备设计计算2.1储罐的设计[11]在设备的选型中，储罐是第一位的，必须在满足生产规模的条件下选择储罐，在工艺条件下对储罐的各个指标也有要求，储罐的设计也必须保证先进性，便于自动化生产和连续化生产操作，在储罐的维护和检修上也必须考虑到简便性和安全性，要使储罐的操作与维护简单化，方便化。最后要考虑经济适用的原则，要在经济方面运行费用低，方便购买和加工，保证经济的条件满足之前的所有前提。本设计要求中的产量为，取塔高与塔径比为：,由上式得，反应储罐的选择装填系数应该小于或等于，则实际的储罐实际体积：由得，由得，（2）由上式计算结果可知，即，。已知圆筒的厚度计算式，式中物理量表示如下，圆筒的厚度，；圆筒计算时的压力，；圆筒的内径，；钢板的许用应力，；焊接接头系数，且有。因为反应过程为常温常压常压，将已知数据代入得，厚度为，常见的厚度是等。已知，其中，物理量含义分别为如下含义：名义厚度，；厚度附加量；是钢板的负偏差；表示的是腐蚀裕量。则原式为：（3）圆筒应力的校核由圆桶应力公式得，圆筒的有效厚度为：，将数据代入上式得，校核应力为：因为，即圆筒的应力为所以根据校核数据可知圆桶应力符合该工艺设计。圆筒反应压力由圆筒反应压力公式得，其中，最大的允许工作压力，；（5）反应圆筒封头计算在本次反应设计中我选用标准的椭圆形封头，椭圆形封头的焊接接头系数。椭圆形封头厚度计算公式为：，代入数据得：则由，代入相关数据可得，反应过程最大应允压力公式为：则由，代相关入数据可得，即2.2精馏塔的选型及及其操作条件的确定在任务书的工艺条件要求下，本次设计选用在国内和国际上技术和工艺生产都比较成熟且应用十分广泛的筛板塔精馏塔，这种精馏塔有很多的优点，比如生产效率高、处理物料能力强、结构简单、经济条件好、在相同条件下成本更低更易于物料的加工等比较显著的优点。2.2.1操作条件的确定①操作温度筛板塔精馏塔的操作温度很重要，塔中的预热器和再沸器都需要控制好热量，而采用蒸汽间接加热预热器和再沸器，采用蒸汽压力为，该压力下蒸汽间接加热可使传热效率提高，有助于反应的进行。②操作压力该反应设计的压力条件可以在常温常压的条件下进行，在考虑操作压力时要考虑设备与物料的性质进行选择，并且考虑经济性和操作工艺性上的合理性，由于反应过程对设备和物料无要求，所以采用常压下进行反应过程。③反应回流比在反应设计中，回流比是精馏操作中很重要的一个步骤，回流比决定了操作费用和设备费用，而回流比的数值大小直接影响了精馏塔的理论塔板数的计算，还影响了设备的选择，是一个很重要的参数，回流比数值的选择直接影响了产品的产率和产品质量。而选择一个适宜的回流比数值非常重要，我选择先计算出该反应过程中的最小回流比，然后通过最小回流比来选择适宜的回流比，通常将最小回流比数值的倍作为实际回流比，所以我选择实际回流比取最小回流比的倍2.3氯化反应阶段设备的计算以计算基准为，则有：（1）氯乙烯储罐氯乙烯进料量是由代入数据得，（2）氯气储罐氯气的进料量是由代入数据得，（3）氯化器该反应过程中，原料混合后的密度，总的进料量是：，，2.4中和反应阶段设备的计算（1）中和反应釜将时间计算基准定为个小时为一个操作周期，此时投入量为：对于中和过程的特点和相关操作要去，该中和反应阶段需要两台中和釜，取其填料系数为，由可以得：2.5计算塔板数（1）液体相对挥发度将反应的精馏过程中的液体看作理想液体，使用二元液体的饱和蒸汽压计算其液体的相对挥发度：液体饱和蒸汽压使用五参数安托因（）方程计算，如下式：其中，为温度；为所计算物料的常数，可从安托因常数表[12]中查取。对于来说，查表得,,，,，。对于，，，，，。当时，将上式数据代入，得：,；,。由上计算数据得，当时，将上式数据代入，得：，；，。由上式计算结果得，由可得（2）最小理论塔板数最小理论塔板数(不计算塔釜)，本计算过程使用芬斯克（）方程求出所需的解，方程如下：将物料衡算数据代入，得：（3）最小回流比代入数据得，即实操回流比为：（4）根据吉利兰关联图近似计算理论板数由关联图可得横坐标为：将数据带入得，又把吉利兰关联式改为：，将带入上边的式子，可得：（5）精馏段理论板数最小理论塔板数（6）实际全塔工作效率全塔效率计算模块使用法，其表达式如下：其中参数所表示的含义如下：全塔效率；相关塔物料平均摩尔粘度，。液体物料的投入的温度为。该这个温度对应平均粘度为：。所以由上述公式计算得：查化工原理（谭天恩编）下册表[13]，查得本次计算总板效率相对值为。做近似计算：（7）实际板数计算本塔的实际塔板数：该反应过程应当取层；其中精馏段反应工段实际塔板数：该反应过程应当取10层。2.6塔板主要尺寸的计算（1）塔径的计算本次课程设计使用Smith法计算塔板的塔径，假设板间距，①精馏阶段塔径的计算由公式得，将数据代入得，通过查化工设计手册[14]可知，使用公式进行修正，取，可得液体的平均张力，将数据代入得，通过公式可得塔板的最大空塔气流速度，代入数据可得最大的空塔流速：安全系数在之间，假设安全系数为即空速为塔径，代入数据得，因为对塔的操作弹性要进行考虑，对结果可进行圆整，圆整后取塔径为m，由公式代入，得：所以横截面积为②提馏工段塔径的计算由公式得,将数据代入得：，通过查图可取。使用公式进行修正，已知，同理得提馏段最大空塔流速代入数据得，代入数据得圆整后塔径取m（2）溢流装置的计算①精馏段的计算堰长：堰高：式中，表示液流收缩系数，查表得，E=1.0降液管宽度：，通过查表得，，，由此得降液管面积：由公式，其中由此得，停留时间：由公式得，将数据代入公式中可得，将数据代入公式中可得②提馏段的计算堰长：堰高：,式中,溢流堰高度：降液管宽度：,其中则,,其中解得停留时间：,将数据代入得由公式可得，将数据代入得：（3）塔板的设计计算①开孔大小面积以公式计算开孔大小面积，其中，已知，，，将其代入得，因为，其中取，则：将以上所有数据代入原式得：②筛板数的求取与计算筛板的厚度常常在工业中选择为，此时为最佳厚度，而筛孔直径一般在工业生产中常见的直径为，一般选择为最佳，而在本次课程设计中采用筛孔直径为。而的选取决定了开孔率的大小，所以综上所述，在各项条件均要符合设计的前提下：，我选择。开孔率：其中，—筛孔总面积，那么有，筛孔数：，代入数据得（4）精馏塔有效高度的计算已知计算公式，将数据代入得：精馏段：提馏段：有效高度：精馏塔塔体的总高度：—塔顶空间的高度，m；—板间距，m；—人孔板间距，m；—进料板的高度，m；—塔底的高度，m；—手孔数即有，，，，塔高：2.7塔板上的流体力学的计算与校核（1）塔板的压降塔板的压降又称作总板压降①干板压降干板的压降根据公式计算，其中，表示孔流系数；表示孔的流速，；因为，查图可得代入数据得，②有效液层阻力的计算动能因子：精馏段：,提馏段：,③塔板的压降精馏段塔板的压降：，将数据代入得，提馏段塔板的压降：，将数据代入得，（2）降液管内液层高度计算①精馏段：为了防止液泛的产生，所以将降液管内液体高度的取值取为：其中，降液管阻力损失为，，将数据代入上式中得，此时，不会发生液泛现象。②提馏段：降液管阻力损失为（3）雾沫夹带在精馏操作工段中，若过大的雾沫夹带的量会导致塔板的效率降低，所以在精馏操作中雾沫夹带得量适量即可。①精馏段：，表示气体通过筛板的速度②提馏段：,所以符合要求。（4）漏液点在这次设计中取稳定系数①精馏段代入数据可得，②提馏段代入数据得即所有塔板的稳定系数均大于1，装置不会发生漏液。2.8精馏过程工艺条件的设计[16]（1）操作压强塔顶的压强，每一层压力降为进料板塔釜的压强精馏段平均操作压强提馏段平均操作压强（2）操作温度在该工段反应过程中将混合液看成理想状态的混合液体，塔顶的轻组分为，此时进料温度是，塔底的重组分是，使用试差法计算混合液体的进料温度。由安托万方程的五个参数分别为：的五个参数分别为①温度为115℃即388K时将数据代入得，解得此时，则有②温度为120℃即393K时将数据代入得，③温度为118℃，即391K时将相关的数据代入得，由此解得，解得，④温度为117℃，即390K时将参数代入得，=2.91解得，=2.51解得⑤温度为116℃即389K代入数据得，由此解得同理可得，=2.5解得⑥温度为118.5℃即391.5K代入数据得，=3.1解得，同理=2.46解得，本次设计选用泡点进料即，由上述计算结果可得，当温度为118.5℃时，则有，精馏段的平均温度为：提馏段的平均温度为：（3）平均摩尔质量的计算①塔顶的摩尔质量将上述所得数据代入二元物系相平衡方程中得，解得②进料摩尔质量将代入相平衡方程中得，③塔釜的摩尔质量将，代入相平衡方程中得，精馏段的平均摩尔质量：提馏段的平均摩尔质量：（4）平均密度的计算[17]①液相平均密度由公式可知，其中的Y是质量分率,A表示，B表示为，且有。将密度数值代入上式中得，解得②进料板处的密度代入数据可得，同理可得，解得③塔釜中的密度已知，将数据代入得，此时由此得综上得精馏段的平均密度为提馏段的平均密度为④精馏段的气相密度精馏时，压力，相对分子量，将数据代入公式得，⑤提馏段的气相密度提馏时，压力，用力代入方程中可得，⑥精馏段的液相密度⑦提馏段的液相密度（5）液体表面张力的计算液体表面张力的公式为，其中a，b为常数，t为温度。1,1,2-三氯乙烷中的1,1,2,2-四氯乙烷中的①当温度114℃时塔顶表面张力此时塔顶物料的表面张力为②当进料温度118.5℃时表面张力此时的表面张力为③塔底出料温度146.5℃表面张力此时表面张力为④精馏段的表面张力⑤提馏段的表面张力（6）液体的黏度的计算液体的黏度计算公式：①当塔顶温度为114℃时，此时平均黏度计算公式为代入数据得，②当塔底温度为146.5℃，此时平均黏度计算公式为代入数据可得③当进料温度为118.5℃时，此时平均黏度计算公式为代入数据可得由上述计算数据，即精馏段平均黏度为：提馏段的平均黏度为：（7）精馏塔工艺条件[18]表2.1精馏塔工艺条件一览表项目压强温度平均摩尔质量（kg/mol）平均密度（kg/m3）平均张力平均密度kPa℃气相液相气相液相（mN/m）（mPa.s）塔顶101.3114133.78132.09/1442.822.010.421进料板102.8116132.88136.33/1458.621.580.437塔釜117.4146.5269.98166.64/1591.320.640.438精馏段103.7115123.9135.612.321450.721.7950.429提馏段111.8131.2201.9150.372.591522.721.1100.438（8）气液相负荷的计算①精馏段使用公式将数据代入可得，由将数据代入得，由公式将数据代入得，②提馏段该反应工段中提馏段采用饱和的液体进料方式，液体进料热状况参数为，,因为q=1，所以代入数据得，2.9气相负荷性能图（1）精馏段①漏液线，②雾沫夹带线，已知，将数据代入可得，，，其中，，代入数据得，此时，解得：③液相负荷上限线为了保证反应过程，降液管内的混合液体应最少降液管内停滞秒，在该设计中我选择停滞时间为秒。由得，代入数据得，④液相负荷下限线一般的取作为液相负荷下限线。已知代入数据可得，当时，可以解得⑤液泛线由公式可知，为常数,代入数据得，将分别带入公式中可得，（2）提馏段①漏液线，②液沫夹带线，已知，将数据代入可得，，，其中，，代入数据得，那么此时，解得：③液相负荷下限线同理液相下限线取作为临界条件代入数据得，当时，解得④液相负荷上限线由公式可得，⑤液泛线由公式可知，为常数,代入数据得，将分别带入公式中可得