产万吨氯乙烯车间精馏段工艺设计

新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）题目年产24万吨氯乙烯车间精馏段工艺设计专业应用化工学生姓名学号小组成员指导教师完成日期新疆工业高等专科学校教务处印制新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）任务书班级专业应用化工技术姓名日期1、论文（设计）题目：年产10万吨氯乙烯车间精馏段工艺设计2、设计（论文）要求：（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）设计任务明确，思路清晰。（4）设计方案的分析论证，原理综述，方案方法的拟定及依据充分可靠。（5）格式规范，严格按系部制定的设计格式模板调整格式。（6）所有学生必须在规定时间交论文初稿。3、设计（论文）日期：任务下达日期完成日期4、指导教师签字：新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）成绩评定报告序号评分指标具体要求分数范围得分1学习态度努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。0—10分2能力与质量调研论证能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，能较好地理解设计任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。0—15分综合能力设计能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价值。0—25分设计（论文）质量计算准确可靠有依据、分析逻辑清晰、正确合理，0—20分3工作量内容充实，工作饱满，符合规定字数要求。绘图(表)符合要求。0—15分4撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，字迹工整，书写格式规范，0—15分合计0—100分评语：成绩：评阅人（签名）：日期：毕业设计（论文）答辩及综合成绩答辩情况自述情况提出问题回答问题答辩小组评语及建议成绩：答辩委员会综合成绩：答辩委员会主任签字：年月日年产10万吨氯乙烯车间精馏段工艺设计学号：091632姓名：曾海潮(新疆工业高等专科学校，乌鲁木齐830091)摘要：氯乙烯又名乙烯基氯，是一种应用于高分子化工的重要的单体，为无色、易液化气体，是塑料工业的重要生产原料，是生产聚氯乙烯塑料的单体；或与醋酸乙烯、丙烯腈制成共聚物，用作粘合剂、涂料、绝缘材料和合成纤维，也用作化学中间体或溶剂。因此氯乙烯的发展前景很好。本文对年产10万吨VC精制工段进行了工艺设计，简单介绍了VC合成工段的生产方法、原理、工艺流程，对主要的设备为参数进行了计算和设计。通过对原料和中间产物及产品的各种性质的分析和氯乙烯单体和合成工段生产原理的了解和掌握，制定出了合理的生产方案及工艺流程。同时以设计任务以及计算机为辅助，对氯乙烯精制工段中的低沸塔进行了物料衡算，热量衡算，塔及其附属设备的计算。最终完成了设计。并绘制了相应的工艺流程图和设备图。关键词：氯乙烯，低沸塔，工艺流程目录1绪论 ③避免接触条件避免受热、光照和接触空气与潮气。1.4氯乙烯的危害及防治氯乙烯是无色易液化的气体，与空气形成可爆炸性混合物，难溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮和二氯乙烷，易聚合。氯乙烯是应用最广泛的树脂聚氯乙烯（PVC）的单体，用于制备聚氯乙烯、偏二氯乙烯，也用于作冷冻剂等。1.4.1职业危害（1）接触机会：在氯乙烯和聚氯乙烯的生产过程中，都有接触氯乙烯的可能，尤其是生产聚氯乙烯的聚合釜的清理，清釜工的慢性氯乙烯中毒可能性最大。应用聚氯乙烯树脂或含有氯乙烯的共聚物熔融后制作各种塑料制品时，释放出氯乙烯单体，有时作业环境空气中的氯乙烯浓度很高，极易引起中毒。（2）中毒临床表现：急性中毒。轻度中毒时，病人出现眩晕、头痛、恶心、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等；严重中毒者，神志不清，或呈昏睡状，甚至昏迷、抽搐，更严重者会造成死亡。1.4.2急性中毒现场处理（1）皮肤接触立即脱去被污染的衣着，用肥皂水和流动清水彻底；中洗皮肤，并就医。（2）眼睛接触立即提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，并就医。（3）吸入迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给吸氧。呼吸及心跳停止者，立即进行人工呼吸和心脏挤压术，并就医。1.4.3预防措施（1）设备密闭氯乙烯制造和聚氯乙烯制造过程中，都必须做好管道的密闭。注意设备的维修和保养，杜绝跑、冒、滴、漏。（2）清釜技改以往聚合釜人工清釜，一釜一清，清釜工要接触大量氯乙烯。技术改造后，聚合釜壁涂防结剂，几十釜甚至上百釜清一次。清釜用高压水()清洗，避免了工人直接接触氯乙烯。（3）抽取单体从聚氯乙烯树脂成品中经冷却真空抽取氯乙烯单体，使成品中的氯乙烯单体含量由原来的1%左右，降到以下。这样使聚氯乙烯成品的热加工中，释放氯乙烯单体的量极大减少，减少了污染和危害。（4）做好个体防护进入聚合釜操作或检修时，必须戴空气呼吸器，严密防护，并加强换班，缩写缩短接触。（5）定期检测氯乙烯作业环境的空气中氯乙烯浓度要定期检测。国家的卫生标准为。（6）做好职业性体检对氯乙烯作业工人应认真进行就业前和定期性(每年一次)体检。1.5氯乙烯的生产方法目前，从国内十大PVC生产商的工艺和原料路线的现状分析，我国PVC生产中乙烯法、电石法和EDC/VCM法基本各占1/3，呈现三足鼎立之势，是世界各大PVC生产国中仅有的兼有乙烯法、电石法、EDC/VCM法3种装置共存的国家。电石法PVC在中国能够生存是有其深刻的历史和现实原因的。由于目前中国PVC生产的原料路线、资源分布和环境要求的不同，尤其是电石法PVC的工艺技术已十分成熟，资源有保证。近几年以来，特别是美国9.11事件以来，随着国际局势的紧张，国际原油、天然气价格暴涨，导致了以乙烯工艺路线的PVC成本增加，从而突显了我国电石法PVC的成本优势。2004年我国的电石法PVC主导了全国的PVC市场，出现了一个暴利时代。于是国内再度掀起了电石法PVC的投资与装置改扩建的热潮。在目前电石法PVC利润空间比较大的时候，新建装置一定要防止低水平的重复建设，要广泛吸收同行业的先进技术和经验，真正做到高起点、高水平。氯乙烯是一种非常重要的化工原材料，主要用来制备聚氯乙烯(简称PVC)树脂，也用于制备偏二氯乙烯、冷冻剂等。全世界9%的氯乙烯单体都用于生产聚氯乙烯，我国目前没有专门的氯乙烯生产企业，所有的氯乙烯装置均与聚氯乙烯装置配套建设，完全一体化。氯乙烯的生产工艺经历了多年的工业生产和工艺改造后，形成了4种主要的生产工艺。工业上合成氯乙烯的方法有：(1)乙炔法；(2)烯炔法；(3)乙烯氧氯化法；(4)乙烷氧氯化法。1.5.1乙炔法氯乙烯的生产方法常用乙炔法，即以一定纯度的氯化氢与一定纯度的乙炔气体以1：1.05～1.1比例充分混合后，在HgCl2触媒作用下，在100～180℃作用下，反应生成氯乙烯。在氯化高汞触媒存在时，乙炔与氯化氢反应生成氯乙烯的反应机理如下：（1）反应方程式：CH≡CH+HCl→CH2=CHCl+124.8kJ/mol乙炔首先与氯化高汞加成生成中间加成物氯乙烯氯汞：CH≡CH+HgCl2→ClCH=CH-HgCl此中间加成物很不稳定，通氯化氢即分解而生成氯乙烯：ClCH=CH-HgCl+HCl→CH2=CHCl+HgCl2所生成的中间产物也可能再与氯化高汞产生加成反应，生成物再分离出氯化亚汞而生成二氯乙烯。但这种可能很小。为保证充分生成氯乙烯，氯化高汞触媒要求通过其的乙炔量为触媒。（2）当混合气中氯化氢过量多时，所生成的氯乙烯能再与过量的氯化氢反应生成1.1—二氯乙烷。CH2=CHCl+HCl→CH3-CHCl2（3）当混合气中乙炔过量多时，则过量的乙炔使氯化高汞催化剂还原成氯化亚汞或金属汞，使触媒失去活性，同时生成副产品二氯乙烯。CH≡CH+HgCl2→ClCH=CH-HgClClCH=CH-HgCl+HgCl2→ClHg-CHCl-CHCl-HgClClHg-CHCl-CHCl-HgCl→CHCl=CHCl+Hg2Cl2或：CH≡CH+HgCl2→Cl-CH-CH-Cl→Hg+ClCH=CHClHg此法以HgCl2做触媒，活性炭作载体，在列管式固定床转化器内进行。乙炔转化率很高，产品纯度高，所需设备不很复杂，工艺流程比较简单，生产技术成熟，因此很适合中、小规模生产，缺点是HgCl2有毒、价格昂贵、成本高。其生产方法又可分为液相法和气相法。液相法不需要高温，但乙炔转化率低，产品分离困难，因此多采用气相法。（1）液相法液相法系以氯化亚铜和氧化铵的酸性溶液为触媒，其反应过程是向装有含12~15%盐酸的触媒溶液的反应器中，同时通入乙炔和氯化氢，反应在60℃左右进行，反应后的合成气再经过净制手续将杂质除去。（2）气相法气相法是以活性炭为裁体，吸附氯化汞为触媒，此法是以乙炔和氯化氢气相加成为基础。反应是在装满触媒的转化器中进行。反应温度一般为120~180℃左右。1.5.2烯炔法此法是以乙烯和乙快同时为原料进行联合生产，它是以下列反应为基础的：C2H4+Cl2→C2H4ClC2H4Cl→C2H3Cl+HClC2H2+HCl→C2H3Cl按其生产方法，可分为：（1）联合法：联合法即二氯乙烷的脱氯化氢和乙炔的加成结合起来的方法。二氯乙烷裂解的副产物氯化氢，直接用作乙炔加成的原料，这免去了前者处理副产物的麻烦，又可以省去单独建立一套氯化氢合成系统，在经济上比较有利。在联合法中，氯乙烯的合成仍是在单独的设备中进行的，所以需要较大的投资。虽然如此，这种方法仍较以上各种方法合理、经济。（2）共轭法（亦称裂解加成一步法）：如上所述，联合法虽然较其它单独生产法合理、经济，但氯乙烯的制备仍在单独的设备中进行，仍需占用很多的设备，所以还不够理想。共轭法就是联合法的基础上进行改进的。此法系同时往一个装有触媒的反应器中加入二氯乙烷和乙炔的混合物，催化热裂解是在230℃以下进行，二氯乙烷裂解是生成的氯化氢立即在20~50秒钟内和乙炔反应，反应的生成物再经进一步的净制处理，以将杂质出去。共轭法最主要的缺点是很难同时达到两个反应的最适宜条件，因而使乙烯与乙炔的消耗量提高。（3）混合气化法：近几年来，在烯炔法的基础上发展了一种十分经济的氯乙烯生产方法混合气化法。这一方法以石脑油和氯气为原料，只得到氯乙烯产品。故不存在废气的利用和同时生产多种产品的问题，可以小规模并很经济地生产出氯乙烯。这个方法由下列几个过程组成：以石脑油的火焰裂解法制造含有乙炔和乙烯的裂解气；裂解气中的烯乙烯不经分离，直接同氯化氢反应制造氯乙烯；裂解气中的烯乙炔不经分离，直接同氯气反应制造二氯乙烷；将二氯乙烷热裂成氯乙烯和氯化氢，并将氯化氢分离，以便能能够在反应（2）中使用。将从上述过程所得的氯乙烯进行合理的分离。这个方法特别适用于不能得到电石乙炔和乙烯的地区，或者是乙炔和乙烯价格较高的地区。由于乙炔和乙烯不需分离、浓缩和净化，没有副产物。因此，不需添置分离设备。原料可综合利用，不需建立大型石油联合企业。此法的缺点是一次投资费用较大。1.5.3乙烯氧氯化法乙烯氧氯化法生产氯乙烯，包括三步反应：第一步乙烯氯化生成二氯乙烷；第二步二氯乙烷热裂解为氯乙烯及氯化氢；第三步乙烯、氯化氢和氧发生氧氯化反应生成二氯乙烷。（1）乙烯氯化乙烯和氯加成反应在液相中进行：CH2=CH2Cl2→CH2ClCH2Cl采用三氯化铁或氯化铜等作催化剂，产品二氯乙烷为反应介质。反应热可通过冷却水或产品二氯乙烷汽化来移出。反应温度40～110℃，压力0.15～0.30，乙烯的转化率和选择性均在99%以上。（2）二氯乙烷热裂解生成氯乙烯的反应式为：ClCH2CH2Cl─→CH2=CHCl+HCl反应是强烈的吸热反应，在管式裂解炉中进行，反应温度500～550℃，压力0.6～1.5；控制二氯乙烷单程转化率为50%～70%，以抑制副反应的进行。主要副反应为：CH2=CHCl→H2C=CH2+HClCH2=CHCl+HCl→ClCH3CHClClCH2CH2Cl→2CH2+2HCl裂解产物进入淬冷塔，用循环的二氯乙烷冷却，以避免继续发生副反应。产物温度冷却到50～150℃后，进入脱氯化氢塔。塔底为氯乙烯和二氯乙烷的混合物，通过氯乙烯精馏塔精馏，由塔顶获得高纯度氯乙烯，塔底重组分主要为未反应的粗二氯乙烷，经精馏除去不纯物后，仍作热裂解原料。（3）氧氯化反应以载在γ－氧化铝上的氯化铜为催化剂，以碱金属或碱土金属盐为助催化剂。主要副反应为乙烯的深度氧化（生成一氧化碳、二氧化碳和水）和氯乙烯的氧氯化（生成乙烷的多种氯化物）。反应温度200～230℃，压力0.2～1MPa，原料乙烯、氯化氢、氧的摩尔比为1.05：2：0.75～0.85。反应器有固定床和流化床两种形式，固定床常用列管式反应器，管内填充颗粒状催化剂，原料乙烯、氯化氢与空气自上而下通过催化剂床层，管间用加压热水作热载体，以移走反应热，并副产压力1的蒸汽。固定床反应器温度较难控制，为使有较合理的温度分布，常采用大量惰性气体作稀释剂，或在催化剂中掺入固体物质。二氯乙烷的选择性可达98%以上。在流化床反应器中进行乙烯氧氯化反应时，采用细颗粒催化剂，原料乙烯、氯化氢和空气分别由底部进入反应器，充分混合均匀后，通入催化剂层，并使催化剂处于流化状态，床内装有换热器，可有效地引出反应热。这种反应器反应温度均匀而易于控制，适宜于大规模生产，但反应器结构较复杂，催化剂磨损大。由反应器出来的反应产物经水淬冷，再冷凝成液态粗二氯乙烷。冷凝器中未被冷凝的部分二氯乙烷及未转化的乙烯、惰性气体等经溶剂吸收等步骤回收其中二氯乙烷。所得粗二氯乙烷经精制后进入热解炉裂解。乙烯氧氯化法的主要优点是利用二氯乙烷热裂解所产生的氯化氢作为氯化剂，从而使氯得到了完全利用。1.5.4乙烷氧氯化法采用特制的熔盐为触媒，使石油裂解气中的乙烷在反应器中进行氧氯化和裂解反应，从而制得氯乙烯。这是一条新的工艺路线，有液相法和气相法，其中液相法比较成熟，其反应为：C2H6+HCl+O2KCl－CuCl2－CuCl2C2H3Cl+2H2O2C2H6+2HCl+O22C2H3Cl+2H2OC2H6+2HCl+O2C2H4Cl2+H2O这种方法可以省去裂解乙烯的步骤，可直接采用粗氯化烃类作氯源，避免了处理氯化烃的麻烦。但该工艺中乙烷的单程转化率很低，仅为28%左右，而且产物复杂，分离起来也很困难。（1）乙烷直接氯化将饱和碳氢化合物在不稳定的温度范围内，例如在1000℃下与氯气反应，可生成相当量的氯乙烯。反应式为：C2H6+2Cl2→C2H3Cl+3HCl（2）乙烷氧氯化反应式为：2C2H6+Cl2+3/2O2→2C2H3Cl+3H2O目前这些方法仅处于实验阶段，工业化方法尚未完成。1.6氯乙烯精馏形式本章主要以新疆氯碱行业普遍采用的乙炔法制氯乙烯为例。乙炔法制备氯乙烯，制备的粗乙烯经液化后，既含有低沸点物C2H2、N2、H2等，也含有高沸点物C2H2Cl2、C2H2Cl2、CH3CHO等，而氯乙烯的沸点位于中间，所以要用两个塔进行分离，先用低沸塔把低沸物分离出来，再用高沸塔把高沸物分离出来，才能得到较纯净的精氯乙烯。因此以下精馏塔设计包括低沸塔与高沸塔设计。2低沸精馏塔工艺设计2.1氯乙烯精馏工序物料衡算的已知条件2.1.1原料成分粗氯乙烯溶液，粗氯乙烯含量90%（质量比），乙炔含量2%，二氯乙烷含量2%，水含量6%。2.1.2低沸塔操作条件操作压力（表压）0.55，塔顶温度30，进料板温度5，塔釜温度50；回流比5-10，单板压降0.7，全塔效率30%。2.1.3高沸塔操作条件操作压力（表压）0.35，塔顶温度20，进料板温度50，塔釜温度30；回流比0.2-0.6，单板压降0.7，全塔效率30%。2.1.4精馏要求精氯乙烯含量99.9%（质量比），乙炔含量≤0.001%。2.2全凝器的物料衡算2.2.1原料成分粗氯乙烯溶液，其中氯乙烯90%（质量比），乙炔2%（质量比），二氯乙烷2%（质量比），水6%（质量比），本次设计要聚氯乙烯的年产量为24万吨/年，一年生产时间为8000h，粗氯乙烯溶液可采用流量为24.48万吨/年，即244800/8000=30.6。2.2.2粗氯乙烯溶液中各组分组成的计算粗氯乙烯溶液流量为30.6，则氯乙烯的质量分数90%，即乙炔的质量分数2%，即二氯乙烷的质量分数2%，即水的质量分数6%，即2.2.3全凝器物料衡算故原料液流量F=++2.3低沸塔的物料衡算在低沸塔中，主要进行氯乙烯和乙炔的分离，而不考虑二氯乙烷的影响。低沸塔进料的原料液中含有氯乙烯27.54t/h，乙炔0.612t/h，求其质量分数：根据工艺要求，塔顶馏出液组成99.9%，塔底釜液组成0.1%。为了便于计算，假设一次性把乙炔蒸馏完全。2.3.1原料液及塔顶，塔底的摩尔分率乙炔的摩尔质量MA=26氯乙烯的摩尔质量MB=62.5进料：塔顶：塔底：2.3.2原料液及塔顶，塔底的平均摩尔质量2.3.3物料衡算原料液处理量：总物料衡算：乙炔的物料衡算：F=F=463.0乙炔0.046氯乙烯0.954D=20.2乙炔0.999氯乙烯0.001W=443.0乙炔0.001氯乙烯0.999图2-1低沸精馏塔表2-1低沸精馏塔物料衡算计算结果组分进料F塔顶D塔底W流量46320.24443由图表2-1可知物料平衡。2.4低沸塔塔板数的确定2.4.1乙炔—氯乙烯的汽液相平衡数由化学化工物性数据手册查得乙炔，氯乙烯的饱和蒸汽压如下表2-2，2-3：表2-2氯乙烯的饱和蒸汽压氯乙烯-40-20020蒸汽压31.5477.90164.4329.5表2-3乙炔的饱和蒸汽压乙炔-40-20020蒸汽压759.2148626354347根据乙炔，氯乙烯的饱和蒸汽压，利用泡点方程计算出乙炔，氯乙烯的汽液相平衡数据如下表2-4：表2-4乙炔，氯乙烯的汽液相平衡数温度T液相中乙炔的摩尔分数汽相中乙炔的摩尔分数-40-200200.71250.98350.33530.90590.15610.74790.15610.4338图2-2最小回流比的确定2.4.2最小回流比和操作回流比采用图解法求最小回流比，在图的对角线上自e(0.046，0.046)作垂线即为进料线q线，该线与平衡线的交点坐标为则最小回流比是：故取操作回流比为R=8（低沸塔的操作回流比为5~10）2.4.3精馏塔的气液相负荷2.4.4操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：2.4.5理论板层数由图2-2做梯级求得理论塔板数如图2-3所示。图2-3图解法求理论塔板数采用图解法求理论板层数结果为：总理论板层数NT=6.6进料板位置NF=5考虑到乙炔与氯乙烯属于非同类化合物与理想溶液的拉乌尔定律有较大的误差，故取板效率为30%。所以：精馏段实际板层数N精=4/0.3≈14提馏段实际板层数N提=2.6/0.3≈92.5低沸塔其他物性数据的计算精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算，以精馏段为例进行计算。2.5.1操作压力计算塔顶操作压力PD=101.3+550=651.3每层塔板压降=0.7进料板压力精馏段平均压力2.5.2操作温度的计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中氯乙烯和乙炔的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算结果如下：塔顶温度：=30进料板温度：=5精馏段平均温度：2.5.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算查平衡曲线得：进料板平均摩尔质量计算由图解理论板得：查平衡曲线得：精馏段平均摩尔质量：2.5.4平均密度的计算a)气相平均密度的计算由理想气体状态方程计算：b)液相平均密度的计算液相平均密度依据下式计算：c)塔顶液相平均密度的计算：由，查化学化工物性数据手册得：d)进料板液相平均密度的计算：由，查化学化工物性数据手册得：进料板液相的质量分率：e)精馏段液相平均密度的计算：2.5.5液相平均表面张力的计算液相平均表面张力依据下式计算：a)塔顶液相平均表面张力的计算：由，查化学化工物性数据手册得：b)进料板液相平均表面张力的计算：由，查化学化工物性数据手册得：c)精馏段液相平均表面张力：2.5.6液体平均黏度的计算液体平均黏度依据下式计算：a)塔顶液相平均黏度的计算：由，查化学化工物性数据手册得：解得：b)进料板液相平均黏度的计算：由，查化学化工物性数据手册得：解得：c)精馏段液相平均黏度的计算：2.6低沸精馏塔的塔体工艺尺寸的计算图2-4为低沸精馏塔示意图。图2-4低沸精馏塔示意图2.6.1塔径的计算精馏段的气，液相体积流率为：由，式中C按计算，其中由化工设计书查取，图的横坐标为：取板间距，板上液层高度则：由化工设计书查取，得：=0.064由化工设计书取安全系数为0.75，则空塔气速为：由化工设计书，按照标准塔径圆整后为D=0.8m塔截面积为实际空塔气速为：2.6.2精馏塔有效高度计算精馏段有效高度为：提馏段有效高度为：故精馏塔的有效高度为2.7低沸塔塔板主要工艺尺寸的计算2.7.1溢流装置计算因塔径D=0.8m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：a)堰长b)溢流堰高度由，选用平直堰，堰上液层高度由化工设计书式近似取E=1，则取板上清液层高度，故c)弓形降液管宽度和截面积由由化工设计书得故验算液体在降液管中停留时间，即故降液管设计合理。d)降液管底隙高度由化工设计书取则故降液管底隙高度设计合理。2.7.2塔板布置塔板的分块由化工设计书，因故塔板采用整块式。边缘区宽度确定由化工设计书，取。开孔区面积计算开孔区面积由化工设计书式故筛孔计算及其排列由化工设计书，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为： 由化工设计书，筛孔数目n为：由化工设计书，开孔率为：气体通过阀孔的气速为：2.8低沸塔接管的选型2.8.1进料管的选型计算进料流量进料的平均摩尔质量进料的平均密度由化工原理书得：一般液体流速为，气体流速为由，取则由化工原理书附录二十一中查普通无缝钢管的选用细则，确定选用：，其内径为2.8.2塔顶气体进入冷凝管的选型计算塔顶气体流量 塔顶气体的平均摩尔质量由，查化学化工物性数据手册得：塔顶气体的平均密度由化工原理书得：一般液体流速为，气体流速为由，取则由化工原理书附录二十一中查普通无缝钢管的选用细则，确定选用：，其内径为2.8.3塔顶回流管的选型计算塔顶回流量 塔顶回流的平均摩尔质量塔顶回流的平均密度由化工原理书得：一般液体流速为，气体流速为由，取则由化工原理书附录二十一中查普通无缝钢管的选用细则，确定选用：，其内径为2.8.4塔底出液管径的确定塔底出液量 塔底出液的平均摩尔质量由于塔底出液含有的氯乙烯，塔底出液的平均密度近似为氯乙烯在的密度。查化学化工物性数据手册得：塔底出液的平均密度由化工原理书得：一般液体流速为，气体流速为由，取则由化工原理书附录二十一中查普通无缝钢管的选用细则确定选用：，其内径为2.8.5塔底蒸汽进料管的选型计算塔底蒸汽流量 塔底蒸汽的平均摩尔质量塔底蒸汽的平均密度由化工原理书得：一般液体流速为，气体流速为由，取则由化工原理书附录二十一中查普通无缝钢管的选用细则，确定选用：，其内径为3高沸精馏塔工艺设计3.1高沸塔的物料衡算在高沸塔中，主要进行氯乙烯和二氯乙烷的分离。进料的原料液中含有氯乙烯，二氯乙烷，原料液中氯乙烯和二氯乙烷的质量分数： ω氯乙烯=ω二氯乙烷=根据工艺要求，塔顶馏出液组成99.9%，塔底釜液组成0.1%，为了计算方便，假定氯乙烯一次性蒸馏完全。3.1.1原料液及塔顶，塔底的摩尔分率氯乙烯的摩尔质量二氯乙烷的摩尔质量进料：塔顶：塔底： 3.1.2原料液及塔顶，塔底的平均摩尔质量 3.1.3物料衡算原料液处理量：总物料衡算：氯乙烯的物料衡算：解出：F=F=437.4kmol/h氯乙烯0.9873二氯烷0.0127D=432kmol/h氯乙烯0.999氯乙烷0.001W=5.40kmol/h氯乙烯0.001氯乙烷0.999图3-1高沸精馏塔表3-1高沸塔物料衡算计算结果组分进料F塔顶D塔底W流量437.44325.40由表3-1可知物料平衡。 3.2高沸塔塔板数的确定3.2.1氯乙烯—二氯乙烷的汽液相平衡数由化学化工物性数据手册查得氯乙烯，二氯乙烷的饱和蒸汽压如下表3-2，3-3所示：表3-2氯乙烯的饱和蒸汽压氯乙烯40℃60℃80℃100℃蒸汽压表3-3二氯乙烷的饱和蒸汽压二氯乙烷40℃60℃80℃100℃蒸汽压根据表3-2，3-3氯乙烯，二氯乙烷的饱和蒸汽压，利用泡点方程计算出氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡数据如下表3-4：表3-4氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡数温度T液相中乙炔的摩尔分数汽相中乙炔的摩尔分数4060801000.55630.28030.11300.00100.93010.77230.48300.0061图3-2最小回流比3.2.2最小回流比和操作回流比采用图解法求最小回流比，在图的对角线上自作垂线ef即为进料线线，该线与平衡线的交点坐标为：故最小回流比故取操作回流比为（高沸塔的操作回流比为0.2～0.6）。3.2.3精馏塔的气液相负荷3.2.4求操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：3.2.5图解法求理论板层数采用图解法，如图3-3所示，求得理论板层数为：总理论板层数NT=6.6，进料板位置NF=2。图3-3图解法求取塔板数实际板层数的求取：考虑到二氯乙烷与氯乙烯属于非同类化合物与理想溶液的拉乌尔定律有较大的误差，故取板效率为30%。所以：精馏段实际板层数N精=1/0.3≈4提馏段实际板层数N提=5.6/0.3≈193.3高沸塔其他物性数据的计算精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算，以精馏段为例进行计算：3.3.1操作压力计算塔顶操作压力每层塔板压降进料板压力精馏段平均压力3.3.2操作温度的计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中氯乙烯和二氯乙烷的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算结果如下：塔顶温度：℃进料板温度：℃精馏段平均温度：℃3.3.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：查平衡曲线得进料板平均摩尔质量计算：由图解理论板得：查平衡曲线得：精馏段平均摩尔质量：3.3.4平均密度的计算a)气相平均密度的计算由理想气体状态方程计算：b)液相平均密度的计算液相平均密度依据下式计算：c)塔顶液相平均密度的计算由℃，查化学化工物性数据手册得：d)进料板液相平均密度的计算：由℃，查化学化工物性数据手册得：进料板液相的质量分率：精馏段液相平均密度：3.3.5液相平均表面张力的计算液相平均表面张力依据下式计算：a)塔顶液相平均表面张力的计算：由℃，查化学化工物性数据手册得：B0进料板液相平均表面张力的计算：由℃，查化学化工物性数据手册得：， c)精馏段液相平均表面张力：3.4高沸精馏塔的塔体工艺尺寸的计算3.4.1塔径的计算精馏段的气，液相体积流率为：由式中C按计算，其中由化工设计书查取，图的横坐标为：取板间距，板上液层高度则：由化工设计书查取得：由化工设计书取安全系数为0.7，则空塔气速为：由化工设计书，按照标准塔径圆整后为：塔截面积为：实际空塔气速为：3.4.2高沸精馏塔有效高度计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为故精馏塔的有效高度为3.5高沸塔塔板主要工艺尺寸的计算3.5.1溢流装置计算因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：a)堰长：由化工设计书取b)溢流堰高度hW：由选用平直堰，堰上液层高度由化工设计书式近似取，则取板上清液层高度故c)弓形降液管宽度和截面积由查化工设计书得，故由化工设计书验算液体在降液管中停留时间，即﹥5s故降液管设计合理。d)降液管底隙高度由化工设计书取则故降液管底隙高度设计合理。3.5.2塔板布置塔板的分块由化工设计书，因，故塔板采用分块式。由化工设计书得，塔板分为3块。边缘区宽度确定由化工设计书，取开孔区面积计算开孔区面积由化工设计书式其中筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，由化工设计书，可选用碳钢板，取筛孔直径.。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 由化工设计书，筛孔数目为：由化工设计书，开孔率为：气体通过阀孔的气速为：3.6高沸塔接管的选型 3.6.1进料管的选型计算进料流量进料的平均摩尔质量进料的平均密度