肖智军课程设计冷疑器.docx

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肖智军课程设计冷疑器

课程设计（论文）

题目名称氯乙烯-二氯乙烷冷凝器工艺设计

课程名称化工原理

学生姓名肖智军

学号1140902063

系、专业生化系2011级化学工程与工艺

指导教师胡建明

2013年12月28日

一、课程设计任务书……………………………………………3

二、物料衡算……………………………………………………7

1、精馏塔物料衡算…………………………………………7

1.2冷凝器物料衡算……………………………………………8

三、热量衡算……………………………………………………………11

四、设备设计……………………………………………···…···13

1、流体流径选择…………………………………………………13

2、冷凝器热负荷…………………………………………………13

3、流体两端温度的确定…………………………………………13

4、总传热系数……………………………………………………14

5、换热面积………………………………………………………14

6、初选管程及单管长度…………………………………………14

7、筒体直径…………………………………………………15

8、数据核算………………………………………………………16

五、设备选型…………………………………………………………21

六、总结…………………………………………………………………28

七、参考文献…………………………………………………………29

八、致谢………………………………………………………………31

九、附工程图纸…………………………………………………32

2011级化学工程与工艺专业《化工原理》课程设计任务书

设计课题：

氯乙烯-二氯乙烷精馏装置塔顶冷凝器设计

一、课程设计目的

化工原理课程设计是综合运用《化工原理》、《工程制图》、《物理化学》等专业基础课程和其它相关先修课程所学知识，完成以化工单元设计为主的一次工程设计，对学生进行一次设计技能的综合训练，培养学生综合运用所学的知识解决实际问题的能力，也为以后的专业设计和毕业设计打下基础。

因此，化工原理课程设计是提高学生实际工作能力的重要教学环节。

二、设计条件

1、年产氯乙烯：

130000吨

2、产品氯乙烯组成：

C2H3Cl99.95%（质量分数，下同）、C2H4Cl20.05%

3、原料为氯乙烯和二氯乙烷饱和蒸汽；原料组成：

C2H3Cl95%,C2H4Cl25%

4、分离要求：

塔底氯乙烯含量不大于0.05%

三、设计内容

1、物料衡算（精馏塔、冷凝器）

2、冷凝器热量衡算

3、冷凝器热负荷计算

4、冷凝器换热面积计算

5、冷凝器结构型式选择

6、冷凝器结构尺寸、工艺尺寸的设计计算等

7、冷凝器总传热系数的校核

8、冷凝器装配图的绘制

四、设计要求

1、设计方案简介

对产品的性能、用途、工业状况及未来的发展前景进行概括和总结。

对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。

2、工艺设计

选定工艺参数，对单个设备作出衡算示意图，进行物料衡算、热量衡算，以表格形式表达衡算结果，其中的数据（非给定数据）及计算公式（经验公式）必须交待来源（即何种参考书目，并在参考文献中列出）。

3、设备计算

选择设备的结构形式，并说明理由。

进行设备的结构尺寸和工艺尺寸的设计计算。

4、辅助设备选型

典型辅助设备的主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。

5、设计说明书的编写

要求严格按照邵阳学院毕业设计（论文）格式进行编写。

设计说明书应按顺序包括以下内容：

（1）设计说明书封面；

（2）设计任务书；（3）目录；（4）概述（设计方案简介）；（5）工艺计算（物料衡算、热量衡算）；（6）设备设计（主要设备设计、辅助设备设计或选型）；（7）设计总结、评述；（8）参考数据；（9）致谢；（10）附工程图纸。

6、绘制主要设备的装配图

用A1图纸绘制冷凝器装配图（图面应包括设备主视图、俯（左）视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术性能表、技术要求等），要求采用CAD绘制图纸。

指导老师：

胡建明

二O一三年十二月二日

五、概述

课程设计是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践，是培养我们实际动手能力的一个重要环节，是从学生走向工程师必然程序。

通过课程设计能使我们掌握工程设计的基本程序和方法，并在查阅技术数据，选用公式和数据，用简洁的文字、图表表达设计结果及制图等能力方面得到一次基本训练。

在设计过程中我们更应该注重树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。

为我们将来更快的融入社会，更好的适应新的工作提供有力的保障。

本次课程设计仅对氯乙烯—二氯乙烷混合气体的精馏装置进行设计，设计氯乙烯年产量为130000吨。

根据生产要求设计氯乙烯—二氯乙烷精馏装置，精馏是化工生产中分离均相气体混合物的典型单元操作，其历史悠久，应用广泛。

精馏的基本原理是将气体混合物部分汽化、全部冷凝，利用其中各个组分挥发度不同而将其分离。

其本质是液、气相间的质量传递和热量传递。

为使分离彻底，以获得较纯的产品，工业生产中常采用多次部分汽化、多次全部冷凝的方法——精馏。

精馏过程通常是在塔设备内完成的。

冷凝器是精馏过程必不可少的设备。

它承担着将物料冷凝的重要任务。

而固定管板式换热器更是因其具有工艺简单、造价低廉、工艺设计成熟、热效率较高等优点而得到广泛的应用，尤其在很多大工业生产中。

冷凝器同样是一种广泛使用的精馏工艺设备,在炼油,化工行业中是主要的工艺设备之一。

根据换热条件,采用水作为冷却介质,选用列管式换热器.用自来水对热流体冷却属于一侧为恒温流体的传热。

由于传热温差小于50℃，不设置膨胀节。

由于介质为有机质蒸气和水，所以水走壳程，有机质走管程。

原料液为含氯乙烯95%（质量分数，下同）、二氯乙烷5%的混合液，温度为20℃冷液体。

分离要求为塔底氯乙烯含量不大于0.05%，年产量130000（吨）。

氯乙烯又名乙烯基氯（Vinylchloride）是一种应用于高分子化工的重要的单体，可由乙烯或乙炔制得。

为无色、易液化气体，沸点-13.9℃，临界温度142℃，临界压力5.22MPa。

氯乙烯是有毒物质，肝癌与长期吸入和接触氯乙烯有关。

它与空气形成爆炸混合物，爆炸极限4％～22％（体积），在压力下更易爆炸，贮运时必须注意容器的密闭及氮封，并应添加少量阻聚剂。

健康危害：

急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙烯病。

急性中毒：

轻度中毒时病人出现眩晕、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等；严重中毒可发生昏迷、抽搐，甚至造成死亡。

皮肤接触氯乙烯液体可致红斑、水肿或坏死。

慢性中毒：

表现为神经衰弱综合征、肝肿大、肝功能异常、消化功能障碍、雷诺氏现象及肢端溶骨症。

皮肤可出现干燥、皲裂、脱屑、湿疹等。

本品为致癌物，可致肝血管肉瘤。

操作注意事项：

密闭操作，全面通风。

操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。

建议操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴防化学品手套。

远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。

使用防爆型的通风系统和设备。

防止气体泄漏到工作场所空气中。

避免与氧化剂接触。

在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。

搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。

配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

储存注意事项：

储存于阴凉、通风的库房。

远离火种、热源。

库温不宜超过30℃。

应与氧化剂[1]分开存放，切忌混储。

采用防爆型照明、通风设施。

禁止使用易产生火花的机械设备和工具。

储区应备有泄漏应急处理设备。

应急处置

皮肤接触：

立即脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。

就医。

眼睛接触：

提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。

就医。

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，给予输氧。

如呼吸停止，立即进行人工呼吸。

就医。

泄漏应急处理：

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。

切断火源。

建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。

尽可能切断泄漏源。

用工业覆盖层或吸附/吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气体进入。

合理通风，加速扩散。

喷雾状水稀释、溶解。

构筑围堤或挖坑以收容产生的大量废水。

如有可能，将残余气或漏出气用排风机送至水洗塔或与塔相连的通风橱内。

漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

有害燃烧产物：

一氧化碳、二氧化碳、氯化氢。

灭火方法：

切断气源。

若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。

喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。

灭火剂：

雾状水、泡沫、二氧化碳。

操作管理：

密闭操作，全面通风。

操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。

建议操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴防化学品手套。

远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。

使用防爆型的通风系统和设备。

防止气体泄漏到工作场所空气中。

避免与氧化剂接触。

在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。

搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。

配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

储存管理：

储存于阴凉、通风的库房。

远离火种、热源。

库温不宜超过30℃。

应与氧化剂分开存放，切忌混储。

采用防爆型照明、通风设施。

禁止使用易产生火花的机械设备和工具。

储区应备有泄漏应急处理设备。

运输管理：

铁路运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。

采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。

钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。

运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。

装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置，禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。

严禁与氧化剂、食用化学品等混装、混运。

夏季应早晚运输，防止日光曝晒。

中途停留时应远离火种、热源。

公路运输时要按规定路线行驶，禁止在居民区和人口稠密区停留。

铁路运输时要禁止溜放。

本次设计采用冷疑器填料精馏塔。

其优点为：

1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。

2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。

3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。

4．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%～80%，但是比筛板塔高20%～30%。

5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%～80%，但是比筛板塔高20%～30%。

一、物料衡算

1.1、设计依据（已知技术参数和条件）

1.1.1《化工原理》课程设计任务书

1.1.2年产氯乙烯130000吨，根据工业生产中连续生产的特点，取年平均生产时间为8000小时，即小时产量GD为：

130000×103/8000=16250kg/h，本设计以小时产量为计算基准。

1.1.3原料为氯乙烯和二氯乙烷饱和蒸汽，原料组成：

C2H3Cl95%,C2H4Cl25%

1.1.4分离要求：

塔底氯乙烯含量不大于0.05%

1.2精馏塔物料衡算

1.2.1物料衡算示意图

1.2.2用品质分率计算进料量及塔釜采出量

由原料量：

=+

XF=XD+XW

其中XF=96.81%XD=99.98%XW=0.08%

求得原料量：

=17264.28kg/h塔底采出液的摩尔量：

=700.59kg/h