课程设计肖智军
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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。
原料液的摩尔量：
塔底采出液的摩尔量：
塔顶馏出液的摩尔量：
1.2.5精馏塔物料衡算表
表1-1精馏塔物的料衡算表
进料F
出料
塔顶采出D
塔底采出W
组分
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
氯乙烯
262.5263
16401.066
95
259.9676
16241.875
99.95
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。
1.3.3计算最小回流比Rmin，确定实际回流比
利用平衡线（x—y图）求取最小回流比Rmin（泡点进料q=1）
由图得最小截距：XD/(Rmin+1)=0.9663得：Rmin=0.034668
1.3.4确定实际回流比：R=10Rmin=0.35
1.3.5进料量及组成确定
V = L+D =90.98+259.9521
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。
本次设计采用填料精馏塔。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。
误差:
1．3冷凝器物料衡算
1.3.1、操Leabharlann Baidu回流比选取
1.3.1根据设计条件和数据作物系气液平衡线（x—y图）
查阅相关资料，找出物系的气液平衡数据
根据安托因公式:
T／OC
318.6
308.1
300.4
294.4
289.5
285.5
282.1
279.1
276.5
274.2
xi
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
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。
求得原料量： =17264.28 kg/h塔底采出液的摩尔量： =700.59 kg/h
1.2.3计算摩尔量、摩尔分率
由于氯乙烯的分子量为62.5，二氯乙烷的分子量为99
则塔顶馏出液的摩尔组成: D=
进料摩尔组成：
塔底采出液的摩尔组成：
塔顶馏出液的平均摩尔质量： 原料液的平均摩尔质量:
塔底采出液的平均摩尔质量：
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。
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。
六、总结…………………………………………………………………23
七、参考文献…………………………………………………………24
八、致谢………………………………………………………………25
九、附工程图纸…………………………………………………26
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
0.008
0.3503
0.05
二氯乙烷
8.6505
863.214
5
0.052
8.125
0.05
9.0988
900.519
99.95
总计
271.1768
17264.28
100
259.9696
16250
100
9.10683
900.9696
100
总量
Σ进=17264.28kmol/h
Σ出=17150.9696kmol/h
二、设计条件
1、年产氯乙烯：130000吨
2、产品氯乙烯组成：C2H3Cl 99.95% (质量分数，下同)、C2H4Cl2 0.05%
3、原料为20℃冷液体；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
4、总传热系数……………………………………………………11
5、换热面积………………………………………………………12
6、初选管程及单管长度…………………………………………12
7、筒体直径…………………………………………………12
8、数据核算………………………………………………………13
五、设备选型…………………………………………………………18
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他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。
1.1.3原料为20℃的冷液体，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用质量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%
=350.9321 kmol/h
L = RD =0.35×259.9521
=90.98kmol/h
VYD=LXD+DXD
YD=0.9998
冷凝器物料衡算表
表1-2冷凝器物料衡算表
进料V
出料
塔顶采出D
塔底采出L
组分
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
氯乙烯
350.8619
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（Vinyl chloride）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。
90.98
5686.9143
100
总量
Σ进=350.9321kmol/h
Σ出=350.9321kmol/h
二、热量衡算
2.1冷凝器的热量衡算
2.1.1确定塔顶、塔底控制温度
塔底
塔顶
温度T
333.3
压强kPa
350
温度T
274.1
压强kPa
350
组成xW
lgPi
Pi
pixi
yi
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。
21928.868
99.98
259.9001
16243.756
99.98
90.9618
5685.1125
99.98
二氯乙烷
0.0702
6.9498
0.02
0.0595
5.148
0.02
0.0182
1.8018
0.02
总计
350.9321
21935.817
100
259.9500
16248.904
100
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**********
系、专业生化系2011级化学工程与工艺
指导教师胡建明周群贵
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
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%。
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：胡建明周群贵
二O一三年十二月十五日
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，并在查阅技术资料，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。
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
0.6
0.7
0.8
0.9
1
yi
0.492495773
0.709361795
0.822279298
0.887113122
0.925659343
0.953348212
0.972810655
0.984696638
0.994650398
1.002684996
物系的气液平衡数据表(气—液平衡数据)
1.3.2作出平衡线（x—y图）如下:
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)参考资料；(9)致谢；（10）附工程图纸。
1.2冷凝器物料衡算……………………………………………8
三、热量衡算……………………………………………………………10
四、设备设计………………………………………………10
1、流体流径选择…………………………………………………11
2、冷凝器热负荷…………………………………………………11
3、流体两端温度的确定…………………………………………11
原料液的摩尔量：
塔底采出液的摩尔量：
塔顶馏出液的摩尔量：
1.2.5精馏塔物料衡算表
表1-1精馏塔物的料衡算表
进料F
出料
塔顶采出D
塔底采出W
组分
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
氯乙烯
262.5263
16401.066
95
259.9676
16241.875
99.95
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。
1.3.3计算最小回流比Rmin，确定实际回流比
利用平衡线（x—y图）求取最小回流比Rmin（泡点进料q=1）
由图得最小截距：XD/(Rmin+1)=0.9663得：Rmin=0.034668
1.3.4确定实际回流比：R=10Rmin=0.35
1.3.5进料量及组成确定
V = L+D =90.98+259.9521
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。
本次设计采用填料精馏塔。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。
误差:
1．3冷凝器物料衡算
1.3.1、操Leabharlann Baidu回流比选取
1.3.1根据设计条件和数据作物系气液平衡线（x—y图）
查阅相关资料，找出物系的气液平衡数据
根据安托因公式:
T／OC
318.6
308.1
300.4
294.4
289.5
285.5
282.1
279.1
276.5
274.2
xi
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
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。
求得原料量： =17264.28 kg/h塔底采出液的摩尔量： =700.59 kg/h
1.2.3计算摩尔量、摩尔分率
由于氯乙烯的分子量为62.5，二氯乙烷的分子量为99
则塔顶馏出液的摩尔组成: D=
进料摩尔组成：
塔底采出液的摩尔组成：
塔顶馏出液的平均摩尔质量： 原料液的平均摩尔质量:
塔底采出液的平均摩尔质量：
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。
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。
六、总结…………………………………………………………………23
七、参考文献…………………………………………………………24
八、致谢………………………………………………………………25
九、附工程图纸…………………………………………………26
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
0.008
0.3503
0.05
二氯乙烷
8.6505
863.214
5
0.052
8.125
0.05
9.0988
900.519
99.95
总计
271.1768
17264.28
100
259.9696
16250
100
9.10683
900.9696
100
总量
Σ进=17264.28kmol/h
Σ出=17150.9696kmol/h
二、设计条件
1、年产氯乙烯：130000吨
2、产品氯乙烯组成：C2H3Cl 99.95% (质量分数，下同)、C2H4Cl2 0.05%
3、原料为20℃冷液体；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
4、总传热系数……………………………………………………11
5、换热面积………………………………………………………12
6、初选管程及单管长度…………………………………………12
7、筒体直径…………………………………………………12
8、数据核算………………………………………………………13
五、设备选型…………………………………………………………18
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他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。
1.1.3原料为20℃的冷液体，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用质量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%
=350.9321 kmol/h
L = RD =0.35×259.9521
=90.98kmol/h
VYD=LXD+DXD
YD=0.9998
冷凝器物料衡算表
表1-2冷凝器物料衡算表
进料V
出料
塔顶采出D
塔底采出L
组分
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
kmol/h
kg/h
wt%
氯乙烯
350.8619
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（Vinyl chloride）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。
90.98
5686.9143
100
总量
Σ进=350.9321kmol/h
Σ出=350.9321kmol/h
二、热量衡算
2.1冷凝器的热量衡算
2.1.1确定塔顶、塔底控制温度
塔底
塔顶
温度T
333.3
压强kPa
350
温度T
274.1
压强kPa
350
组成xW
lgPi
Pi
pixi
yi
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。
21928.868
99.98
259.9001
16243.756
99.98
90.9618
5685.1125
99.98
二氯乙烷
0.0702
6.9498
0.02
0.0595
5.148
0.02
0.0182
1.8018
0.02
总计
350.9321
21935.817
100
259.9500
16248.904
100
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**********
系、专业生化系2011级化学工程与工艺
指导教师胡建明周群贵
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
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%。
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：胡建明周群贵
二O一三年十二月十五日
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，并在查阅技术资料，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。
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
0.6
0.7
0.8
0.9
1
yi
0.492495773
0.709361795
0.822279298
0.887113122
0.925659343
0.953348212
0.972810655
0.984696638
0.994650398
1.002684996
物系的气液平衡数据表(气—液平衡数据)
1.3.2作出平衡线（x—y图）如下:
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)参考资料；(9)致谢；（10）附工程图纸。
1.2冷凝器物料衡算……………………………………………8
三、热量衡算……………………………………………………………10
四、设备设计………………………………………………10
1、流体流径选择…………………………………………………11
2、冷凝器热负荷…………………………………………………11
3、流体两端温度的确定…………………………………………11