【正文】 圖 33 圖解法求取塔板數(shù) 實(shí)際板層數(shù)的求?。? 考慮到二氯乙烷與氯乙烯屬于非同類化合物與理想溶液的拉烏爾定律有較大的誤差，故取板效率為 30%。 高沸塔塔板數(shù)的確定 氯乙烯 — 二氯乙烷的汽液相平衡數(shù) 由化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得氯乙烯，二氯乙烷的飽和蒸汽壓如下表 32， 33 所示： 表 32 氯乙烯的飽和蒸汽壓 氯乙烯 40℃ 60℃ 80℃ 100℃ 蒸汽壓 KPa1496 KPa2214 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 24 表 33 二氯乙烷的飽和蒸汽壓 二氯乙烷 40℃ 60℃ 80℃ 100℃ 蒸汽壓 根據(jù)表 32， 33 氯乙烯，二氯乙烷的飽和蒸汽壓，利用泡點(diǎn)方程 000BABPP ppx ??? PxPy A0? 計算出氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡數(shù) 據(jù)如下表 34： 表 34 氯乙烯，二氯乙烷的汽液相平衡數(shù) 溫度 T C0 液相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù) AX 汽相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù) AY 40 60 80 100 圖 32 最小回流比 最小回流比和操作回流比 采用圖解法求最小回流比，在圖的對角線上自 ),(e 作垂線 ef 即為進(jìn)料線 q 線，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為： ?qy ?qx 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 故最小回流比 0 3 )()(m in ???? qqqD xyyxR 故取 操作回流比為 ?R （高沸塔的操作回流比為 ～ ）。進(jìn)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質(zhì)量分?jǐn)?shù)： ω氯乙烯 = %98%100 ????A? ω二氯乙烷 = %2% ????B? 根據(jù)工藝要求，塔頂餾出液組成 %，塔底釜液組成 %，為了計算方便，假定氯乙烯一次性蒸餾完全。查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊得： 塔底出液的平均密度 3855 mKg?? 由化工原理書 20P 得： uqvd ? 一般液體流速為 sm3~ ，氣體流速為 sm30~10 由 hmMWq Wv ????? ?，取 smu 2? 則 mmmuqvd 3600/ ????? 由化工原理書 381P 附錄二十一中查普通無縫鋼管的選用細(xì)則 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 確定選用： mmmm 476 ?? ，其內(nèi)徑為 mmd 68)42(76 ???? 塔底蒸汽進(jìn)料管的選型計算 塔底蒸汽流量 hK mo lVV /39。 ? 開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)面積 aA 由化工設(shè)計書 13P 式 ???????? ??? ? rxrxrxA a 1222 s in1802 ? )(2/)(2/ ??????? sD WWDx mWDr C ????? 故 23 2 )0 9 8 6 2 2 (2 mA a ???? ? 篩孔計算及其排列 由化工設(shè)計書 14P ，可選用 mm3?? 碳鋼板，取篩孔直徑 mmd 5? 。 ? 邊緣區(qū)寬度確定 由化工設(shè)計書 14P ，取 mWmWW CSS ,39。 d)降液管底隙高度 0h ?? 00 3600 ulLh Wh 由化工設(shè)計書 12P 取 smu ? 則 mho ??? ?? ????? hh w 故降液管底隙高度設(shè)計合理。 圖 24 低沸 精餾塔示意圖 塔徑的計算 精餾段的氣，液相體積流率為： smVMV VmVms / 3????? ? smLML LmLms / 3?? ??? ? 由VVLCu ? ?? ??m ax ， 式中 C 按 )20( LCC ?? 計算，其中 20C 由化工設(shè)計書查取，圖的橫坐標(biāo)為： ) ( )( 2/12/1h ????VLhVL ?? 取板間距 mHT ? ，板上液層高度 mhL ? 則： mhH LT ?? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 20C 由化工設(shè)計書查取，得： 20C = 05 ??????????????? LCC ? sm / a x ???? 由化工設(shè)計書取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為： m a x ???? ?? ????? ??? SVD 由化工設(shè)計書 108P ，按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D= 塔截面積為 smDAT / 22 ???? ?? 實(shí)際空塔氣速為： smu /1 0 ?? 精餾塔有效高度計算 精餾段有效高度為： )114(1 ????? THNZ ）（ 精精 提餾段有效高度為： )19(1 ????? THNZ ）（ 提提 故精餾塔的有效高度為 ????? 提精 ZZZ 低沸塔塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 因塔徑 D=，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 所以：精餾段實(shí)際板層數(shù) N 精 =4/≈14 提餾段實(shí)際板層數(shù) N 提 =≈9 低沸塔其他物性數(shù)據(jù)的計算 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算，以精餾段為例進(jìn)行計算。 ???? xxVWxVLy w 理論板層數(shù) 由圖 22 做梯級求得理論塔板數(shù)如圖 23 所示。39。39。 ?? 操作線方程 精餾段操作線方程： ???? xxVDxVLyD 提餾段操作線方程： 39。 低沸塔塔板數(shù)的確定 乙炔 — 氯乙烯的汽液相平衡數(shù) 由化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得乙炔，氯乙烯的飽和蒸汽壓如下表 22， 23： 表 22 氯乙烯的飽和蒸汽壓 氯乙烯 40 C0 20 C0 0 C0 20 C0 蒸汽壓 表 23 乙炔的飽和蒸汽壓 乙炔 40 C0 20 C0 0 C0 20 C0 蒸汽壓 1486Kpa 2635Kpa 4347Kpa 根據(jù)乙炔，氯乙烯的飽和蒸汽壓，利用泡點(diǎn)方程 000BABPP ppx ??? PxPy A0? F= hKmol 乙 炔 氯乙烯 D= hKmol乙 炔 氯乙烯 W= hKmol 乙 炔 氯乙烯 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 計算出乙炔，氯乙烯的汽液相平衡數(shù)據(jù)如下表 24： 表 24 乙炔，氯乙烯的汽液相平衡數(shù) 溫度 T C0 液相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù) AX 汽相中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù) AY 40 20 0 20 圖 22 最小回流比的確定 最小回流比和操作回流比 采用圖解法求最小回流比 ，在圖的對角線上自 e(， )作垂線 ef 即為進(jìn)料線 q 線，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為 , ?? qq xy 則最小回流比 是： ? ? ? ? in ???? qqqD xyyxR 故取操作回流比為 R=8（低沸塔的操作回流比為 5~10） 精餾塔的氣液相負(fù)荷 hK mo lRDL 6 ???? hK m o lDRV )18()1( ?????? hK m o lFLL / 2 44 6 6 139。為了便于計算，假設(shè)一次性把乙炔蒸餾完全。 粗氯乙烯溶液中各組分組成的計算 粗氯乙烯溶液流量為 ht ，則 氯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 90%，即 % ?? ht 乙炔的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%，即 % ?? ht 二氯乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%，即 % ?? ht 水的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 6%，即 % ?? ht 全凝器物料衡算 水W ??? hKmol VCMD ??? hKmol 乙炔D ?? hKmol 二氯乙烷D ?? hKmol 故原料液流量 F= 水W + VCMD 乙炔D + 二氯乙烷D 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 hKm ? ???? 低沸塔的物料衡算 在低沸塔中，主要進(jìn)行氯乙烯和乙炔的分離，而不考慮二氯乙烷的影響。 精餾要求 精氯乙烯含量 %（質(zhì)量比），乙炔含量 ≤%。 低沸塔操作條件 操作壓力（表壓） ，塔 頂溫度 30 C0 ，進(jìn)料板溫度 5 C0 ，塔釜溫度 50 C0 ；回流比 510，單板壓降 aKP ，全塔效率 30%。因此以下精餾塔設(shè)計包括低沸塔與高沸塔設(shè)計。 氯乙烯精餾形式 本章主要以新疆氯堿行業(yè)普遍采用的乙炔法制氯乙烯為例。 （ 1）乙 烷直接氯化 將飽和碳?xì)浠衔镌诓环€(wěn)定的溫度范圍內(nèi)，例如在 1000℃ 下與氯氣反應(yīng)，可生成相當(dāng)量的氯乙烯。這是一條新的工藝路線，有液相法和氣相法，其中液相法比較成熟，其反應(yīng)為： C2H6 + HCl + O2 KCl－ CuCl2－ CuCl2 C2H3Cl + 2H2O 2C2H6 + 2HCl + O2 2C2H3Cl + 2H2O C2H6 + 2HCl + O2 C2H4Cl2 +H2O 這種方法可以省去裂解乙烯的步驟，可直接采用粗氯化烴類作氯源，避免了處理氯化烴的麻煩。 乙烯氧氯化法的主要優(yōu)點(diǎn)是利用二氯乙烷熱裂解所產(chǎn)生的氯化氫作為氯化劑，從而使氯得到了完全利用。 冷凝器 中未被冷凝的部分二氯乙烷及未轉(zhuǎn)化的乙烯、惰性氣體等經(jīng) 溶劑 吸收等步驟回收其中二氯乙烷。這種反應(yīng)器反應(yīng)溫度均勻而易于控制，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，催化劑磨損大。二氯乙烷的選擇性可達(dá) 98%以上。反應(yīng)器有固定床和流化床兩種形式，固定床常用列管式反應(yīng)器，管內(nèi)填充顆粒狀催化劑，原料乙烯、氯化氫與空氣自上而下通過催化劑床層，管間用加壓熱水作熱載體，以移走反應(yīng)熱，并副產(chǎn)壓力 1MPa 的蒸汽。 主要副反應(yīng)為乙烯的深度氧化（生成 一氧化碳 、 二氧化碳 和水）和氯乙烯的氧氯化（生成乙烷的多種 氯化物 ）。塔底為氯乙烯和二氯乙烷的 混合物 ，通過氯乙烯 精餾塔 精餾，由塔頂獲得高純度氯乙烯，塔底重組分主要為未反應(yīng)的粗二氯乙烷，經(jīng)精餾除去不純物后，仍作熱裂解原料。主要副反應(yīng)為： CH2=CHCl→H 2C=CH2 +HCl CH2=CHCl+ HCl→ClCH 3CHCl ClCH2CH2Cl→2CH 2 +2HCl 裂解產(chǎn)物進(jìn)入淬冷塔，用循環(huán)的二氯乙烷冷卻，以避免繼續(xù)發(fā)生副反應(yīng)。反應(yīng)溫度 40～ 110℃ ，壓力 ～ ，乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性均在 99%以上。 （ 1）乙烯氯化 乙烯和氯 加成反應(yīng) 在液相中進(jìn)行： 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 CH2=CH2Cl2→CH 2ClCH2Cl 采用三 氯化鐵 或 氯化銅 等作 催化劑 ，產(chǎn)品二氯乙烷為反應(yīng)介質(zhì)。此法的缺點(diǎn)是一次投資費(fèi)用較大。因此，不需添置分離設(shè)備。 這個方法特別適用于不能得到 電石乙炔和乙烯的地區(qū)，或者是乙炔和乙烯價格較高的地區(qū)。這個方法由下列幾個過程