苯-氯苯精馏计算部分

1 苯 工程设计本身存在一个多目标优化问题，同时又是政策性很强的工作。设计者在进行工程设计时应综合考虑诸多影响因素， 使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。 （ 1）满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控 制生产过程。 （ 2）满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。 （ 3）保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然 的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。 精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较 2 大，因而无须采用特殊精馏。 （ 2）操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。 （ 3） 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在苯和氯苯这种黏度 不大的分离工艺中有很好表现。 （ 4）加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。 苯和氯苯的相对摩尔质量分别为 0 0 9 8 2/8 8 0 0 2 8 2/ 精馏段平均液相组成 7 3 DF 提馏段平均液相组成 WF k g / k m o k g / k m o 3 k g / k m o 20 0 2 8 2 8 依题给条件：一年以 300 天，一天以 24 小时计，有： . 7 3 k m o l/243 0 2/1053 0 024/ 0 0 0 73 氯苯 0 2 8 l/l/ l 论塔板数 求取 苯 用逐板计算法求取 步骤如下： 氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取 依据 /，tA o，将所得计算结果列表如下： 表 饱和蒸汽压关系图 温度，（ ） 80 90 100 110 120 130 和蒸汽压 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 两相摩尔分率 x 1 y 1 本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对 平衡关系的影响完全可以忽略。 4 定塔内组成的平均相对挥发度 由（ 1）中的气液相平衡数据用插值法计算进料温度顶温度底温度t 其中 解得 同理可得 t , t . 馏t , 馏t 由 其中查得苯的 :B： 1211 C:入 所对应的 由 （ ()1/(/xx 9 2 ()1/(1 8 ()1/(1 1 ()1/( 5 最终确定 :精馏段平均相对挥发度 6 5 提馏段平均相对挥发度 5 2 全塔 5 8 定平衡线方程及回流比 由1(1 得 平衡线方程为：由于泡点进料， q=1： (1, ，而 x 。故有： 6 i n xy 考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的 ，即： m i n 定操作线方程 由 确定精馏段操作线方程为： xR 0 0 1 9 ()1(1 板计算确定理论塔板数q=1， Fq 取： 第二块板上升的气相组成由精馏段方程求取： 9 6 2 第二块板下降的液体组成 7 9 如此反复计算得 0 xyx 7块板上升的气相组成由提馏段操作方程计算 6 3 1 9 1 9 7 第七块板下降液体组成 2 1 3 . 反复计算得： 7 0 0 5 3 3 4 1 2 6 5 111 计算： 所需总理论塔板数 11块，第 6块加料，精馏段需 5块板，提馏段需 5块板 . 即 1055,5,521 1 11 块 22 块 所以全塔所需实际塔板数 261214 料板在第 15块板上。 全塔效率为 026101 0 0(1)塔顶温度 t 下的比热容 )(/ 3 . 6 22 9 8 . 3 4 3 6k m o =+=+=苯 8 算。 塔 顶： k P 1 k P 底 ： k P 5 k P 02/ 5 提馏段平均压力： k P 92/ 3 t DF , DF x k g / k m o k g / k m o 进料板： y， x k g /k m k g / k m o 塔底： WW k g / k m o k g / k m o 20 0 2 8 2 8 精馏段： k g / k m o k g / k m o 9 提馏段： k g /k m o , k g / k m o 液相平均密度组分的液相密度 （ kg/ 表 密度关系图 温度，（） 80 90 100 110 120 130 苯（ 817 805 793 782 770 757 755 氯苯（ 1039 1028 1018 1008 997 985 983 (1 （ a 为质量分数） , , （插值法） 以塔顶组分 0 2 8901 0 3 91 0 2 88090 3, / 同理可得 3, /3,3,/ 1 9/ 8 的计算, ( 10 (111 0 7 ( 11 1 (3) ,3,k g / 3,k g / 1 97 0 1 82 9 8 3,k g / 29 8 39 9 9 2 50 0 0 7 精馏段： 31, k g / 62/) 9( 馏段： 3/相平均密度 3,1, k g / m R 31,2, k g / 33 1 9 m 1 组分的表面张力 （ mN/m） 表 表面张力关系图 温度，（） 80 85 110 115 120 131 苯 苯 用插值法计算 0100 D 塔顶 ：=m; =mN/m() 方法同上得： 进料板： ） 塔底： ） = mN/m = mN/m = mN/m 精馏段： m N / m提馏段： m=(2=mN/m 表 粘度关系图 温度 60 80 100 120 140 苯 苯 t=，=馏t=106 ，苯=苯=馏段平均液相组成 : 7 3 FD 12 提馏段平均液相组成： 2 6 2 8 FW 根据 计算得： 精馏段：1 1 3 1 3 9 提馏段： 3 2 4 4 2 液相体积流量的计算 （ 1）精馏段 sk m o m o 2 5 6 4 9 1(/0 0 8 3 6 已知： km ， k ， 31. /，31. /99.2 。 液相质量流量 : 8 3 汽相质量流量： 液相体积流量： 汽相体积流量： 6 9 （ 2）提馏段 饱和液体进料 1q ( 已知： km ， mV , 32. / 32. /811.3 液相质量流量 : 13 汽相质量流量： 05液相体积流量： 105 8 84 7 汽相体积流量： 7 0 径的计算与选择 （ 1）精馏段 初选塔板间距 h，则 ： LT 史密斯关联图 按 泛点气速 0 2 1 66 8 0 8 5 LT 故： 2220 18 负荷因子 0 8 5 4 精泛点气速： 14 4 6 60 8 5 1,a x 。精精m/s 操作气速 取 m /a x 精精 11 精s 为加工方便，圆整取 T = 421D = 412 =实际空塔气速 s （ 2）提馏段 8 4 8 4 0( 0 提 a x 提u 4 0 7,3 4 4 0 m a x 提提 提馏段的塔径 22 提s 为加工方便，圆整取 T = 422D = 412 =实际空塔气速 15 s 经计算塔径 m (1) 每隔 8 个隔板开一个人孔，共开 3个孔，人孔公称直径 500精馏段的有效塔高 1Z 提馏段有效塔高 (N 2P T =(12 以： Z=5 计算公式如下：21 顶封头 本设计采用椭圆形封头，有公称直径 000表得曲面高度 501 ，直边高度 02 ，内表面积 A=m ，容积 31623.0 ，则封头高度 9 0402 5 0211 顶空间 设计中取塔顶间距 ，考虑到需要安装除沫器，所以选取塔顶空间 底空间 塔底空间高度釜液停留时间为 5 16 分钟，取塔底液面至最下一层塔板之间的距离为 ： 塔横截面积封头容积塔釜贮液量 孔 对 D 的板式塔，为安装、检修方便，一般每隔 68 塔板设一人孔，本塔中共有26 块塔板，需设 3个人孔，每个人孔的直径为 500设置人孔处塔板间距 00。 料板处板间距 考虑在进口处安装防冲设施，取进料板处间距 00。 座 塔底常用裙座支撑，本设计采用圆筒形裙座。由于裙座内径 800裙座壁厚取 16 基础环内径： 2310)1621000( 3 基础 环外径： 4 3210)16210 00( 3 圆整后： 虑到再沸器，取裙座高 H 塔体总高度21 = + =料管 进料管的结构类型有很多，有直管 进料管、弯管进料管、 设计采用直管进料管。管径计算如下； 17 泵送料液入塔时，s,取 3, / 3,/6.1 = 63 . 1 40 0 2 0 0 2 0 0 0105 37查标准系列选取规格 的热轧无缝钢管。 流管 采用直管回流管，强制回流（用泵输送回流液时）s,取 6.1 97 5 查标准系列选取 332 规格的热轧无缝钢管 底出料管 采用直管出料管，取 6.1 7 查标准系列选取 规格的热轧无缝钢管。 18 顶蒸汽出料管 采用直管出气，取 20 查标准系列选取 10225 规格的热轧无缝钢管 底蒸汽进气管 采用直管进气，取 23 查标准系列选取 10200 规格的热轧无缝钢管 采用单溢流型的弓形降液管、平形受液盘，且不设进口内堰。 流堰长（出口堰长） 19 求得 对平直堰 3/2/0 0 2 8 选用平直堰，堰上液层高度，近似取 E=1，则 精馏段堰上高度 ： 溢流堰高 2 0 7 9 溢流堰高 3 6 液管的宽度由 图得 ： 2 0 7 液体在降液管内的停留时间 精馏段 ： 0 8 5 0 满足要求） 20 提馏段： 2 5 0 满足要求） 液管的底隙高度s，取液体通过降液管底隙的流速m/则有： 精馏段 ： 0 8 5 ow so 宜小于 结果满足要求） 提馏段： 2 5 ow so 宜小于 结果满足要求） 孔区面积 i i n 和开孔率 取筛孔的孔径 三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度 ，故孔心距 t 。 21 每层塔板的开孔数 ） 每层塔板的开孔率 % 9 0 2 应在 515%，故满足要求） 每层塔板的开孔面积 精馏段： m / 0 89.0/ 提馏段： m / 0 0 0.0/ 精馏段： 式中 222121210 3/4/01 （取塔板厚度 为 4 0 7 1 ( 求得0C= 3 1， = 1 2 20 0 7 5 1.0 F 22 1、 2、 3式联立得 hh= 3 1 oL 板压降） 3 2 60 6 5 61m 故设计合理。 提馏段： ,22 1 2,= 2 20 0 7 5 1.0 F 、 2、 3式联立得 hh=2 oL 板压降） 2 7 故设计合理。 23 精馏段： 气（满足要求）液气液 / k k 1 式中：Lf 验算结果表明不会产