苯和氯苯精馏塔工艺设计

化工原理课程设计苯和氯苯精馏塔工艺设计学院化学与材料工程学院专业化学工程与工艺班级姓名学号指导教师序言课程设计是“化工原理”的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识来解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它起着培养学生独立工作能力的重要作用。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯氯苯精馏塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯，续操作方式，需设计一板式塔将其分离。分离苯和氯苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。目录一、任务与基础数据二、设计计算1、物料衡算2、板数的确定1泡点进料2逐板计算3板效率的计算和实际板计算3、塔的工艺计算1均压强的计算2平均温度的计算3平均分子量的计算4平均密度的计算5液体表面张力的计算6液体平均粘度的计算4、气液负荷的计算1精馏段气液负荷的计算2精馏段气液负荷的计算5、和塔板主要工艺尺寸的计算1）塔的工艺尺寸的计算A精馏段工艺尺寸的计算B提流段工艺尺寸的计算2）塔板工艺尺寸的计算A精馏段工艺尺寸的计算B提流段工艺尺寸的计算3）塔板布置A开孔面积B开孔数和开孔率6、热量衡算A塔顶全凝器热量衡算B塔底再沸器热量衡算7、塔附属设备的计算A管径的设计B塔体结构的设定8、设备图A主设备图B工艺流程图三、个人心得体会四、参考文献一、任务和基础数据设计任务书一、化工原理课程设计目的、任务1、培养学生查阅资料选用公式和搜索数据的能力2、培养学生在填料吸收塔设计时，既考虑技术上的先进性和可行性，又考虑经济上的合理性并注意操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想。3、培养学生能迅速准确的对填料塔进行工艺设计计算的能力4、培养学生能用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力二、设计任务苯氯苯精馏分离板式塔设计三、设计条件1、生产任务生产能力（进料量）21吨小时进料组成201（质量分率，下同）塔顶产品组成98塔底产品组成22、操作条件操作压力4KPA（表压，自选）回流比2RMIN进料热状态泡点进料（自选）单板压降07KPA四、化工原理课程设计主要内容1、化工单元设备设计1方案设计；2物料衡算与热量衡算；3主要设备工艺计算；4辅助设备的选择；2、制图1包括工艺流程图、设备图。2编写设计说明书五、化工原理课程设计说明书的要求本课程的设计任务要求学生做设计说明书一份、图纸两张。各部分的具体要求如下1、设计说明书内容与顺序1、标题页用粗体字写明设计题目；2、设计任务书；3、绪论设计任务的意义、设计结果简述；4、装置流程图及其说明；5、装置的工艺计算物料余热量衡算，主要设备尺寸计算；6、主要设备的材料选择；7、结束语对本设计的总结、收获、改进和建议等；8、文献一览。说明书必须书写工整、图文清晰。说明书中所有公式必须写明编号，所有符号必须注明意义和单位。2、设计图纸要求1流程图本设计要求画“生产装置工艺流程图”，图纸大小为A2。本图应表示出装置或单元设备中所有的设备和机器，以线条和箭头表示物料流向，并以引线表示物料的流量、温度和组成等。设备以细实线画出外形并简略表示内部结构特征，大致表明各设备的相对位置。设备的位号、名称注在相应设备图形的上方或下方，或以引线引出设备编号，在专栏中注明个设备的位号、名称等。管道以粗实线表示，物料流向以箭头表示（流向习惯为从左向右）。辅助物料（如冷却水、加热蒸汽等）的管线以较细的线条表示。2、设备图本设计要求画主要设备详图一张，图纸大小为A1。表示其结构形式、尺寸（表示设备特性的尺寸，如圆筒形设备的直径等）、技术特性等。设备图基本内容有视图一般用主（正）视图、剖面图或俯视图表示主要设备结构形状；尺寸图上应注明设备直径、高度以及表示设备总体大小和规格的尺寸；技术特性表列出设备操作压力、温度、物料名称、设备特性等；标题栏说明设备名称、图号、比例、设计单位、审校人等。图纸要求投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整。基本数据、图表和公式组分的表面张力（MN/M）温度，（）8085110115120131苯212206173168163153氯苯261257227222216204双组分混合液体的表面张力可按下式计算M（为A、B组分的摩尔分率）ABAMX、氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为353103KJ/KMOL。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示（氯苯的临界温度）3801212TRCC259CT苯和氯苯的TXY图002040608112020406080100120140苯和氯苯的TX图XY图00204060811214002040608112苯粘度随温度变化苯粘度随温度变化000501015020250303504045050100150氯苯随粘度的变化氯苯粘度温度图0010203040506050100150其他物性数据可查化工原理附录。二、设计的计算一、精馏塔的物料衡算1、料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78和1125KG/KMOL。85012/078/9FX96D5/2WX2物料衡算KMOL/H5327614083/FM对全塔做物料衡算有WDFXX得KMOL/H2538二、塔板数的确定1理论塔板数的求取TN1根据苯氯苯的相平衡数据，利用泡程和露点方程求取YX2确定操作的回流比R将1表中数据作图绘出曲线及曲线。采用泡点进料,则YXYXT。在图上，因，查得，而，1QYX1Q9720Q8510FQX。故有9860D1930MINQDXYR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2倍，即386012MIN3）求理论塔板数精馏段操作线8011XRXYD提馏段操作线为过和两点的直线。029,49,5逐板计算得块（不含釜）。其中，精馏段块，提馏段89TN31TN块，第4块为加料板位置。52T图及见附图YXYXT2实际塔板数P精馏段块，7480/21N提馏段块，19P总塔板数块。2P三、塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算精馏段（一）平均压强MP取每层塔板压降为07KPA计算。塔顶KPA31054D加料板297FP平均压强A/FDM（二）平均温度T查温度组成图得塔顶为82，加料板为86。YX精馏段平均温度842/51MT（三）平均分子量M塔顶，（查相平衡图）98601DXY901XKG/MOL4837512867,MVKG/MOL52791920789210,MLDM加料板，（查相平衡图）64FY5FX/L4,MVKGO1758328107810,LF精馏段KG/OL6,MVM3,L四）平均密度M1液相平均密度L,依据公式TAD18792,BL,液相平均密度依下式计算ILM/精馏段3,KG/85904ML3,/2VVRTMP（五）液体的平均表面张力M塔顶查图根据公式CTD82N/12,DABAMX进料板查图根据公式TF86M/421,FABAMX精馏段N/5/35（六）液体的平均粘度ML,塔顶查化工原理附录液体黏度共线图，根据公式SMPA30,DBAMLDXSPA306,F精馏段SA52/18,ML提流段（一）平均压强MP取每层塔板压降为07KPA计算。塔底KPA91740315W平均压强052/6MP（二）平均温度T查温度组成图得加料板为86，塔底为1318。91082/85MT（三）平均分子量MM加料板，（查相平衡图）64FY5FXKG/OL279,MV183,LF塔底，。（查相平衡图）0WXWYKG/OL62,MVM41,L提馏段/L9,MVKGO7,L（四）平均密度M1液相平均密度ML,进料板TAF18792,BL,3,KG/M5921MLFBLFAA塔底TAW87,BL3,KG/M8101MLWBLAWMLA提馏段3,/7692/8976482汽相平均密度MV,3,KG/86MVRTMP（五）液体的平均表面张力MN/17820,WABAMWX精馏段/9/931（六）液体的平均粘度ML,塔顶查化工原理附录11有依据公式提馏段SPA2780,ML四、精馏塔的汽液负荷计算精馏段汽相摩尔流率KOL/H26301DRV汽相体积流量/SM532,VSM液相回流摩尔流率KOL/H981RDL液相体积流量S023,MLS提馏段汽相摩尔流率KOL/H26301VFQV汽相体积流量/SM3,VSM液相回流摩尔流率KOL/H51368QFL液相体积流量/SM013,LS五、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算精馏段（一）塔径1初选塔板间距及板上液层高度，则M60THM70LH53LTH2按SMITH法求取允许的空塔气速（即泛点气速）MAXUFU01685VLS查SMITH通用关联图得1520C负荷因子6420泛点气速M/S0692/MAXVLCU3操作气速取/S4170AX4精馏段的塔径M52/UVDS圆整取，此时的操作气速。160M/S251U（二）塔板工艺结构尺寸的设计与计算1溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘。（1）溢流堰长（出口堰长）WL取M12470DLW堰上溢流强度，H/38/WHLL满足筛板塔的堰上溢流强度要求。（2）出口堰高WOLWH对平直堰3/20284WHWLLE取，于是1E（满足要求）M96OWH0OL（3）弓形降液管的宽度和降液管的面积DWFA由，查图得，即7/DLW09/,140/TFD，。M25041DW22M578AT29F液体在降液管内的停留时间（满足要求）97S/STFLHA（4）降液管的底隙高度OH05OH2塔板布置（1）边缘区宽度与安定区宽度CWS边缘区宽度M50安定区宽度规定M时MM；M时MM；S1D75S51D10SW本设计取MM，MM。CS（2）开孔区面积AA212M35SIN80RXXRAA式中M54/SDWD80CR3开孔数和开孔率N取筛孔的孔径，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度，5ODM3且取。故孔心距。3/OTM5172T每层塔板的开孔数（孔）2680823AATN每层塔板的开孔率（应在515，故满足要求）7/92ODT每层塔板的开孔面积2M30AA气体通过筛孔的孔速/S1/OSOVU4精馏段的塔高1Z63051TPHNZ提流段（一）塔径1初选塔板间距及板上液层高度，则M60THM70LH53LTH2按SMITH法求取允许的空塔气速（即泛点气速）MAXUFU075VLH查SMITH通用关联图得120C负荷因子20泛点气速M/S71/MAXVLCU3操作气速取/S2470AX4提馏段的塔径M531/UVDS为加工方便，圆整取，即上下塔段直径保持一致，此时提馏段60D的操作气速。/09（二）塔板工艺结构尺寸的设计与计算1溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘。（1）溢流堰长（出口堰长）WL取M12470DLW堰上溢流强度，满足筛板塔的堰上溢流强度要求。H/853/3WHLL（2）出口堰高OWLWH对平直堰3/20284WHOWLLEH（满足要求）M6O3OWLW（3）降液管的宽度和降液管的面积DWFA由，查图得，即70/DLW09/,140/TFD，。M28D22M58AT2F液体在降液管内的停留时间（满足要求）1374/STFLH（4）降液管的底隙高度OH（不宜小于0020025M，本结果满足要求）M06OHO2塔板布置（1）边缘区宽度与安定区宽度CWS与精馏段同，即MM，MM。5010S开孔区面积与精馏段同，3开孔数和开孔率N亦与精馏段同，4每层塔板的开孔面积2M30AOA气体通过筛孔的孔速/S1/SVU5提馏段的塔高2Z60912TPHNZ精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算（一）附属设备的计算1塔顶全凝器CTD82苯的临界温度TC58当时，T01KGJR/13941KMOLJR/30728194181212TRC则KMOLJ/3062SKJVRQC/2809375由于1SKJSTKSM/1046K传热系数，/2CW进出口水的温度为20到40T42081T62082CTTM351LN2由1式解得传热面积2409MS2塔釜再沸器氯苯的临界温度为CTC35常压沸点下氯苯的汽化潜热为KOLJR/1031常压下氯苯的沸点温度1318，由得T823801212TRCKMOLJR/10352因为饱和液体进料，故。VFQV1SKJRVQB/243水蒸气的温度由120100CCTTM726LN12传热系数/02MWKSKJSTSQMB/1043976再沸器的传热面积215（二）接管尺寸的计算1塔顶蒸汽出口管径依据流速选取，但塔顶蒸汽出口流速与塔内操作压力有关，常压可取1220M/S。本设计取蒸汽流速为18M/SMUVDS14230取管径为052回流液管径借重力回流，回流速度为05M/SMUVDL57630/4取管径为83加料管径用泵输送回流液时，流速可取15M/S。体积流率HMMFVM/96243加料管径为UD70/取进料管径为384料液排出管径塔釜液出塔的流速可取U08M/S。HMWMVW/2643,UD0/取釜液排出管径为525饱和蒸汽管径选蒸汽流速为30M/SMUVSD53124取饱和蒸汽管径为0（三）塔体结构1塔顶空间塔顶空间之塔内最上层塔板与塔顶的间距，为利于出塔气体的液低沉降，其高度应该大于板间距，所以塔顶空间距为MHTD906512塔底空间塔底高度选择储存液量停留3分钟而定，塔底液面至最下层塔板之间要有12M的间距。取间距为15米。又HRV238160MLS57143022HB8故塔底空间取21M3人孔对于的板式塔，为安装、检修的需要，需设计4个人孔。89MD160层，1112层，塔顶，塔底各设一个人孔。人孔处的板间距为MHP504、塔总高H09N2060822516825M精馏塔的设计计算结果汇总一览表计算结果项目符号单位精馏段提馏段平均压强MPKPA1084511335平均温度T83107气相SVM3/H72964497451平均流量液相LM3/H494932986实际塔板数N块59板间距THM0606塔段的有效高度ZM2448塔径DM1414空塔气速UM/S13171345塔板液流型式单流型单流型溢流管型式弓形弓形堰长WLM098098堰高HM00420021溢流堰宽度DM01960196溢流装置底隙高度0M001750078板上清液层高度LM005005孔径MM44孔间距TMM1212孔数N个1446714467开孔面积0AM20181301813筛孔气速UM/S1117911416三、个人心得体会本次化工原理课程设计历时两周，是学习化工原理以来第一次独立的工业设计。化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。在短短的两周里，从开始的一头雾水，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期的程序的编写以及流程图的绘制等过程的培养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。我们从中也明白了学无止境的道理，在我们所查找到的很多参考书中，很多的知识是我们从来没有接触到的，我们对事物的了解还仅限于皮毛，所学的知识结构还很不完善，我们对设计对象的理解还仅限于书本上，对实际当中事物的方方面面包括经济成本方面上考虑的还很不够。在实际计算过程中，我还发现由于没有及时将所得结果总结，以致在后面的计算中不停地来回翻查数据，这会浪费了大量时间。由此