苯-氯苯分离过程连续精馏塔的设计

1、 化工原理课程设计苯-氯苯分离过程连续精馏塔的设计学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2014年 12 月 22日苯-氯苯分离过程连续精馏塔的设计任务书(一) 设计题目试设计一座苯-氯苯连续精馏塔生产氯苯。进精馏塔的料液中含氯苯_38%_（质量分数，下同），其余为苯；要求年产纯度_99%_的氯苯_8万_吨/年。塔顶中氯苯含量不得高于_2.0%_。(二) 操作条件1) 塔顶压力 4kPa（表压）2) 进料热状态：泡点进料 3) 回流比：2Rmin 4) 塔底加热蒸气为低压蒸汽5) 单板压降0.7 kPa(三) 塔板类型筛板式(四) 工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。

2、(五) 设计说明书的内容1. 设计内容(1) 流程和工艺条件的确定和说明(2) 操作条件和基础数据(3) 精馏塔的物料衡算； (4) 塔板数的确定； (5) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (7) 塔板主要工艺尺寸的计算； (8) 塔板的流体力学验算； (9) 塔板负荷性能图； (10) 主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、人孔等）(11) 塔板主要结构参数表(12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2. 设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。前言课程设

3、计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工程序设计的初步训练。通过课程设计。要求学生了解程序设计的基本内容，掌握其方法，培养学生分析和解结工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养学生独立工作能力的有益实践。又由于塔设备在石油、化工、医药、煤炭等行业中应用广泛，其合理的设

4、计受到极大关注，所以塔课程设计实践必不可少。目录1.设计说明书的内容············································&#

5、183;·····11.1设计方案的确定··········································

6、83;···12.精馏塔的物料衡算············································

7、3;·····2 2.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数····························2 2.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量·········&#

8、183;··············2 2.3物料衡算··································

9、;··················23.塔板数的确定······························&#

10、183;·······················3 3.1理论塔板数的求取························&

11、#183;················3 3.2实际板层数的求解·······························

12、·············4 3.3.1全塔理论板数的确定··································&#

13、183;···5 3.3.2精馏段理论塔板数的确定··································54.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算······

14、;························6 4.1操作压力的计算························

15、;······················6 4.2操作温度的计算··························

16、;····················6 4.3平均摩尔质量的计算···························

17、83;··············6 4.4平均密度的计算·································

18、83;············7 4.4.1气相平均密度计算···································

19、·····7 4.4.2液相平均密度计算········································7 4.5液相平均表面张力的计

20、算······································8 4.6液体平均黏度计算·········

21、3;··································95.精馏塔的塔体工艺尺寸计算·············&

22、#183;····························10 5.1塔径的计算···················&#

23、183;······························12 5.1.1精馏塔塔径的计算················

24、3;·······················9 5.1.2提馏塔塔径的计算························&

25、#183;··············10 5.2塔高的计算·································&#

26、183;···············11 5.2.1精馏塔有效高度的计算·······························&#

27、183;···11 5.2.2全塔实际高度············································

28、116.塔板主要工艺尺寸的计算···········································12 6.1溢流装置的计算··&#

29、183;··········································12 6.2塔板布置的计算·····&

30、#183;·······································13 6.2.1阀孔临界速度········

31、;···································12 6.2.2提馏段塔板布置············&#

32、183;····························13 6.2.3浮阀数n与开孔率··················

33、3;··················137.塔板的流体力学验算·····························

34、83;·················15 7.1塔板压降·······························

35、;····················14 7.1.1干板阻力····························

36、;···················14 7.1.2板上充气层阻力····························&#

37、183;············14 7.1.3液体表面张力所造成的阻力·······························15 7.2液面落差·&#

38、183;·················································&#

39、183;············15 7.3液沫夹带···································

40、3;·············16 7.4漏液的验算···································

41、;············16 7.5液泛····································

42、83;··················168.塔板负荷性能图·····························

43、3;····················18 8.1漏液线····························&

44、#183;·········18 8.2液沫夹带线······································&#

45、183;···················18 8.3液相负荷下限线····························&

46、#183;····························198.4液相负荷上限线···················&

47、#183;······································198.5液泛线··········

48、;··················································

49、;199. 塔附属设备················································&

50、#183;·······23 9.1精馏塔接管尺寸计算·······································

51、3;······23 9.1.1塔顶蒸汽出口管·········································&

52、#183;···23 9.1.2塔顶回流液管············································

53、;···23 9.1.3进料管·············································

54、········23 9.1.4塔釜出料管········································

55、;········23 9.1.5加热蒸汽进口管·······································&#

56、183;····24 9.2塔体结构···········································

57、3;············2410.对设计过程的评述和有关问题的讨论································2511.参考文献

58、3;·················································

59、3;·····2612.附图···········································

60、83;················27 12.1绘制生产工艺流程图·······························

61、;·······27 12.2绘制精馏塔实际条件图····································281.设计方案的确定本设计任务为分离苯氯苯混合

62、物。对于二元混合物的分离。应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.精馏塔的物料衡算2.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数苯的摩尔质量 氯苯的摩尔质量 2.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量2.3物料衡算依任务中的条件：每年工作日为300天，每天24小时连续运行，有： 全塔物料衡算有：3.理论塔板数的确定3.1理论塔板数的求取3.

63、1.1作图1由查得苯氯苯物系的气液平衡数据，绘出xy图，见图1。 图1 xy图3.1.2最小回流比的确定由于泡点进料q=1，在图上作直线x=0.986交对角线于a点，作直线x=0.702交平衡线于q点，连接a、q两点，过q点作横轴的平衡线交纵轴于一点，读得=0.921，则最小回流比如下： 取操作回流比为 3.1.3求精馏塔的气、液相负荷 3.1.4求操作线方程精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 3.1.5图解法求理论板层数如图2，将x=0.702代入精馏段操作线方程，得出y=0.889.在图中找出该点记为d，连接ad两点即得精馏段操作线；在对角线上找到c（0.0143,0.0143），连接cd

64、两点即得到提馏段操作线。自a点开始在操作线与平衡线之间作阶梯，求解结果为：总的理论板层数 =11(包括再废器)进料班位置 =5 图2 图解法求理论塔板层数3.2实际板层数的求解由最小回流比公式： 把、代入上式中得： 由全塔效率公式 把、代入全塔效率公式得，=0.508精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 实际板层数为 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1操作压力的计算塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 塔釜压力 提馏段平均压力 4.2操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、氯苯的饱和蒸汽压由方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度

65、进料板温度 塔釜温度 精馏段平均温度 提馏段平均温度 4.3平均摩尔质量的计算4.3.1塔顶平均摩尔质量计算由，查平衡曲线(见图2)，得 =0.941 4.3.2进料板平均摩尔质量计算由图解理论板（见图2），得查平衡曲线（见图2），得 4.3.3精馏段平均摩尔质量 4.3.4塔釜平均摩尔量计算由图解理论板（见图2），得查平衡曲线（见图2），得 4.3.5提馏段平均摩尔质量 4.4平均密度计算4.4.1气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即 4.4.2液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算：由，查手册得，进料板液相平均密度的计算：由，查手册得 ， 进料液相的质量分

66、数为 塔釜液相平均密度由，查手册得 ， 精馏段液相平均密度为提馏段液相平均密度 4.5塔顶液相平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算：由，查手册得； 进料板液相平均表面张力的计算：由，查手册得；精馏段液相平均表面张力：4.6液体平均黏度计算液相平均黏度依下式计算，即 由，查手册得；解出 由，查手册得; 解出 精馏段液相平均黏度为 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.1塔径的计算精馏段的气、液相体积流量为 式中C由式（5-5）计算，其中的由图查取，图的横坐标为取板间距离，板上液层高度，则查图5-1得 取安全系数为，则空塔流速为按圆整后为。塔截面面积为 实际空塔流速

67、为 5.2精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m。故精馏塔的有效高度为6.塔板主要工艺尺寸的计算6.1洋溢装置计算因塔径，可选用可选用双溢流弓形降液管，采用凹形受液。各项计算如下。6.1.1堰长取 6.1.2溢流堰高度选用平直堰，堰上层液高度由下式计算，即 近似取，则 取板上清液层高度=60mm，则 6.1.3弓形降液管宽度和截面积由查图，得 故 依下式验算液体在降液管中的停留 故降液管设计合理。6.1.4降液管底隙高度取 故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度。6.2塔板布置6.2.1塔板的分块因，故塔板采用分块式。查得板块分为5块

68、。6.2.2边缘区宽度确定取；6.2.3开孔区面积计算开孔区面积按式（5-12）计算，即其中 故 6.2.4筛板计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用=3mm的碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 筛孔数目n为开孔率为气体通过阀孔的气速为7.筛板流体力学验算7.1塔板压降7.1.1干板阻力计算干板阻力由下式计算，即 由 ，查图510得，故7.1.2气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力由下式计算，即查图5-11，得，故 7.1.3液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力由下式计算，即 气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算，即 液柱气体通过每层塔板的压降为 7.2液面落差 7.3液沫夹带液沫夹带量由下式计算，即 故 因此本设计中液沫夹带量在允许范围内。7.4漏液对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，