化工原理-苯-氯苯课程设计

__化工原理课程设计

年

月

日目

录苯氯苯分离过程板式精馏塔设计………设计内容及要求

…………引

言

………一、设计方案的确定………二

、精馏塔的物料衡算

…………………三、塔板数的确定

………四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算…………五、精馏塔的工艺尺寸运算

……………六、精馏塔的工艺尺寸运算……………七、塔板要紧工艺尺寸的运算……………八、筛板的流体力学验算

………………九、塔板负荷性能图

……十、各接管尺寸的确定

…………………十一、塔体设计总表

………十二、苯－氯苯精馏生产工艺流程图……十三、对设计过程的评述和有关咨询题的讨论……………结 论

……………………......苯氯苯分离过程板式精馏塔设计摘要：本设计对苯—氯苯分离过程筛板精馏塔装置进行了设计，要紧进行了以下工作：、对要紧生产工艺流程和方案进行了选择和确定。、对生产的要紧设备—筛板塔进行了工艺运算设计,其中包括：①精馏塔的物料衡算；②塔板数的确定；③精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算；④精馏塔的塔体工艺尺寸运算；⑤精馏塔塔板的要紧工艺尺寸的运算。、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。、对设计过程中的有关咨询题进行了讨论和评述。本设计简明、合理，能满足初步生产工艺的需要，有一定的实践指导作用。关键词：苯—氯苯；分离过程；精馏塔

A

been

m

and

been

and

been

①

②

been

③

on

④

be

computed

⑤

been

and

been

been

and

and

d

meet

g

设计内容及要求一、设计任务：

99.8%

的氯苯

塔顶溜出液中含氯苯不得高于2%

38%（以上均为质量分数）。每年

300

天，每天

24

小时连续运行。二、操作条件：（1）塔顶压强 （2）进料热状况：自选（3）回流比：自选（4）塔底加热蒸汽压力 0.5MPa（5）单板压降 三、设计内容（1）精馏塔的物料衡算；（2）塔板数的确定；（3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算；（4）精馏塔的塔体工艺尺寸运算；（5）塔板要紧工艺尺寸的运算；（6）塔板的流体力学验算；（7）塔板负荷性能图；（8）精馏塔接管尺寸的运算；（9）电脑绘制生产工艺流程图；（10）手工绘制精馏塔设计条件图；（11）对设计过程的评述和有关咨询题的讨论。四、设计要求（）设计运算讲明书撰写规范、严谨，条理清晰；（）数据可靠，论证合理，有设计价值；（）图纸绘制应符合化工制图的标准。引

言、塔设备设计概述,他能够使气或汽或液液两相紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能关于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境爱护等各方面都有重大阻碍。塔设备中常见的单元操作有：精馏、吸取、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却和回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等。最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为要紧用于传质过程的塔设备，第一必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：、生产能力大；、操作稳固，弹性大；、流体流淌阻力小；、结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；、耐腐蚀和不易堵塞，操作方便，调剂和检修容易。、板式精馏塔设备选型及设计因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低，故工业上多采纳板式塔。因而本课程设计要求设计板式塔。、工业上常见的几种的板式塔及其优缺点Ⅰ、浮阀塔。在塔板开孔上方，安装可浮动的阀片，浮阀可随气体流量的变化自动调剂开度，可幸免漏液，操作弹性大，造价低，且安装检修方便，但对材料的抗腐蚀性能要求高。Ⅱ、筛孔塔。结构简单、造价低廉、筛板塔压降小、液面落差也较小、生产能力及塔板效率都较泡罩塔高，故应用广泛。Ⅲ、泡罩塔。其气体通道是升气管和泡罩，由于升气管高出塔板，即使在气体负荷专门低时也可不能发生严峻漏液，操作弹性大，升气管为气液两相提供了大量的传质界面。但泡罩塔板结构复杂，成本高，安装检修不便，生产能力小。综合考虑最终选择筛孔式精馏塔。、设计板式塔的要求及简易流程第一应按照已给定的操作条件，由图解法或解析法求得理论塔板数、选定或估算塔板效率，从而测得实际塔板数，然后对以下内容进行设计或运算：Ⅰ、塔高的运算。包括塔的主体高度、顶部与底部空间的高度，以及裙座的高度。Ⅱ、塔径的运算。塔的进出口、防冲档板、防涡器、除沫器等的设计运算。设计流程简略图流程：装置的有关操作条件→给定的塔板设计条件→确定塔径→溢流区的设计→气液接触区的设计→各项核对运算。一、设计方案的确定、操作压力蒸馏操作可在常压，加压，减压下进行。应该按照处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力。例如关于热敏锐物料，可采纳减压操作。此次设计为一样物料因此，采纳常压操作。、进料状况进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一样将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。如此塔的操作比较容易操纵。不受季节气温的阻碍，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也叫方便。此次设计采纳泡点进料即q=1。、加热方式蒸馏釜的加热方式一样采纳间接加热方式，若塔底产物差不多上确实是水，而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大。便能够直截了当采纳直截了当加热。直截了当蒸汽加热的优点是：能够利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面，如此，操作费用和设备费用均可节约一些，然而，直截了当蒸汽加热，由于蒸汽的持续涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物缺失量相同的情形下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而塔板数略微有增加。但对有些物系。当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，现在采纳直截了当蒸汽加热是合适的。、冷却方式塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低。可考虑使用冷却盐水来冷却。、热能利用蒸馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率专门低，可采纳一些改进措施来提升热效率。因此，按照上叙设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采纳常压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利用。本设计任务为分离苯—氯苯混合物。关于二元混合物的分离，应采纳连续精馏方法，设计中采纳泡点进料，将混合料液经预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升器采纳全凝器冷凝后，部分回流。其余部分作为塔顶产品经冷却后送入储罐。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

倍。塔釜部分采纳间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送入储罐。工艺流程图见附图。查阅得知苯和氯苯的一些性质如下：苯和氯苯的物理性质表

苯和氯苯的物理性质 /

AB

Cl

苯－氯苯的气液相平稳数据表

苯－氯苯的气液相平稳数据

组成饱和蒸气压

p

表

表

苯－氯苯的组成饱和蒸气压 p

mmhgi

p

mmhg

i液相密度表

苯－氯苯的液相密度

/m

/m

液相粘度

µ

L表

苯－氯苯液体粘度

µ

L

二

、精馏塔的物料衡算、

原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量

M

//

/

/

/

/

F/

/ W、

原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M

kg

/molFM

kg/molM

W

/原料处理量、

物料衡算原料处理量

W

/M 总物料衡算

（）易挥发组分物料衡算 （）联立上式（）、（）得： 三、塔板数的确定

、理论板层数N、理论板层数N

的求取苯－氯苯属理想物系，可采纳图解法求理论板层数按照苯－氯苯物系的气液平稳数据，绘出，

图X

X图

苯－氯苯的气液平稳

图

提馏段操作线方程图

提馏段操作线方程（

图及

图通过气液平稳关系在

图直角坐标系中做出平稳曲线，并在苯－氯苯的气液平稳

图标出

点（

、

）、e

点（

、

）、

点（

、

）w w F F 三点；（ 及操作回流比因饱和液体进料，在图中对角线上自点e（）作垂线（q

线）该线与平稳线的交点坐标为（线与平稳线的交点坐标。

取操作回流比:

×（×

L’ V’

精馏段操作线方程L

L W

w

（采纳图解法求理论板层数，如图

所示。求解结果为总理论板层数

N

（包括再沸器）进料板位置

N

F、实际板层数的求取取全塔效率为

块N

块提馏段

N

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的运算、操作压力运算塔顶操作压力 ＝＋＝

每层塔板压降 Δ进料板压力 ＋×精馏段平均压力 ＝（＋）、操作温度运算

查图可得： W F塔顶温度

进料板温度：

(

)/

m F、平均摩尔质量运算塔顶平均摩尔质量运算由

查平稳曲线图

可得

×＋×

×＋×进料板平均摩尔质量运算由图解理论板

＝

查平稳曲线图

可得

×＋×

精馏段气体密度:m（查化学化工物性数据手册_有机卷

能够得表

精馏段气体密度:m（查化学化工物性数据手册_有机卷

能够得表

m

kg/m

,

kg/m 塔顶

/m

kg/m塔底平均摩尔质量运算精馏段平均摩尔质量

精＝（）ML

精＝ 平均密度运算（由理想气体状态方程运算，即P

Mmm m液相平均密度依下式运算，即

/i i由苯 苯 苯

/m

做出其液相密度图如下:图

苯氯苯温度密度关系图由上图可查得；

C 时

,

kg/m

,

kg/mF /

/

/m、液体平均比表面张力运算

n

i查化学化工物性数据手册_有机卷

查化学化工物性数据手册_有机卷

能够得下表：表

苯氯苯温度表面张力关系表

mN/m

mN/m

已知

，

得：

顶

,

顶

，

，

。

m,顶

mN

/m精馏段平均表面张力：精馏段平均表面张力：

m

mN

/m

m

mN

/m、液体粘度

n

i

i查化学化工物性数据手册_有机卷

查化学化工物性数据手册_有机卷

表

苯氯苯温度粘度关系表

L顶L顶

.L顶

.所以，

已知

，，得：

·

·

·，

）

L进

顶

顶

·，L进

L进

.精馏段平均液相粘度

五、提馏段的工艺条件及有关物性数据运算操作压力运算：M提馏段平均摩尔质量：

kg/M提馏段平均摩尔质量：

kg/F每层塔板压降：P

塔底操作压力：P

W提馏段平均压力：P

/

m操作温度运算：依据操作压力，由苯氯苯物系的温度图得：进料板温度：

CF塔底温度：

Cw提馏段平均温度：

/

Cm平均摩尔质量运算：塔底平均摩尔质量运算：

w M

/ VWm

LWmM

/kg/平均密度运算：Vm

m m

液相平均密度运算：由平均密度运算：Vm

m m

液相平均密度运算：由苯苯时，度密度关系/m图

,，可得：/m氯i

温

查

时，

/m

,

/mkg/mLWm

塔顶

M /kg/L

m气相平均密度运算由理想气体状态方程运算，即

p

mp

M

kg/m m液相平均密度按下式运算 n

i i F w / /LFm

/kg/m六、精馏塔的工艺尺寸运算、塔径的运算精馏塔的气、液相体积流率为

L因为塔径和板间距的关系如下表:表

塔径板距关

)

和

间 系表

Vm m

/VmL

m

/

( L

)

(

:

:

:

:

:

T :

:

:

:

:

取安全系数为

一样

取安全系数为

一样

:

则空塔气速为:

uS

m，在

:

范畴,符合

m

m/、精馏塔有效高度的运算若取:

一样

:

－查上图得

l×

=

L

=

L ×

经标准圆整后

实际空塔气速为

精馏段有效高度为 （N

）

（）

提馏段有效高度为 （N ）

m 在塔顶和塔底各开一人孔，其高度为故精馏塔的有效高度为

l

l

取板上清液层高度h

m、溢流装置的运算因塔径

，可选用单溢流弓形降液管，采纳凹形受液盘。各项运算如下：（）、堰长

lW取l

mw（由

W L 选用平直堰，堰上液层高度,近似取

，则 L

E

( )

( )

mowL故

mw由W验算液体在降液管中停留时刻（W

和截面积

由W验算液体在降液管中停留时刻dlw

查下图

得

d

图

弓形降液管的宽度与面积故

m W

md

故降液管设计合理

故降液管设计合理 L

（

l

u

取l

u

取

m/则

o

L

W

m

m

mw o故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘,深度

w、塔板布置（因

，故塔板采纳分块式。查下表得，塔板分为

块。

mm

:

:

:

:

（取

m,

m

r

r其中

开孔区面积，即

r

r

W

W

md r

W

m故

m（

m

d

mm，筛孔按正三角形排列，取孔中心距

为

d

mm筛孔数目

为

开孔率为

开孔率为

d

气体通过阀孔的气速为

u

L

八、筛板的流体力学验算、塔板压降（

运算干板阻力

由式

m/故

m

d

mm,由d

/

/故

m

（

运算l气体通过液层的阻力

由式

运算l l L

m/

m液柱

gd

气体通过每层塔板的液柱高度

可按下式运算

m液柱

gd

气体通过每层塔板的液柱高度

可按下式运算

而且

me

L

故L

故在本设计中液沫夹带量

kg诺范/畴。kg/kg在承kg内

对筛板塔，漏液点气速

C

故

(

)

m液柱 L w ow（运算液体表面张力产生的阻力

由下式运算得

Ll p

m液柱p 气体通过每层塔板的压降为:△Pp=hpρL

g

××

＜

（设计承诺值）、液面落差关于筛板塔，液面落差专门小，且本设计的塔径和流量均不大，故可忽略页面落差阻碍。、液沫夹带液沫夹带量由下式运算

L 、漏液可由下式运算 L L

m/

m/

m/

故在本设计中无明显漏液。稳固系数为故在本设计中无明显漏液。K

u

/

u、液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高

应服从下式关系：d

d W

苯－氯苯物系属一样物系，取

，则

W

m而

d p L

d板上不设进口堰，

可由下式运算d

＝

（）m液 d

＝

m液柱d p L d

d W

由由

E

/

L

l

/C

l

L

在操作范畴内，任取几

值，依

运算出

，运算结果列于表

九、塔板负荷性能图、漏液线 L W L W L L u

E

L

/

L W OW OW W

个L 上式 表

L

L

m

L

/

,m

/

由上表数据即可作漏液线、液沫夹带线

h

h

h

h

h

h

h

L

OW

L

L

整理得

L

L

u

L W OW

W 故

L

L

L

e

在操作范畴内，任取几个L

值，依上式运算出

值，运算结果列于下 表表

L

m

/

m

/

由上表数据即可作出液沫夹带线、液相负荷下限线

E

E取

E＝，则OW

关于平直堰，取堰上液层高度OW

L

2/3

l

W

m作为最小液体负荷标准。由

代入数据得L

m

/据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线、液相负荷上限线以

作为液体在降液管中停留时刻的下限，由式

L 、液泛线

令

d W由

d p L W

p

l

l

L

L

W

联立得

W

d

式中

b

式中

b

(

d

E

d

bL

d

L

/ L W/

（l

/ W / Wl W将有关数据代入，得

b

d

故

L

L 在操作范畴内。任取几个L

值，依上式运算出

值，运算结果列于下 表表

L

m

/

m

/

由上表数据即可作出液泛线按照以上各线方程，可作出筛板的负荷性能图，如下图：图

筛板的负荷性能图在负荷性能图上，作出操作点A，连接，即即作出操作线。由上图可看出，该筛板的操作上线为液泛操纵，下限为漏液操纵。由上图查得

m

/

m

/

十、各接管尺寸的确定

取适宜的输送速度

m十、各接管尺寸的确定

取适宜的输送速度

m/，故iF计

经圆整选取热轧无缝钢管

规格SW

WM取适宜的输送速度

m/，则

、进料管进料体积流量

F

m

/

d SF

mm实际管内流速：

m/、釜残液出料管釜残液的体积流量：

W

m

/h

M L WWd

经圆整选取热轧无缝钢管，规格：

mm实际管内流速：

m/w、回流液管回流液体积流量

/

m

/利用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度

m/，那么L

d经圆整选取热轧无缝钢管，规格：

mm

Vm

WV

MVm

Vm

WV

MVm提

w、塔顶上升蒸汽管塔顶上升蒸汽的体积流量：

/

m

/取适宜速度

m/，那么

d

经圆整选取热轧无缝钢管，规格：

mm实际管内流速：

m/、塔底上升蒸汽管塔顶上升蒸汽的体积流量： VWM

/

m

/取适宜速度

m/，那么d

经圆整选取热轧无缝钢管，规格：

实际管内流速：

m/十一、塔体设计总表表

苯氯苯分离过程板式精馏塔设计塔体设计总表

m