化工课程设计

1、设计一座苯-氯苯板式连续精馏塔，要求年产36432吨纯度为99.6%的苯，塔底釜液中苯含量为1%，原料液中含苯65%（以上均为质量百分数）。设计条件如下：（1） 塔顶压强（表压）（2） 进料热状况：饱和蒸汽进料（3） 回流比：（4） 单板压降不大于（5） 建厂地址：青藏高原大气压力约为的远离城市的郊区试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。【设计计算】（一） 设计方案的确定本设计任务为分离苯-氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用饱和蒸气进料（露点），讲原料液通过冷却器冷却至露点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品

2、冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，鼓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。（二） 精馏塔的物料衡算1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 氯苯的摩尔质量 =2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3. 物料衡算塔顶产品的流量 总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 (三)塔板数的确定1. 理论塔板层数的求取苯-氯苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。由手册查得苯-氯苯物系的气液平衡数据，绘出图，见图。求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点作垂线即为进料线（线），该线与平衡线的交点坐标为 故

3、最小回流比为取操作回流比为求精馏塔的气、液相负荷求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为图解法求理论塔板层数采用图解法求理论板层数，如图所示。求解结果为总理论板层数 （包括再沸器）进料板位置 2. 实际板层数的求取全塔效率Drickamer和Bradford法精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 (四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1. 操作压力计算塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 提馏段平均压力 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安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度 进料板温度 精馏段

4、平均温度 提馏段平均温度 3.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由，查平衡曲线，得 进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得查平衡曲线，得精馏段平均摩尔质量提馏段计算结果如下由,查平衡曲线，得 提馏段平均摩尔质量4.平均密度计算（1）气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即精馏段:提馏段:（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，查表四由内差法得 由，查表4由内差法得 进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为提馏段计算结果如下:由，查表4由内差法得 提馏段液相平均密度为5.液体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，查表3由

5、内差法得 进料板液相平均表面张力的计算由，查表3由内差法得 精馏段液相平均表面张力为提馏段计算结果如下:由，查表3由内差法得 提馏段液相平均表面张力为6.液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算由，查表5由内差法得 解出 进料板液相平均粘度的计算由，查表5由内差法得 解出 精馏段液相平均表面张力为提馏段计算结果如下:由，查表5由内差法得 解出 精馏段液相平均表面张力为(五) 塔体工艺尺寸计算1. 塔径的计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏段的气、液相体积流率为由其中由史密斯关联图查取，图的横坐标为取板间距，板上液层高度，则查图1-1得 去安全系数为0.7，则空塔气速为按标准

6、塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为提馏段的气、液相体积流率为由其中由图1-1查取，图的横坐标为取板间距，板上液层高度，则查图1-1得 去安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为因为精馏段和提馏段的塔径都为1.5m,所以整塔塔径为1.5m。2. 精馏塔有效高度的计算精馏塔有效高度为提馏段有效高度为在进料板上方开一个孔，其高度为0.8m故精馏塔的有效高度为（六）塔板主要工艺尺寸的计算. 溢流装置计算因塔径，可选用单溢流弓形降液管，采用平形受液盘及平形溢流堰，不设进口堰。各项计算如下：（1） 堰长 （2） 溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度的计算，即近似取，则精

7、馏段计算结果如下;取板上清液层高度故提馏段计算结果如下;取板上清液层高度故（3）弓形降液管宽度和截面积由查弓形降液管的参数图，得 故 液体在降液管中停留时间，即精馏段:提馏段：故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度取精馏段：则提馏段:则故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度。2.塔板布置(1)塔板的分块因，故塔板采用分块式。查表塔板分块数表得，塔板分4块。(2)边缘区宽度确定取，(3)开孔区面积计算开孔区面积，即其中 故 (4)筛孔计算及其排列本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用的碳钢板，取筛孔直径筛孔按正三角排列，取孔中心距t为筛孔数目为开孔率为气体通过阀孔的气速为精馏塔计算结果为：提

8、馏段计算结果为：（七）筛板的流体力学验算1.塔板压降（1）干板阻力计算干板阻力由公式计算，即由，查图干筛孔的流量系数，故： 精馏段计算结果：提馏段计算结果：（2）气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力由公式计算，即精馏段计算结果：查图充气系数关联图，得。故 液注提馏段计算结果：查图充气系数关联图，得。故 液注（3）液体表面张力的阻力计算，即精馏段计算结果如下：气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为（设计允许值）提馏段计算结果如下：气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为（设计允许值）2.液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本设计的塔径和液

9、流量均不大，故可忽略液面落差的影响。3.液沫夹带液沫夹带量由公式计算，即精馏段计算结果如下：故提馏段计算结果如下：故故在苯设计中液沫夹带量在允许范围内。4.漏液对筛板塔，漏液点气速可由式 计算，即精馏段计算结果如下：实际孔速稳定系数为提馏段计算结果如下：实际孔速稳定系数为故在本设计中无明显漏液5.液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高应服从下列公式的关系，即苯-氯苯物系属一般物系，取，则精馏段计算结果如下：而板上不设进口堰，可由公式计算，即液柱液柱提馏段计算结果如下：而板上不设进口堰，可由公式计算，即液柱液柱故在本设计中不会发生液泛现象（三） 塔板负荷性能图1.漏液线精馏段计算结果如下：提馏段

10、计算结果如下：在操作范围内，任取几个值，依上式计算出数值，计算结果列于下表：由上表数据即可作出漏液线1。2.液沫夹带线以由精馏段计算结果如下：提馏段计算结果如下：在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于x下表由上表数据即可作出液沫夹带线2。3.液相负荷下限线对于平直堰，去堰上液层高度作为最小液体负荷标准。取，则据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。4.液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限，由下公式得： 故据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。5.泛液线令由 联立得整理得:将有关的数据代入，得精馏段计算结果:提馏段计算结果:在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表。根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图。在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图可看出，该筛板塔的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图差得。故操作弹性为所设计筛板的主要结果汇总于表。项目符号单位计算数据精馏段提留段各段平均压强各段平均温度平均流量气相液相实际塔板数板间距塔的有效高度塔径空塔气速塔板液流形式溢流装置溢流管型式堰