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1、苯-氯苯精馏塔的工艺设计1化工原理设计任务书一、设计题目一、设计题目: : 苯苯- -氯苯精馏塔的工艺设计氯苯精馏塔的工艺设计二、设计任务二、设计任务1）进精馏塔的原料液中含氯苯为 30%（质量百分比，下同） ，其余为苯。2）塔顶馏出液中含氯苯不高于 2%。3）生产能力为日产纯度为 99.8%的氯苯 Z 吨产品。年工作日 330 天，每天24 小时连续运行。 （设计任务量为 55 万吨/年）三、操作条件操作条件1.塔顶压强 4kPa（表压） ；2.进料热状况，自选；3.回流比，自选；4.塔釜加热蒸汽压力 506kPa；5.单板压降不大于 0.7kPa；6. 设备型式：自选7厂址 唐山地区四、设
2、计内容四、设计内容1.设计方案的确定及工艺流程的说明；2.塔的工艺计算；3.塔板流体力学计算；4.塔附件设计计算；5.塔总体高度设计；6. 辅助设备的选型与计算；7.塔的机械强度校核；8.设计结果列表或设计一览表；9.精馏塔的装配图10.对设计结果的自我评价总结与说明11.设计说明书一份五、基础数据五、基础数据1.组分的饱和蒸汽压（mmHg） ip苯-氯苯精馏塔的工艺设计2温度， （）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900 ip 氯苯1482052934005437197602.组分的液相密度（kg/m3）温度， （）80901001
3、10120130苯817805793782770757 氯苯1039102810181008997985纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯 tA187. 1912氯苯 tB111. 11127 式中的 t 为温度，。3.组分的表面张力（mN/m）温度， （）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3 氯苯26.125.722.722.221.620.4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）ABBABA mxxBAxx 、4.氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为 35.3103kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系
4、可用下式表示：（氯苯的临界温度：）38. 01212 tttt rrccC2 .359ct5.其他物性数据可查化工原理附录。苯-氯苯精馏塔的工艺设计3苯苯- -氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）一、精馏塔的物料衡算一、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 112.5 kg/kmol。771. 05 .112/3 . 078/7 . 078/7 . 0Fx986. 05 .112/02. 078/98. 078/98. 0Dx00288. 05 .112/998. 078/002. 078/002.
5、 0Wx平均摩尔质量kg/kmol9005.855 .112771. 01771. 078FM2.物料衡算依题给条件：一年以 330 天，一天以 24 小时计，因有：kg/h69440)24330/(550000F则kmol/h38.8089005.85/69440/ FMFF对全塔做物料衡算有：WDFWxDxFxWDFWDWD 00288. 0986. 0771. 038.80838.808 得: kmol/h69.167kmol/h69.640 WD二、塔板数的确定二、塔板数的确定1.理论塔板数的求取TN苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（MT 法）求取，步骤TN如下：1).根据苯
6、-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取yx 依据，将所得计算结果列表如下： BABtppppx/tApxpy/温度， （）8090100110120130131.8苯-氯苯精馏塔的工艺设计4苯760102513501760225028402900 ip 氯苯148205293400543719760x x10.6790.4440.2660.1280.020两相摩尔分率y y10.9140.7860.6150.3790.0750本题中，由于塔内压力接近常压（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yx 完全可以忽略。2).确定
7、操作的回流比R R将 1).表中数据作图绘出曲线及曲线。采用泡点进料,则yx yxt。在图上，因，查得，而，1qyx 1q942. 0qy771. 0Fqxx。故有：986. 0Dx2573. 0771. 0942. 0942. 0986. 0minqqqD xyyxR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：5146. 02573. 022min RR3）.求理论塔板数精馏段操作线：651. 034. 011xRxxRRyD提馏段操作线为过和两点的直线。00288. 0 ,00288. 0913. 0 ,771. 0图解得块（不含釜） 。其中，精馏段块，
8、提馏段10111TN31TN块，第 4 块为加料板位置。72TN图及见附图yx yxt2实际塔板数pN（近似取两段效率相同）52. 0TE精馏段：块，取块77. 552. 0/31pN61pN提馏段：块，取块5 .1352. 0/72pN142pN苯-氯苯精馏塔的工艺设计5总塔板数块。2021pppNNN三、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算三、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算（一）平均压强mp取每层塔板压降为 0.7kPa 计算。塔顶：kPa3 .10543 .101Dp加料板：kPa5 .11967 . 03 .105Fp平均压强kPa4 .1072/5 .1193 .1
9、052/ )(FDmppp（二）平均温度mt查温度组成图()得：塔顶为 81.2，加料板为 86.2。yxt精馏段平均温度 7 .832/2 .862 .81mt（三）平均分子量mM塔顶： ，（查相平衡图）986. 01Dxy944. 01xkg/kmol483.785 .112986. 0178986. 0,mVDMkg/kmol932.795 .112)944. 01 (78944. 0,mLDM加料板：，（查相平衡图）941. 0Fy771. 0Fxkg/kmol0355.805 .112941. 0178941. 0,mVFMkg/kmol9005.855 .112771. 01787
10、71. 0,mLFM精馏段：kg/kmol26.792/0355.80483.78,mVMkg/kmol916.822/932.799005.80,mLM（四）平均密度m1.液相平均密度mL,塔顶：3 ,kg/m616.8152.81187.113.912187.1912tALD3 ,kg/m787.10362 .81111. 11127111. 11127tBLD苯-氯苯精馏塔的工艺设计6液相平均密度依下式计算 iiLm/13 , ,kg/m14.819787.103602. 0616.81598. 01mLD BLDBALDAmLDaa进料板：3 ,kg/m681.8092 .86187.
11、 1912187. 1912tALF3 ,kg/m232.10312 .86111. 11127111. 11127tBLF3 , ,kg/m46.865232.10313 . 068.8097 . 01mLF BLFBALFAmLFaa精馏段：3 ,kg/m3 .8422/46.86514.819mL2.汽相平均密度mV,3, ,kg/m8704. 27 .83273314. 826.794 .107mmVm mVRTMp（五）液体的平均表面张力m液体的平均表面张力计算公式 iiLmx塔顶： 查图得 CtD2 .81；mN/m12.21,ADmN/m05.26,BDmN/m18.21986.
12、 005.26014. 012.2105.2612.21 , DABBABA mDxx进料板： 查图得 CtF2 .86；mN/m75.20,AFmN/m8 .25,BFmN/m18.21771. 08 .25)771. 01 (75.208 .2575.20 , FABBABA mFxx精馏段：mN/m45.212/72.2118.21m（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，在 81.2下有： smPaA305. 0smPaB41. 0苯-氯苯精馏塔的工艺设计7smPa3065. 0014. 041. 0986. 0305. 0,DBBDAAmLDxx加料板： 查共线
13、图得 CtF2 .86smPaA285. 0smPaB41. 0smPa3067. 0)771. 01 (38. 0771. 0285. 0,mLF精馏段：smPa3066. 02/3067. 03065. 0,mL四、精馏段的汽液负荷计算四、精馏段的汽液负荷计算由于进料量较大，可采用两塔并联操作。则kmol/h845.832167.69W/h 320.35kmol2640.69Dkmol/h 19.404238.808F汽相摩尔流率kmol/h202.48535.320)5146. 01 (1DRV汽相体积流量/sm722. 38704. 23600916.82202.485 36003,m
14、VmV sVMV汽相体积流量/h13397.8m/sm722. 333hV液相回流摩尔流率kmol/h852.16435.3205146. 0 RDL液相体积流量/sm004508. 03 .8423600916.82852.164 36003,mLmL sLML液相体积流量/h16.228m/sm004508. 033hL五、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算五、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算（一）塔径1.初选塔板间距及板上液层高度，则：mm600THmm70Lhm53. 007. 06 . 0LThH2.按 Smith 法求取允许的空塔气速（即泛点气速）maxuFu02075. 08704. 23 .842 722. 3004508. 05 . 05 . 0 VLss VL 苯-氯苯精馏塔的工艺设计8查 Smith 通用关联图得115. 020C负荷因子1166. 02045.210115. 0202 . 02 . 020CC泛点气速：m/s994. 18704. 2/8704. 23 .8421166. 0/maxVVLCu3.操作气速取m/s396. 17 . 0maxuu4.精馏段的塔径m843. 1396. 114. 3/722. 34
