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1、0精馏塔课程设计一、设计方案的确定及工艺流程的说明一、设计方案的确定及工艺流程的说明设计方案：原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔） ，塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。工艺流程：如图 1 所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝
2、液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。精馏装置包括精馏塔、原料预热器，精馏釜（再沸器） 、冷凝器等设备。总之，确定流程时要较全面、合理地兼顾设备、操作费用、操作控制及安全诸因素。二、全塔的物料衡算二、全塔的物料衡算苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（MT 法）求取，TN步骤如下：1.根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点
3、方程和露点方程求取yx 1依据，将所得计算结果列表如下： BABtppppx/tApxpy/本题中，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yx 系的影响完全可以忽略。2.先求 q 值原料液的汽化热为 rm=0.728*389*78+0.272*325*112.61=32043.7KJ由上图可查得 xf=0.728 时的泡点为 88.4，平均温度为 （88.4+65）/2=76.7。有附表查得，在此温度下苯和氯苯的比热容分别为1.91KJ/（kg）和 1.47 KJ/（kg） 。故，原料液的平均比热容为：Cp=1.91*7
4、8*0.728+1.47*112.61*0.272=153.5KJ/（kmol）所以1.112rmrmtCpq*7 .320437 .32043)654 .88(5 .153所以 q 线方程为5 . 693. 91112. 1728. 01112. 1112. 111xxqxxqqyF3.确定操作的回流比R R将 1.表中数据作图得曲线及曲线。在图上，由 qyx yxtyx 线方程查得，。故有：7469. 0ex917. 0ey986. 0Dx40564. 07469. 0917. 0917. 0986. 0minqqqD xyyxR又根据 N 和 R 的关系作图得：2以（0，0）点为圆心，做
5、切线于上曲线交于一切点 x=0.48，所以R=0.48，则=1.18。minRR即：48. 040564. 018. 16 . 2mRR4.求理论塔板数精馏段操作线：54. 045. 011xRxxRRyD提馏段操作线：hkmolLRDL/1728.13438.165*8113. 0,4.1 逐板计算法所以，精馏段所需理论板层数为 6 块，第 7 块为理论板加料板。此后，根据提馏段操作线方程，得出所以，用逐板法计算可得到，精馏段塔板数为 6 块，第 7 块为加料板。提馏段塔板数为 5 块。总理论塔板数为 12 块。（二）实际塔板数pN1.全塔效率TE选用公式计算。该式适用于液相粘度为mTElo
6、g616. 017. 00.071.4mPas 的烃类物系，式中的为全塔平均温度下以进料组成表m示的平均粘度。00099. 0229. 100432. 092.5832.224*8113. 01728.13492.5892.5832.224*8113. 01728.13432.224*8113. 01728.134xxxWqFLWxWqFLqFLyw3塔的平均温度为 0.5(80+131.8)=106（取塔顶底的算术平均值） ，在此平均温度下查化工原理附录 11 得：，。smPa24. 0AsmPa34. 0B267. 0728. 0134. 0728. 024. 01FBFAmxx52. 0
7、267. 0log616. 017. 0log616. 017. 0mTE2.实际塔板数（近似取两段效率相同）pN精馏段：块，取块5 .1152. 0/61pN121pN提馏段：块，取块6 . 952. 0/52pN102pN总塔板数块。2221pppNNN四、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算四、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：kPa7 .113127 . 03 .105Fp平均压强kPa5 .1092/7 .1133 .105mp（二）平均温度mt查温度组成图得：加料
8、板为 65，塔顶温度为 80。5 .722/8065mt（三）平均分子量mM塔顶： ，（查相平衡图）970. 0dx986. 0dykg/kmol59.7861.112986. 0111.78986. 0,mVDMkg/kmol15.7961.112970. 0111.78970. 0,mLDM4加料板：，（查相平衡图）728. 0Fx913. 0Fykg/kmol11.8161.112913. 0111.78913. 0,mVFMkg/kmol49.8761.112728. 0111.78728. 0,mLDM精馏段：kg/kmol87.7815.7959.78,mVMkg/kmol30.8
9、42/49.8711.81,mLM（四）平均密度m1.液相平均密度mL,塔顶：3kg/m0 .817801886. 113.9121886. 113.912,tALD3kg/m1 .1039800657. 14 .11240657. 14 .1124,tBLD3kg/m5 .8201 .103902. 00 .81798. 01, ,mLD BLDBALDAmLDa a 进料板：3 ,kg/m91.834651886. 113.9121886. 113.912tALF3 ,kg/m13.1055650657. 14 .11240657. 14 .1124tBLF3 , ,kg/m706.900
10、13.105535. 091.83465. 01mLF BLFBALFAmLFaa精馏段：3 ,kg/m604.8602/706.9005 .820mL2.汽相平均密度mV,3, ,kg/m0065. 35 .72273314. 887.785 .109mmVm mVRTMp（五）液体的平均表面张力m塔顶：；（80）mN/m08.21,ADmN/m02.26,BDmN/m14.21986. 002.26014. 008.2102.2608.21, DABBABA mDxx进料板：；（65）mN/m01.23,AFmN/m97.27,BF5mN/m18.24728. 097.27272. 001
11、.2397.2701.23, FABBABA mFxx精馏段：mN/m66.222/ )14.2118.24(m（六）液体的平均粘度mL,塔顶：查化工原理附录 11，在 80下有：smPa317. 0014. 0445. 0986. 0315. 0,DBBDAAmLDxx加料板：smPa395. 0272. 049. 0728. 036. 0,mLF精馏段：smPa356. 02/395. 0317. 0,mL五、精馏段的汽液负荷计算五、精馏段的汽液负荷计算汽相摩尔流率kmol/h55.29938.1658113. 11DRV汽相体积流量/sm18. 20065. 3360087.7855.2
12、99 36003,mVmV sVMV汽相体积流量/h7848m/sm18. 233hV液相回流摩尔流率kmol/h17.13438.1658113. 0 RDL液相体积流量/sm00365. 0604.860360030.8417.134 36003,mLmL sLML液相体积流量/h13.14m/sm00213. 033hL冷凝器的热负荷kW20273600/ )310(59.7855.299VrQ六、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算六、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：mm500THmm60Lhm44. 006. 05 . 0LThH2.按 Smit
13、h 法求取允许的空塔气速（即泛点气速）maxuFu60283. 00065. 3604.860 18. 200365. 05 . 05 . 0 VLss VL 查 Smith 通用关联图得0935. 020C负荷因子0959. 02066.220935. 0202 . 02 . 020 CC泛点气速：m/s619. 10065. 3/0065. 3604.8600959. 0/maxVVLCu3.操作气速取m/s133. 17 . 0maxuu4.精馏段的塔径m566. 1133. 114. 3/18. 24/4uVDs为加工方便，圆整取，即上下塔段直径保持一致。mm1600D塔截面积为 22
14、201. 26 . 144mDAT实际空塔气速为smu/085. 101. 218. 2（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，且不设进口内堰。（1）溢流堰长（出口堰长）wl取m12. 16 . 17 . 07 . 0Dlw堰上溢流强度，满足筛hm/m130100hm/m732.1112. 1/14.13/33whlL板塔的堰上溢流强度要求。（2）出口堰高wh7owLwhhh对平直堰3/2/00284. 0whowlLEh由及，查化工原理图得，于是：7 . 0/Dlw898. 912. 1/14.13/5 . 25 . 2whlL02. 1E（满足要求）m006. 0m0149. 012. 1/14.1302. 100284. 03/2owhm0451. 00149. 006. 0owLwhhh（3）降液管的宽度和降液管的面积dWfA由，查图得，即：7 . 0/Dlw09. 0/,14. 0/TfdAADW，。m224. 0dW2m01. 2785. 02DAT2m181. 0fA液体在降液管内的停留时间（满足要求）s524.79s36500. 0/5 . 0181. 0/sTfLHA（4）降液管
