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1、化工原理课程设计阐明书设计题目: 苯氯苯精馏过程板式塔设计 设 计 者:班级 生物工程(2) 姓名 陈刚 日 期: 6月3号 指引教师: 设计成绩: 日期: 目 录u 设计任务书3u 设计计算书4 设计方案的拟定4 精馏塔物料衡算4 塔板数的拟定5 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算8 塔体工艺尺寸计算13 塔板重要工艺尺寸15 塔板流体力学验算17 浮阀塔的构造20 精馏塔接管尺寸23 产品冷却器选型25 对设计过程的评述和有关问题的讨论25附图:生产工艺流程图 精馏塔设计流程图设计任务书(一)题目试设计一座苯氯苯持续精馏塔,规定年产纯度99.5%的氯苯28000吨,塔顶馏出液中含氯苯不得
2、高于2%,原料液中含氯苯35%(以上均为质量分数)。(二)操作条件(1)塔顶压力 4kPa(表压);(2)进料热状况 泡点;(3)回流比 R=1.3Rmin;(4)塔底加热蒸汽压力 0.5Mpa(表压);(5)单板压降 0.7 kPa;(三)塔板类型 浮阀塔板(F1型)(四)工作日 每年按300天工作计,每天持续24小时运营(五)厂址 厂址为海南洋浦工业开发区设计计算书一、设计方案的拟定本任务是分离苯氯苯混合物。对于二元混合物的分离,应采用持续精馏流程,本设计采用板式塔持续精馏。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进精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流
3、至塔内,其他部分冷却后送至储物罐。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的1.3倍,且在常压下操作。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储物罐。二、精馏塔物料衡算(以轻组分计算)1原料液及塔顶、塔釜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、塔釜产品的平均摩尔质量 3物料衡算原料解决量 总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 三、塔板数的拟定1理论板数NT的求取(1)由手册查得苯氯苯物系的气液平衡数据,绘出xy图,见图1。8090100110120130131.8101.33136.66179.99234.60299.99378.65386.6519.73
4、27.3339.0753.3372.4095.86 101.331.0000.6770.4420.2650.1270.0190.0001.0000.9130.7850.6130.3760.0720.000图1 图解法求最小回流比(2)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=0.728交平衡线于q点,连接a、q两点,过q点作横轴的平行线交纵轴于一点,读得 图1 xy图yq=0.932,则最小回流例如下:取操作回流比为 (3)求精馏塔的气、液相负荷 (4)求操作线方程精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 (5)图解法求理论板层数如附图1,将x=0.728带入精馏段操作
5、线方程,得出y=0.919,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点(0.007,0.007),连接cd两点即得提馏段操作线。自a点开始在操作线和平衡线之间作阶梯线。求解成果为:总理论板层数 进料板位置 2 实际板层数的求解(试差法)总板效率ET=0.54精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 实际总板层数为32试差法计算如下:四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算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 塔底操作压力 提馏段平均压力 2操作温度的计算表1 苯、氯苯Antoine常数数据表ABC温度范畴(K)苯6.019071204.6
6、82-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.36071466.083-15.44420-521氯苯6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-597(表1 苯、氯苯Antoine常数数据表ABC温度范畴(K)苯6.019071204.682-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.36071466.083-15.44420-521氯苯6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-597假设塔顶
7、的泡点温度,则纯组分的饱和蒸气压为对苯 对氯苯 代入泡点方程和露点方程,得 故假设对的,塔顶温度为假设塔顶的进料板温度,则纯组分的饱和蒸气压为对苯 对氯苯 代入泡点方程和露点方程,得 假设对的,故进料板温度为假设塔底的泡点温度,则纯组分的饱和蒸气压为对苯 对氯苯 代入泡点方程,得 假设对的,故塔顶温度为精馏段平均温度 提馏段平均温度 全塔平均温度 3平均摩尔质量的计算塔顶:由,查平衡曲线得 进料板:由图理论板得,查平衡曲线得 塔底:由图理论板得,查平衡曲线得 精馏段平均摩尔质量 提馏段平均摩尔质量 4平均密度的计算(1)气相平均密度计算由抱负气体状态方程计算,得精馏段 提馏段 (2)液相平均密
8、度计算 塔顶时, 进料板时, 塔底时, 精馏段液相平均密度为 提馏段液相平均密度为5液相平均表面张力的计算 塔顶时,查得 进料板时,查得 塔底时,查得 精馏段液相平均表面张力为 提馏段液相平均表面张力为 6. 液体平均粘度计算 塔顶时, 进料板时, 塔底时, 精馏段液相平均粘度为 提留段液相平均粘度为 全塔液相平均粘度为 又塔顶和塔底平均温度为(83.2+138)/2=110.6则此温度下的相对挥发度为根据奥康奈尔关联法, 故假设成立,总板效率ET=0.476五、塔体工艺尺寸计算 1塔径的计算(1)精馏段 由式中C由公式计算,其中可由史密斯关联图查出,图的横坐标为 取板间距,板上液层高度,则
9、由史密斯关系图得 取安全系数为0.6,则空塔气速为 统一按照塔板构造参数系列化原则(单溢流型)将塔径圆整后取D=1.0m。塔截面积 实际空塔气速 (2)提馏段 查图得 统一按照塔板构造参数系列化原则(单溢流型)将塔径圆整后取D=1000mm。塔截面积 实际空塔气速 2塔高的计算(1)精馏塔的有效高度精馏段 提馏段 在进料板上方开一人孔,提馏段中开两个人孔,其高度为0.8m,则有效高度为 (2)全塔实际高度取进料板板间距为0.8m,人孔处的板间距为0.8m,塔底空间高度为2.0m,塔顶空间高度为0.7m,封头高度为0.6m,裙座高度为2.0m,则全塔高为六、塔板重要工艺尺寸计算 根据塔径和液体流
10、量,选用单溢流弓形降液管、凹形受液盘,塔板采用单流和分块式组装。1溢流装置的计算(1)堰长:(2)堰高:由,选用平直堰,堰上液层高度由弗兰西斯公式求得精馏段: 取,则 提馏段: (3)降液管面积当时,查表得 塔的相对操作面积为(4)液体在降液管里停留的时间精馏段 故降液管设计合理(5)降液管底隙高度 精馏段和提馏段降液管下端与塔板间出口处的液体流速分别取 精馏段 提馏段 2塔板布置的计算选用F1型浮阀,阀孔直径39mm,阀片直径48mm,阀片厚度2mm,最大开度8.5mm,静止开度2.5mm,阀质量为3234g。(1)阀孔临界速度精馏段 提馏段 上下两段相应的阀孔动能因子为: 均属正常操作范畴。取边沿区宽度Wc0.055m,安定区宽度,开孔区面积 其中,(2)提馏段塔板布置取边沿区宽度Wc0.030m,安定区宽度,开孔区面积其中,(3) 浮阀数与开孔率F1 型浮阀的阀孔直径为39mm阀孔气速,其中取F0=10浮阀数目开孔率精馏段 提留段 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排,取同一横排的孔心距t=0.075m,则排间距为精馏段 提留段 考虑到塔的直径较大,故采用分块式塔板,而各分快板的支撑与衔接将占去一部分鼓泡区面积,因此排间距应不不小于计算值,故取=40mm=0.04m重新计算孔速及阀数 精馏段