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1、 海南大学 课程设计书 系（部、中心） 材料与化工学院 姓 名 刘茜 学 号 20100411310077 专 业 化学工程与工艺 班 级 10级2班 同组人员 王娜 林达 吴小雪 龙哲儒 课程名称 化工原理课程设计 设计题目名称 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 起止时间2013.05.15-2013.06.10 成 绩 指导教师签名 化工单元设备设计任务书（苯氯苯精馏装置设计）一、设计题目试设计一座苯-氯苯连续精馏装置,要求年产纯度为99.5%的氯苯26000吨,塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%,原料液含氯苯35%(以上均为质量百分数)。二、设计条件（一）精馏塔（1）塔顶压力 4KPa（表）（
2、2）进料热状态 自选(3)回流比 自选(4)塔底加热蒸汽压力 0.5MPa（表）(5)单板压降 0.7KPa（6）全塔效率 ET=54%（7）塔板类型筛板或浮阀塔板（F1型）（二）换热器配置于精馏装置中的预热器 冷凝器 冷却器 再沸器等选一设计（1）加热介质饱和水蒸汽0.3MPa（绝）；（2）冷却介质冷却循环水，进口温度30，出温度40；（3）换热器允许压降Pa；（4）换热器类型标准型列管式或板式换热器。三、工作日每年工作300天，每天24小时连续运行。四、生产厂址海南洋浦工业开发区五、设计内容（一）选择合适的精馏塔（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
3、据的计算；（4）精馏塔的塔体工艺尺寸的计算；（5）塔板的主要工艺尺寸的计算；（6）塔板的流体力学验算与塔板负荷性能图；（7）精馏塔接管尺寸计算；（8）绘制精馏装置工艺流程图；（9）绘制精馏塔设计条件图；（10）对设计过程的评述和有关问题讨论。（二）选择合适的换热的（1）确定设计方案选择换热器类型；流动空间及流速的确定。（2）确定物性数据（3）估算传热面积（4）工艺结构尺寸（5）换热器核算（6）绘制换热器设计示意图；（7）对换热器设计过程的评述和有关问题讨论。目录第1章 绪 论1.1 精馏原理51.2 塔设备概述51.3 氯苯简介6第2章 苯-氯苯分离精馏72.1 工艺流程72.2设备选型82.
4、2.1 塔设备的选型82.2.2 塔板的类型与选择92.3 操作条件的选择.10第3章 工艺计算103.1 全塔的物料衡算103.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率103.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量103.1.3 原料液及塔顶底产品的摩尔流率113.2 塔板数的确定113.2.1 理论板层数NT的求取113.2.2 实际板层数的求取133.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算143.3.1 平均压强143.3.2 平均温度143.3.3 平均分子量143.3.4 平均密度153.3.5 液体的平均表面张力163.3.6 液体平均粘度计算17 3.3.7 气、液负相体
5、积流量负荷计算173.4 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算183.4.1 塔径193.4.2 精馏塔有效高度193.5 塔板主要工艺尺寸的计算203.5.1 溢流装置计算203.5.2 塔板布置21 3.5.3 筛孔计算及其排列213.6 筛板的流体力学验算223.6.1 塔板压降223.6.2 液面落差233.6.3 液沫夹带233.6.4 漏液233.6.5 液泛233.7 塔板负荷性能图243.7.1 精馏段塔板负荷性能图24 3.8 塔附件的设计293.8.1 接管293.8.2 裙座30 3.8.3 塔板负荷性能图30 3.8.4 塔总体高度的设计31第四章 换热器的设计31 4.1 热量
6、衡算.31 4.1.1 原料预热的热量衡算31 4.1.2 塔顶苯的热量衡算32 4.1.3 再沸器的热量衡算32 4.2换热器（冷却器）的计算33 4.2.1 塔顶苯的设计33 4.2.2 估算传热面积34 4.2.3 工艺结构尺寸34 4.3 换热器核算.35 4.3.1 核算压力降35 4.3.2 核算总传热系数37 4.5 对换热器设计过程的评述和有关问题的讨论39致 谢39参考文献39- 1 -第1章 总 论1.1 氯苯简介 氯苯为无色液体，分子式为C6H5Cl。具有苦杏仁味。第一次世界大战期间主要用于生产军用炸药所需的苦味酸。1940年以来，大量用于生产滴滴涕(DDT)杀虫剂。19
7、60年后，DDT逐渐被高效低残毒的其他农药所取代，氯苯的需求量日趋下降。20世纪后期以后，氯苯主要用做乙基纤维素和许多树脂的溶剂，生产多种其他苯系物的中间体，如硝基氯苯等。1.1.1物理性质 分子式：C6H5Cl；分子量：112.56；外观与性状：无色透明液体，具有不愉快的苦杏仁味。熔点：-45.2()：相对密度（水=1）：1.10；沸点：132.2（)；相对蒸气密度（空气=1）：3.9；饱和蒸气压：1.33(kPa)；临界温度：359.2()临界压力：4.52(MPa)；溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳、苯等多数有机溶剂。1.1.2 化学性质 常温下不受空气、潮气及光的影响，
8、长时间沸腾则脱氯。蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。易燃，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。与过氯酸银、二甲亚砜反应剧烈。1.1.3 基本用途 染料、医药工业用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基酚等有机中间体。橡胶工业用于制造橡胶助剂。农药工业用于制造DDT, 涂料工业用于制造油漆。 轻工工业用于制造干洗剂和快干油墨。化工生产中用作溶剂和传热介质。分析化学中用作化学试剂。1.2 苯简介苯（benzene， C6H6)有机化合物，是组成结构最简单的芳香烃，在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，其密度小于水，具有强烈的芳香气味。可燃，有毒，为IARC第一类致癌物。苯不
9、溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机剂。其碳与碳之间的化学键介于单键与双键之间，称大键，因此同时具有饱和烃取代反应的性质和不饱和烃加成反应的性质。苯的性质是易取代，难氧化，难加成。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基，用Ph表示。1.2.1 物理性质 苯的沸点为80.1，熔点为5.5，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水轻。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分
10、子和一些非极性的无机分子的能力很强,除甘油,乙二醇等多元醇外能与大多数有机溶剂混溶.除碘和硫稍溶解外,无机物在苯中不溶解.苯对金属无腐蚀性。苯能与水生成恒沸物，沸点为69.25，含苯91.2%。因此，在有水生成的反应中常加苯蒸馏，以将水带出。在10-1500mmHg之间的饱和蒸气压可以根据安托万方程计算lgP = A P/(C + t)参数：A = 6.91210，B = 1214.645，C = 221.205其中，P 单位为 mmHg，t 单位为 。1.2.2 化学性质 苯参加的化学反应大致有3种：一种是其他基团和苯环上的氢原子之间发生的取代反应；一种是发生在苯环上的加成反应（注：苯环无碳
11、碳双键，而是一种介于单键与双键的独特的键）；一种是普遍的燃烧（氧化反应）（不能使酸性高锰酸钾褪色）。1.2.3 基本用途脂肪、树脂和碘等的溶剂。测定矿物折射指数。有机合成。光学纯溶剂。高压液相色谱溶剂、用作合成染料、医药、农药、照相胶片、以及石油化工制品的原料、清漆、硝基纤维素漆的稀释剂、脱漆剂、润滑油、油脂、蜡、赛璐珞、树脂、人造革等溶剂。氯苯作为一种重要的基本有机合成原料，在生产上应用广泛，由苯液相氯化法制得的氯苯中含有一定量的苯，本设计为一连续精馏塔，用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯。1.3 精馏原理精馏是分离液体混合物最常用一种作，在化工、炼油等工业中应用很广。它通过汽、液两相的直接
12、接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发的由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。 精馏过程中，料液自塔的中部某适当的位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）连续排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。塔的上半部分（加料位置以上）称为精馏段，塔的下半部分包括再沸器（蒸馏釜）称为提馏段。 精馏用于比较难分离的体系，用普通的精馏不能分离的体系则可用特殊的精馏。特殊精馏是在物系中加入第三组分，改变被分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。1.4 塔设备概述塔设备是化工、石油化工和炼油
