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1、徐州工程学院化工原理课程设计说明书设计题目：苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 设计者：班级：10环工2班 姓名： 陈佳辉 学号： 20101708232 设计日期： 指导教师：（签名） 设计成绩： 日期： 徐州工程学院化工原理课程设计任务书学 院（系）：环境工程学院专 业：环境工程学 生 姓 名：陈佳辉学 号：20101708232设 计 题 目：苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计起 迄 日 期:2013年10月28日 11月 10日指 导 教 师:王菊教研室主任: 曹文平发任务书日期:2013年10月 20日化工原理课程设计任务书一设计题目设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯
2、21600t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%（以上均为质量分数）。二操作条件1.塔顶压强 4kPa（表压）；2.进料热状况 自选；3.回流比 自选；4.塔底加热蒸汽压力 0.5MPa(表压)；5.单板压降不大于0.7kPa；三塔板类型浮阀塔板（F1型）。四工作日每年300天，每天24小时连续运行。五厂址厂址为徐州地区。六设计内容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据的计算；4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5.塔板主要工艺尺寸的计算；6.塔板的流体力学验算；7.塔板负荷性能图；8.精馏塔接管尺寸计算；9.绘制生产工艺流程图；10.绘制精馏塔
3、设计条件图；11.绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）；目录1 设计方案的确定224的计算42.3.2 确定操作的回流比R52.3.3 实际塔板数72.3.5 温度82.3.6 平均分子量893塔和塔板主要工艺尺寸的设计10 塔板工艺结构尺寸的设计与计算12124.1 塔板压降164.2 液泛1720225.4气体负荷下限线（漏液线）22236.1 塔顶空间246.2 塔底空间256.3 人孔数目25塔高25接管266.5.1 进料管262627276.5.5 塔釜进气管282828297计算结果总汇308结束语319 符号说明：311 设计方案的确定 1.1操作压力蒸馏操作可在常压，加压，减
4、压下进行。应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计为一般物料因此，采用常压操作。 1.2进料状况进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。这样塔的操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也叫方便。本次设计采用泡点进料即q=1。 1.3加热方式蒸馏釜的加热方式一般采用间接加热方式，若塔底产物基本上就是水，而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大。便可以直接采用直接加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内
5、只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面，这样，操作费用和设备费用均可节省一些，然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍微有增加。但对有些物系。当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。工艺流程图 浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)， 塔板效率较高，生产能力较大。浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料，浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计
6、资料更易得到，便于设计和对比，而且更可靠。浮阀塔更适合，塔径不是很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。 原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热后送入连续板式精馏塔F1型浮阀塔），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至后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。浮阀精馏塔工艺简图2塔的物料衡算 2.1料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率 2平均分子量 一年按300天算，每天工作24h，则每个精馏塔的原料液处理量为kg/h原料液处理量：F=/88.39=kmol/h总物料衡算：=D+W （1） 易挥发组分物料衡算：0
7、.7016=0.986D+0.0029W （2）联立上式（1）、（2）解得： 热量衡算 的计算苯氯苯物系属于理想物系，可采用逐板计数法求取NT，步骤如下：1.根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取依据，将所得计算结果列表如下： 表3-1 相关数据计算温度/8090100110120130140苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率x10y10相对挥发度5.135135 5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，所以其对平衡关系的影响完全可以忽
8、略。平均相对挥发度，则，汽液平衡方程为： 2.3.2 确定操作的回流比R采用泡点进料，q=1: 取实际操作的回流比为最小回流比的1.6倍: 操作线方程精馏段操作线方程： 泡点进料，q=1 L=L+qF= L+F=RD+F=+=(kmol/h)提馏段操作线方程： 2.3.3逐板计算法求理论板数的计算由于采用全凝器泡点回流故代入相平衡方程求出， 代入相平衡方程求出： 代入相平衡方程求出： 同理可得：故精馏段所需理论板层数为4，提馏段所需理论板层数为8（包括再沸器） 2.3.4全塔效率由过程工程原理查表6-2，通过内插法得：塔顶温度：td 塔釜温度：tw采用奥康奈尔法求出总板效率：其中为塔顶与塔底平
9、均温度下的相对挥发度，查得为塔顶与塔底平均温度下的液相黏度，查得 将上述数据代入 2.3.3 实际塔板数精馏段：（层）提馏段：（层）进料板位置：（层）故实际塔板数 ： 塔顶压强，取每层板的压降为，则进料板的压强为：，塔底压强为：精馏段平均操作压强为：提馏段平均操作压强为： 2.3.5 温度根据操作压强,经计算得塔顶,，进料板温度，塔底：，则精馏段平均温度：，提馏段的平均温度：。 2.3.6 平均分子量 塔顶： 进料板： 塔底： 则精馏段平均分子量：提馏段平均分子量：平均密度计算 气相平均密度计算由理想气体状态方程式计算，即 液相平均密度计算液相平均密度计算依下式计算，即：塔顶液相平均密度的计算
10、： 塔顶 ： 故塔顶： ，即；进料板： 查手册得 故 即 塔底：，故 即 故精馏段平均液相密度： 提馏段平均液相密度： 液体表面张力 液相平均表面张力依下式计算，即 由查手册得： 由查手册得： 由 精馏段平均表面张力： 提馏段平均表面张力： 3塔和塔板主要工艺尺寸的设计精馏段的计算 精馏塔的气液相负荷LV1. 精馏段气液体积流率： 式中C依式计算，其中C20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,则查史密斯关联图，可得。 取安全系数为0.7，则空塔气速为 精馏段的塔径 按标准塔径圆整取 塔截面积：实际空塔气速为：2. 提馏段气液体积流率：由式中C依式计算，其中C20可由史密斯关联图查出，图的横坐标为 查史密斯关联图，可得； 取安全系数为0.7，则空塔气速为 提馏段的塔径 按标准塔径圆整取 塔截面积：实际空塔气速为： 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 溢流装置根据塔径和液体流量，可选用单溢流、弓形降液管，凹形受液盘，塔板采用单流和分块式组装。1. 溢流堰长：单溢流取（0.6-0.8）D，取堰长为0.66D，即2. 溢流堰高度： 选用平直堰，堰上液层高度由佛兰西斯公式求得： 近似取E=1，则精馏段： 取，则提馏段： 取，则3. 弓形降液管宽度和截面积： 由查弓形降液管的宽度与面积得: 故 验算液体在降液管里停留的时间精馏段： 提馏段： 故降液管设计合理：则降液管底隙高
