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1、标准文档课程设计题目一苯-氯苯分离过程筛板精馏塔设计2.3万吨一、设计题目试设计一座苯一氯苯连续精馆塔，已知原料液的处理量为2.3万吨，设 塔顶馆出液中含氯苯不高于2%，塔底馆出液中含苯不高于0.2%，原料液中 含氯苯为38% （以上均为质量）。二、操作条件1. 塔顶压强：4kPa （表压）；2. 进料热状况：泡点进料；3. 回流比：2R .；min4. 塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa （表压）；5. 单板压降不大于：0.7kPa；6. 冷却水温度：35C；7. 年工作日300天，每天24小时连续运行。三、设计内容1. 精馅塔的物料衡算；2. 塔板数的确定；3. 精馆塔的工艺条件及有关物性数据
2、的计算；4. 精馆塔的塔体工艺尺寸计算；5. 塔板主要工艺尺寸的计算；6. 塔板流体力学性能的计算；实用文案7. 塔板负荷性能图的绘制；8. 塔的工艺计算结果汇总一览表；9. 生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制；10. 对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。四、基础数据1.组分的饱和蒸汽压po （mmHg） i温度，(C)8090100110120130131.8p oi苯760102513501760225028402900氯苯1482052934005437197602.组分的液相密度p（kg/m3）温度，(C)8090100110120130p苯817805793782770757
3、氯苯1039102810181008997985纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯pA = 912 -1.1871推荐：pA = 912.13 -1.1886/氯苯 pB = 1127 1.111t推荐：Pb = 1124.4 -1.06571式中的t为温度，C。3. 组分的表面张力g （mN/m）温度，(C)8085110115120131g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g可按下式计算:G =巴& （ X、X为A、B组分的摩尔分率）m G AXB + G BXAA B4. 液体的粘度口L温度t
4、,C6080100120140苯 mPas0.3810.3080.2550.2150.184氯苯mPas0.5150.4280.3630.3130.2745. 氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35 . 3X103kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度 的关系可用下式表示：史=七2心（氯苯的临界温度：t = 359.2OC ） r 0.38 I t -1 ）c1 c 1 76. 其他物性数据可查化工原理附录。目录一.月.5一.产品简介8三、设计方案的确定及工艺流程的说明9四、全塔的物料衡算111. 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率112. 平均摩尔质量113. 料液及塔顶底产品的摩尔流率11五
5、、塔板数的确定121 .理论塔板数的求取 122. 实际塔板数132.1全塔效率13六、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算141. 平均压强152. 平均温度153. 平均分子量134. 平均密度144.1液相平均密度145. 液体的平均表面张力 146. 液体的平均粘度15七、精馏段的汽液负荷计算18八、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算221. 塔径222. 塔板工艺结构尺寸的设计与计算221.1溢流装置221.2溢流堰长（出口堰长）221.3出口堰高171.4降液管的底隙高度233. 塔板布置234. 开孔数和开孔率235. 塔高的计算.23.九、塔板上的流体力学验算241. 气体通
6、过筛板压降和的验算242. 气体通过板上液层的压降253. 雾沫夹带量的验算254. 漏液的验算265. 液泛的验算26十、塔板负荷性能图271. 雾沫夹带线272. 液泛线（2）243. 液相负荷上限线（3）234. 漏液线（气相负荷下限线）（4）235. 液相负荷下限线（5）23十一、精馏塔的设计计算结果汇总一览表28十二、结束语28十三、参考文献29十四、思考题29苯-氯苯分离过程板式精馅塔设计计算书一、前言课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系 实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的 初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和
7、前修课程的基本知 识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务， 从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计 的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问 题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养 实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念， 培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常 压下操作，被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一2001级学生用化工原理课程设计示范4定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合
8、格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯 纯度不低于99.8%,塔顶产品苯纯度不低于98% （质量分数）。高径比很大的设备称为塔器。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备 之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及 传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸 和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼 有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能 力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有 关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，
9、塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触， 以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑 下列各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列 各项要求：（1）生产能力大.在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾 沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动 时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连 续操作。（3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节 省生产中的动力消耗，以及降低经
10、常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的 压力降还使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过 程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求， 仅是在某些方面具有独到之处.根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板 式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔 的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点： 生产能力大2040%,塔板效率高10 15%,压力降低3050%,而且结构简 单，塔盘造价减少40%左右，
11、安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状 况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛 板(孔径可达20 25mm)，导向筛板等多种形式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分.工业塔常 用的筛孔孔径为3 8mm,按正三角形排列.空间距与孔径的比为2.55.近 年来有大孔径(10 25mm )筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只 是漏夜点低，操作弹性小。筛板塔的特点如下：(1) 结构简单、制造维修方便。(2) 生产能力大，比浮阀塔还高。(3) 塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。(4) 塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。(5) 合理设计的筛板塔可是具有较高的操
12、作弹性，仅稍低与泡罩塔。(6) 小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料 液。二、产品简介产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1.105g/cm3。沸 点 131. 6C。凝固点-45C。折射率 1. 5216(25C)。闪点 29. 4C。燃点 637. 8C,折射率 1. 5246,粘度(20C)0. 799mPas,表面张力 33. 28X 10-3N/m.溶解度参数8=9. 5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机 溶剂，不溶于水。易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1. 3% -7.1%(vol)。溶于大多数有机溶剂，不溶于水。常温下不受空气、潮气
13、及 光的影响，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。有毒.在体内有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。对皮肤 和粘膜有刺激性.对神经系统有麻醉性，LD502910mg/kg，空气中最高容许 浓度50mg/m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。质量指标：氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%,原料 液中苯38%。（以上均为质量分数）三、设计方案的确定及工艺流程的说明（一）设计方案简介1. 精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并 连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。 由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥
14、发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。2. 操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低， 适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。3. 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的 筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在苯和氯苯这种黏度 不大的分离工艺中有很好表现。4. 加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热 至泡点后送入精馏塔内。5. 由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。6. 再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全 冷凝后再冷却至泡点下一部分回流入塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至 储灌。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。（二）工艺流程及说明首先，苯和氯苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后， 通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进 料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有 液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而 液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些 气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留 一定的
