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1、化工原理课程设计说明书设计题目： 苯一氯苯精馏过程板式塔设计设计者：班级化工095姓名闫宏阳日 期： 2011 年12月13号指导教师：杨胜凯设计成绩：日期：目录设计任务书 3设计计算书4设计方案的确定 4精馏塔物料衡算4塔板数的确定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塔板主要工艺尺寸15塔板流体力学验算17浮阀塔的结构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：生产工艺流程图设计任务书精馏塔设计流程图（一）题目 试设计一座苯一氯苯连续精馏塔，要求年产纯度 99.8%的氯苯21000 吨，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%原料液中含氯苯
2、45%（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=1.4Rmin ；（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，每天连续24小时运行（五）厂址厂址为天津地区设计计算书一、设计方案的确定本任务是分离苯一氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，本设计采用板式塔连续精馏。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 部分回流至塔内，其余部分冷却后送至储物罐
3、。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 1.4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Ma = 78.11kg/kmol氯苯的摩尔质量Mb = 112.56kg /kmolXfXd7638-0.9860.55/78.110.55/78.110.45/112.560.98/78.110.98/78.11 0.02/112.56-0.0030.002/78.110.002/78.11 0.998/112.562 原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量Mf =0
4、.63878.11(1-0.638)112.56 = 90.58kg/kmolMD =0.98678.11(1-0.986)112.56 = 78.59kg/kmolMW =0.00378.11(1-0.003)112.5 112.46kg/k mo3 物料衡算原料处理量“21000X000 一 亠,W2 5.93k /iho l300咒24咒112.46总物料衡算F =D 2 5. 9 3苯物料衡算0.638F =0.986D 0.003 2 5. 9 3联立解得D 二 47.31kmol / hF =73.24kmol/h三、塔板数的确定xy图，见图11.理论板数Nt的求取(1) 由手册查
5、得苯一氯苯物系的气液平衡数据，绘出T/oC8090100110120130131.8pA/kPa101.33136.66179.99234.60299.99378.65386.65pB/kPa19.7327.3339.0753.3372.4095.86101.33oP- Pb入00Pa - pB1.0000.6770.4420.2650.1270.0190.0000Pa y = Jx p1.0000.9130.7850.6130.3760.0720.000x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=0.638 交平衡线于q点，连接a
6、q两点，过q点作横轴的平行线交纵轴于一点，读得yq=0.896，则最小回流比如下：Rmin0.35取操作回流比为R =1.4Rmin =1.4 0.35 =0.49(3) 求精馏塔的气、液相负荷L = RD =0.49 47.3仁 23.18kmol/hV = (R 1) D 二(0.49 1) 4 7.317 0.4 9 k /rho lL=L F =23.1 87 3.2 如 6.42k/rho IV =V =70.4 9 k /rho I(4) 求操作线方程精馏段操作线方程LD23.1847.31 y x xDx0.986 二 0.328x 0.662V V70.4970.49提馏段操作
7、线方程.L . W96.42 . 25.93 fy xxWx0.003 = 1.369x - 0.0 0 1V V70.4970.49（5）图解法求理论板层数如附图1,将x=0.638带入精馏段操作线方程，得出y=0.871，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。点（0.003,0.003）， 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。 求解结果为：总理论板层数Nt =11（包括再沸器）进料板位置N F = 42 实际板层数的求解（试差法）假设总板效率Et=0.49精馏段实际板层数N精二22/0.49 =44.9、45实际板层数为26
8、/0.49-1=52 （不包括再沸器）试差法计算如下：Np=52塔顶压力：PD = 101.3 4 = 105.3KPa塔底压力.Pw =105.3 0.667 52 =139.984Pa已知塔底组成为四、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PD =101.3 4 =105.33kPa每层塔板压降：P =0.7k Pa进料板压力PF =105.33 0.7 9 =111. 63k Pa精馏段平均压力Pm1 =(111.63 105.33)/2 =1 0 8. 48k Pa塔底操作压力PD =105.33 0.7 23=121. 43kPa提馏段平均压力Pm2 =(
9、11 1. 6312 1. 4)32 =11 6. 53k Pa2 操作温度的计算表1 苯、氯苯Antoine 常数数据表ABC温度范围（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（表1苯、氯苯Antoine常数数据表ABC温度范围（K）苯6.019071204.682-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.
10、36071466.083-15.44420-521氯苯6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-5971236.034对苯lgP_6.06832 一-48.993；273.15 泡 04742假设塔顶的泡点温度t=83.2C，则纯组分的饱和蒸气压为1431.83pO -1 1 1. 53kPatt lg pB =6.10416 =1.34464对氯苯-55.515 83.2 273.15pB -22.11kPa代入泡点方程和露点方程，得（10334）空 0.931ox _ P _ Pbo oPa - Pbp；111.53 0.931y
11、x0.986p105.33111.53 -22.11=XD故假设正确，塔顶温度为tD =83.2C假设塔顶的进料板温度t=94.4C，则纯组分的饱和蒸气压为1236.034对苯lg p； =6.06832 = 2.1 8825-48.99 94.4 273.15p； =1 5 4. 2k6Pa对氯苯 lgpB10416 1431.831.51548-55.515 94.4273.15pB =32.77kPa代入泡点方程和露点方程,oo3二7。.638pA-pB 15 4.2632.7 7假设正确，故进料板温度为tF =94.4oC假设塔底的泡点温度t=137C，则纯组分的饱和蒸气压为1236.
12、034对苯lg p； =6.06832 48.99 +137 +273.15p； = 442.51 kPa对氯苯 gpB”62988 5.21 137 273.15pB =115.28kPa代入泡点方程，得p； pB 442.5111 5.28假设正确，故塔顶温度为tW=137C精馏段平均温度m1 =(83.2 94. 4/2 =88. 8C提馏段平均温度tm2 =(94. 4 1 37/2 =1 1 5.Q全塔平均温度= (83.2 137)/2 =110.1 C3 平均摩尔质量的计算塔顶：由yxD =0.986，查平衡曲线得 为=0.920MVDm =0.986 78.11 (1-0.98
13、6) 112.56 = 78.60kg/kmolMLDm =0.920 78.11 (1-0.920) 112.56 = 80.87kg/k m o I进料板：由图理论板得 y =0.885 ,查平衡曲线得Xf =0.621MVFm =0.885 78.11 (1 -0.885) 112.56 =82.07kg/kmolMLFm =0.621 78.11 (1 -0.621) 112.56 = 91.17kg/k m o I塔底：由图理论板得yn =0.003 ,查平衡曲线得Xn =0.001Mm =0.003 78.11 (1-0.003) 112.56 = 112.46kg/kmolMLWm =0.001 78.11 (1-0.001) 112.56 = 1 1 25 3 k/jk mo I 精馏段平均摩尔质量MVm1 =(78.60 82.07)/2 = 80.34kg/kmolM Lm1 = (80.87 91.17) / 2 = 86.02kg / k m o I提馏段平均摩尔质量MVm2 =(82.07 112.46)/2 = 97.27kg/kmolMLm2 =(91.17 112.53)/2 =101.85kg/k mol4 平均密度的计算(1) 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，得
