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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：生产工艺流程图精馏塔设计流程图设计任务书（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45%（
2、以上均 为质量分数）。（二）操作条件（1）塔顶压力（2）进料热状况4kPa（表压）；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。该物
3、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M a = 78.11kg /km ol氯苯的摩尔质量M B = 112.56kg/k m o lXf0.55/78.110.55/78.110.45/112.56= 0.638Xd0.98/78.110.98/78.11 0.02/112.56-0.986Xw0.002/78.110.002/78.110.998/112.56-0.0 0 32 原料液及塔顶、塔釜产品的平均
4、摩尔质量Mf=0.63878.11(1 -0.638)112.56 =90.58kg/kmolM D=0.98678.11(1 -0.986)112.56 = 78.59kg / kmolMW=0.00378.11(1 -0.003)112.56 = 112.46kg/k mo l3 物料衡算21000 汇 1000原料处理量 W 21000 10002 5. 9 3k mho l302112.46总物料衡算F二D 2 5. 9 3苯物料衡算 0.63 F =0.9 8D 0.0 0 3 25. 93联立解得D =4 7 . 3 1 k/Th o IF 7 3.2 4 k/Th o I三、塔板
5、数的确定1.理论板数Nt的求取(1)由手册查得苯一氯苯物系的气液平衡数据，绘出xy图，见图1T/oC8090100110120130131.8pA/kPa101.33136.66179.99234.60299.99378.65386.65pB / kPa19.7327.3339.0753.3372.4095.86101.33op PbX= ooPa - Pb1.0000.6770.4420.2650.1270.0190.000oPa y = xP1.0000.9130.7850.6130.3760.0720.0001.000yq“0.8000.6000.4000.2000.000 匚0.000
6、Xd0.2000.4000.600 Xq0.8001.000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=0.638 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=0.896，则最小回流比如下：= 0.350.986 -0.8960.896 0.638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 47.31 =23.18kmol/hV=(R+1)D=(0.49+1F4 7.37 0.4 9 k/rh o l = L+ F=2
7、3.17 3.知96.42 k/rholV =V =7 0.49 k/To l（4）求操作线方程精馏段操作线方程LD23.1847.31y xxDx0.986 二 0.328x 0.662V V70.4970.49提馏段操作线方程.L. W96.42 . 25.93y 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
8、间作阶梯线。 求解结果为：总理论板层数Nt 1（包括再沸器）进料板位置Nf =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精二22/0.49二449、45提馏段实际板层数N提二4/0.49-1 = 8.11、7 （不包括再沸器）实际板层数为26/0.49-1=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.卩=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= 101.3105.33k P a每层塔板压降P=
9、0.7kPa进料板压力Pf= 105.33 0.7 111 .63kP精馏段平均压力Pm1= (111.63 105.33)/2 = 1 0 8.48 k P塔底操作压力Pd= 105.33 0.7 23 = 121 . 4 3k P提馏段平均压力巳2= (11 1.632 1 .4/ = 11 6 .53 k P2 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6.104161431.83-5
10、5.515335-4056.629881897.415.21405-597（表1苯、氯苯Antoine常数数据表ABC温度范围（K）苯6.019071204.682-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.36071466.083-15.44420-521氯苯6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-597 假设塔顶的泡点温度t=83.2C,则纯组分的饱和蒸气压为对苯ig pA= 6.06832 -1236.034-48.99 83.2 273.15=2.04742pA =1 1 1 . 5
11、3 k Pa1431.83对氯苯 lgPB =6.1041 _55.515 83.2 273.15 =1.34464pB =22.11kPa代入泡点方程和露点方程，得x=土二凹邑仝空0.931o oPa - PbpA111.53 汉 0.931y Ax0.986 二 xDp105.33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对苯1236.034lgpA=6.6832 二48.9994273.15 =2.1 8 8 251431.83p； =1 5 4.2 P a对氯苯 lg Pb 一 6.10416 _ _55.515.94.4.27
12、3.15 _1.51548pB = 32.77kPa代入泡点方程和露点方程，得%=上区二竺上吋0.638pA - pB假设正确，故进料板温度为tF =94.4C1236.034 假设塔底的泡点温度t=137C，则纯组分的饱和蒸气压为 对苯 lg Pa 一6.06832 一48.99 137 273.15pA =442.51 kPa1897.41对氯苯lgP5.62988 5.21 137 273.15pB =115.28kPa代入泡点方程，得o oPa 一 Pb0.0 03 80.0 0344 2 .-5111 5.28假设正确，故塔顶温度为tw=137C精馏段平均温度tm1 =(83.2 9
13、4.4/2=88.8C提馏段平均温度tm2 =(94.4 137)/2 =1 1 5o.C7全塔平均温度垢二(83.2 1 312=1 10oC3 平均摩尔质量的计算塔顶：由力=xD =0.986，查平衡曲线得! =0.920MvDm =0.986 78.11 (1 -0.986) 112.56 = 78.60kg/kmolM LDm = 0.920 78.11 (1 - 0.920) 112.56 二 80.87kg/k m ol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0.003，查平衡曲线得& =0.001Mm =0.003 78.11 (1-0.003) 112.56 = 112.46kg/kmolMLWm =0.001 78.11 (1-0.001) 112.5 112.53kg/k m o l精馏段平均摩尔质量MVm1 =(78.60 82.07)/2 =80.34kg/kmolMLm1 =(80.87 91.17)/2 =86.02kg/k m
