苯-氯苯连续精馏塔的工艺设计方案

苯 续 精馏塔的工艺设计 方案 一 设计题目 苯 二 . 设计任务及操作条件 1. 进精馏塔的原料液含苯 38%（质量 %，下同），其余为氯苯； 2. 产品含苯不低于 97%，釜液苯含量不高于 2%； 3. 生产能力为 96 吨 /24h）原料液。 4. 操作条件 （ 1） 塔顶压强 4压）； （ 2） 进料热状态自选； （ 3） 回流比自选； （ 4） 塔底加热蒸汽压力： 5） 单板压降 二操作条件 压）； 选； 选； 压 )； 三 . 设备形式：筛板塔 四 . 有关物性参数 2 / 23 相对分子质量：苯： 氯苯： 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 温度 /K 0 Y 0 五 . 设计内容 （一）设计方案的确定及流程说明 （二）精馏塔的物料衡算 （三）塔板数的确定 1、理论塔板数计算 2、实际塔板数计算 （四）塔体工艺尺寸计算 1、塔径的计算 2、塔的有效高度计算 （五）塔板主要工艺尺寸的计算 （ 1）溢流装置计算（堰长、堰高、弓形降液管宽度和截面积、降液管 3 / 23 底隙高度） （ 2）塔板布置（边缘区宽度确定、开孔区面积计算、筛孔计算及排列） （ 3）塔板的流体力学验算 （ 4）塔板的负荷性能图 （六）设计结果概要或设计一览表 （七）辅助设备选型与计算 （八）绘制生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图 （九）对设计过程的评述和有关问题的分析讨论 4 / 23 设计方案 此塔为板式塔， 通体由不锈钢制造 。 整个精馏塔包括：塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。塔压降由变送器测量，塔釜上升蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制，塔压可采用稳压阀控制，并可装载自动安全阀。为使塔身保持绝热操作，采用现代化仪表控制温度条件，并可在室温 300 范围内任意设定。同时，为了满足需要，每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均可以数字显示。 工艺流程 原料液由 高位槽即 原料储罐中引出，在预热器中预热后送入连续板 式精馏塔（筛板塔），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。 5 / 23 苯 一设计方案的确定及工艺流程的说明 本设计任务为分离苯 于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。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入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。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 2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，蒸汽流量由控制器控制，塔底产品经冷却后送至储罐。 6 / 23 塔主体设计 设计任务及操作条件： 1. 进精馏塔的原料液含苯 38%（质量 %，下同），其余为氯苯； 2. 产品含苯不低于 97%，釜液苯含量不高于 2%； 3. 生产能力为 96 吨 /24h）原料液。 4. 操作条件 （ 1） 塔顶压强 4压）； （ 2） 进料热状态泡点进料； （ 3） 回流比自选； （ 4） 塔底加热蒸汽压力： 5） 单板压降 根据设计要求可得： 轻组分摩尔分数： 进料原液： =同理可求 塔顶产品 塔釜 % 平衡曲线的确定： 氯苯的相平衡数据作图 7 / 23 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 温度 0 Y 0 由于泡点进料 =流比：利用公式 可求得 = R=2=均摩尔质量： (1 (1 (1 于生产能力为 96 吨 /24h）原料液。 即为 F =96 吨 /000kg/h; F=4000/h 0 00 40 81 4 6 8 100246810Y x i s T i t l e 8 / 23 解得 所以 D=h; W=h 由此可得精馏塔的汽、液相负荷 L=h V=(R+1)D=() h L =L+F=h V =V=h 进而可求操作线方程： 精馏段： 提留段： 查化学化工物性数据手册 80时苯蒸汽压： =110 氯苯蒸汽压： =40时苯蒸汽压： =480 氯苯蒸汽压： =可求； 可以确定在 将进料点带入平衡方程其中 y=x= 解得 因此相平衡方程为 9 / 23 理论塔板数的确定： 现已知： 由此进行逐板法求理论塔板数： (设塔顶处为第一块板向塔釜标注 ) =第一块板： 第二块板： 次计算列入下表： 板数 y x 备注 1 馏段 2 馏段 3 馏段 4 留段 5 留段 6 留段 7 留段 8 留段 9 第 4块板进料 10 / 23 经作图法验证理论塔板数为 8块基本合理 塔顶、塔釜、进料板温度及其他物性参数的计算 内差法计算温度： 根据查得的气液平衡与温度关系表 塔 顶： 解得 = 进料板： 解得 = 塔 釜： 解得 = 同理用内差法查各处粘度、密度及表面张力： 各温度下参数（ 化学化工物性参数手册 ） 密度 苯 氯苯 粘度 s 苯 氯苯 表面张力（ mN/m） 苯 氯苯 0 00 40 81 0 0 00 40 81 1 / 23 用内差法计算得： 温度 / =度 苯 氯苯 粘度 s 苯 氯苯 表面张力（ mN/m） 苯 氯苯 全塔平均温度为 ：（ 2= =s 实际塔板数： =s 查塔效率关联图得 :=43%; =际塔板数为： 以实际塔板数为 18块。 精馏段平均物性参数：由上表参数进行如下计算 精馏段平均压强 取每层塔板压降为 塔顶： 加料板： 平均压强 精馏段平均温度 已经求得 平均温度为： =（ 2= 平均分子量 12 / 23 (1 (1 (1 (1 馏段： 精馏段平均密度 液相平均密度 塔顶： 可得 进料板： 可得 精馏段： 汽相平均密度 精馏段液体的平均表面张力 塔顶： 进料板： 精馏段： 氯苯的汽化潜热： 纯组分的汽化潜热与温度的关系式： 13 / 23 氯苯的临界温度：C （常压沸点下的汽化潜热为 103kJ/ 液体的平均粘度 塔顶： 进料板： 精馏段： 塔和塔板主要工艺尺寸的设计： 气液相负荷的计算： 汽相摩尔流率 h 汽相体积流量 汽相体积流量 液相回流摩尔流率 液相体积流量 液相体积流量 塔直径 D 的确定 ： 设板间距 液层高度： 查泛点关联图： 14 / 23 圆整后 D=600 操作气速 u=s 塔高 ：（人孔取 700 H=(3 600+(5 600+700=4300板设计：采用单流型塔板 溢流装置： 溢流堰 ：堰长 m 此时故成立 堰高 降液管： 降液管宽 查表得 D=以可求得： = 降液管高度： 在 15 / 23 塔板设计 塔板布置 开孔面积： 据经验值取 D=代入上式 ; 据经验值：安定区 无效区 筛孔： 据经验值取：孔径 孔间距 t=t=12孔率： 取 筛孔数目： 开孔面积： 验证：基本符合 筛孔气速： 筛板流体力学验算： 塔板压降： 板厚度取 查得 16 / 23 查得 即 96沫夹量 基本符合 漏液点气速校核 基本符合 停留时间核算： = 塔板负荷性能图： 液沫夹带线 令 17 / 23 得下表 序号 1 2 3 4 5 6 7 s 泛线 令 设则 得 则 由于则可得 则可求 得下表 序号 1 2 3 4 5 6 7 s 相上线 可求不同值 18 / 23 漏液线 设则 由于则可得 则可求 得下表 序号 1 2 3 4 5 6 7 s 相下线 得下图 0 0 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 80 . 2 0 0 19 / 23 操作弹性： 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 项 目 符 号 单 位 计 算 结 果 精馏段 提馏段 平均压强 Pm 均温度 平均流量 气相 m3/s 液相 m3/s 实际塔板数 块 18 板间距 m 段的有效高度 H m 径 D m 塔气速 u m/s 板液流型式 单流型 溢 流 装 置 溢流管型式 弓形 堰长 m 高 m 流堰宽度 m 隙高度 m 20 / 23 板上清液层高度 m 径 孔间距 2 孔数 n 个 1006 开孔面积 A0 孔气速 m/s 板压降 体在降液管中的停留时间 S 液管内清液层高度 m 沫夹带 荷上限 雾沫夹带控制 负荷下限 漏液控制 气相最大负荷 m3/s 相最小负荷 m3/s 作弹性 目 符 号 单 位 计 算 结 果 精馏段 提馏段 平均压强 Pm 均温度 均流量 气相 m3/s 相 m3/s 际塔板数 块 9 板间距 m 段的有效高度 H m 径 D m 21 / 23 空塔气速 u m/s 板液流型式 单流型 溢 流 装 置 溢流管型式 弓形 堰长 m 高 m 流堰宽度 m 隙高度 m 上清液层高度 m 径 孔间距 2 孔数 n 个 2485 开孔面积 A0 孔气速 m/s 板压降 体在降液管中的停留时间 S 液管内清液层高度 m 沫夹带 荷上限 雾沫夹带控制 负荷下限 漏液控制 气相最大负荷 m3/s 相最小负荷 m3/s 作弹性 22 / 23 附属设备选型 塔顶空间 ： 塔底空间： 冷凝器选型 冷凝器的热负荷 9 33 6 0 0/ 传热面积： 管数： 选 5 进料为高位槽进料。 23 / 23 设计感想 通过本次板式塔的设计和选型，整体地了解了塔设计的全过程、附属设备的配套选型，和塔设计的精细要求。对学习过的精馏塔相关知识有了更深的理解，对化工过程有了进一步的了解。 本次设计虽然不是一个现实工厂里的的工程设计，但也是一次理论与实际