化工原理设计 李河.doc

设计题目：苯氯苯分离过程板式精馏塔设计 化工原理课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：（一）设计题目设计一座苯氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.0%的氯苯341100吨/年，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯30%（以上均为质量分数）（二）操作条件（1）塔顶压力 4kPa(表压)（2）进料热状态 泡点进料（3）回流比 自选（4）塔底加热蒸汽压力 0.5MPa（5）单板压降 0.7kPa（三）塔板类型筛板或浮阀塔式（F1型）（四）工作日每年300天，每天24小时连续运行（五）厂址厂址为天津地区（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理数据的计算（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化工原理课程设计任务书2对课程设计成果的要求包括图表、实物等硬件要求：设计方案简介工艺流程草图及说明工艺计算及主体设备设计设计结果概要或设计一览表附图参考文献3主要参考文献：1姚玉英等.化工原理下册，天津：天津大学出版社，19992柴诚敬等.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，19943匡国柱，史启才等.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社，20024化学工程手册编辑委员会.化学工程手册气液传质设备.北京：化学工业出版社，19895刘乃鸿等.工业塔新型规整填料应用手册.天津：天津大学出版社，19934课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容109.12.2509.12.26查阅相关资料209.12.2608.11.27确定设计方案309.12.2709.12.28主要设备工艺设计计算409.12.2809.12.29数据核对校正509.12.2909.12.31制作设计说明书并校对主指导教师王步江日期： 2009 年12月 31日课程设计说明书 设计名称 苯氯苯分离过程板式精馏塔设计 设计题目 板式精馏塔的设计 设计时间 2009年12月31日 2009 年 12 月 31 日化工原理课程设计说明书 目 录一.设计计算 5 1.设计方案的确定 5 2.精馏塔的物料衡算 5 3.塔板数的确定 5 4.精馏塔的工艺条件及有关物理数据的计算 65.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 8 6.塔板主要工艺尺寸的计算 9二.设计结果 10三.设计体会 11四.参考文献 11一、【设计计算】（一） 设计方案的确定本设计任务为分离苯氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用联系精馏塔流程。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。该物系属于易分离物系，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，塔底产品经冷却后送至储罐。（二） 精馏塔的物料衡算1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 =78kg/kmol氯苯的摩尔质量 =113 kg/kmol2. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔质量 kg/kmol kg/kmol kg/kmol3. 物料衡算原料处理量 kmol/h总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 953.6kmol/h kmol/h（三） 塔板数的确定1. 理论板层数的求取苯氯苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。由手册查得苯氯苯物系气液平衡数据，绘出xy图求最小回流比及操作回流比。在图中对角线上，自点（0.687，0.687）作垂线即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 故最小回流比为故取回流比为求精馏塔的气、液相负荷 kmol/h kmol/hkmol/hkmol/h,求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如图所示（图见附表）。求解结果为总理论板层数 .5（包括再沸器）进料板位置 2. 实际板层数的求法精馏段实际板层数 N精=4/0.52=7.78提馏段实际板层数 N提=5.5/0.52=10.5811(四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1.操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3kPa每层塔板压降 kPa进料板压力 kPa精馏段平均压力 2.操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算泡点温度，其中苯、氯苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度 进料板温度 精馏段平均温度 3. 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由，查平均曲线得kg/kmolkg/kmol进料板平均摩尔质量计算由图解理论板得查平衡曲线得 kg/kmol kg/kmol精馏段平均摩尔质量 kg/kmol kg/kmol4平均密度计算(1)气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即kg/m3(2)液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均密度计算由tD=80.4，查手册得 进料板液相平均密度的计算由tF=89.6，查手册得 进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为5.液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算由tD=80.4，查手册得进料板液相平均表面张力的计算由tF=89.6，查手册得精馏段液相平均表面张力为6.液体平均粘度计算液体平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算由tD=80.4，查手册得 解出进料板液相平均浓度的计算由tF=89.6，查手册得 解出精馏段液相平均表面张力为（五） 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算1. 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为由式中C由5-5计算，其中的C20由图查取，图的横坐标为取板间距HT=0.40m，板上液层高度hL=0.06m，则查图5-1得 C20=0.072取安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔径圆整后为 4.1m塔截面积为实际空塔气速为2. 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z精=（N精1）HT=（81）0.4=2.8mZ提=（N提1）HT=（111）0.4=4.0m在进料板上方开一入孔，其高度为0.8m故精馏塔的有效高度为Z=Z精+Z提+0.8=2.8+4.0+0.8=7.6m（六） 塔板主要工艺尺寸的计算1. 溢流装置计算因塔径D=2.3m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：（1）堰长取 （2）溢流堰高度由 2选用平直堰，堰上上层液高度由式5-7计算，即近似取E=1，则m取板上清液层高度 故 m（3）弓形降液管Wd和截面积Af由 查图5-7得 故 依式5-9验算液体在降液管中停留时间，即故降液管设计合理（4）降液管底隙高度ho取 则 故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度2. 塔布布置（1） 塔板的分块因D800mm，故塔板采用分块式。查表5-3得，塔板分为3块。（2） 边缘区宽度确定取，（3） 开孔区面积计算开孔区面积按式5-12计算，即其中 故 （4）筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为筛孔数目n为个开孔率为气体通过阀孔的气速为二、实验结果筛板塔设计计算结果序 号 项 目 数值 1平均温度tm，852平均压力Pm， kPa108.83气相流量Vs，（m3/s）3.5394液相流量Ls，（m3/s）0.00515实际塔板数196有效段高度Z，m7.67塔径，m2.38板间距，m0.49溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，m1.5212堰高，m0.04513板上液层高度，m0.0614堰上液层高度，m0.01515降液管底隙高度，m0.03716安定区宽度，m0.06517边缘区宽度，m0.03518开孔区面积，m20.27419筛孔直径，m0.00520筛孔数目1407 21孔中心距，m0.01522开孔率，%10.123空塔气速，m/s0.85224筛孔气速，m/s127.88三、设计体会：这次化工原理课程设计，使我更好的理论联系实际，体察了工程实际问题复杂性，学习化工设计基本知识的初次尝试。加强了对精馏塔工作原理和设计的理解。增强了工程概念，提高了工作能力的有益实践。四、参考文献：1姚玉英等.