苯-氯苯_化工原理课程设

1、 课程设计 题 目:处理能力为50000t/y的苯氯苯连续精馏筛板塔的设计 学生姓名: 周 戴 院系名称: 化学与生物工程学院 班 级: 生物工程0801班 指导老师：方 芳 课程设计成绩评定表课程设计评分（按下表要求评定）评分项目设计说明书质量（50分）图纸质量（30分）任务完成情况（10分）学习态度（10分）合计（100分）得分指导教师评语指导教师签名：年 月 日教研室主任审核意见教研主任签名：年 月 日操作条件（1）精馏塔顶的压强4kpa(表压)，单板压降压：（2）进料热状态 （3）回流比： 2 （4）冷凝器冷却剂：水，冷却剂温度： ; （5）再沸器加热剂：饱和水蒸气，加热剂温度：p=2

2、at(表压) 热损失：q1=5%qb（6）每年按300天计，每天24小时连续运行。（7）厂址：长沙地区。课题要求及工作进度任务要求：（1）原料液中氯苯含量：质量分率=38%（质量），其余为苯。（2）产品纯度为99.8%（质量）的氯苯。（3）塔顶馏出液中氯苯含量不得高于2.0%（质量）。（4）生产能力：50000t/y氯苯产品，年开工300天。（5）对精馏过程进行描述（6）精馏塔的物料衡算。（7）塔板数的确定（8）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（9）精馏塔的塔体工艺尺寸计算（10）塔板主要工艺尺寸的计算工作进度设计计算：12天图纸绘制：12天编写设计说明书：23天化工原理课程设计任务书一、

3、设计题目苯氯苯连续精馏筛板塔设计二、设计基础数据苯，氯苯纯组分的饱和蒸汽压数据温度，80 90 100 110 120 130 131.8p0i0.133-1kpa苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900氯苯148 205 293 400 543 719 760三，设计任务及操作条件（一）设计任务 （1）原料液中氯苯含量：质量分率=38%（质量），其余为苯。 （2）产品纯度为99.8%（质量）的氯苯。 （3）塔顶馏出液中氯苯含量不得高于2.0%（质量）。 （4）生产能力：50000t/y氯苯产品，年开工300天。（二）操作条件（1）精馏塔顶压强： 4.0kpa（表压

4、）（2）进料热状态 （3）回流比： （4）单板压降压：（5）冷凝器冷却剂：水，冷却剂温度： ; （6）再沸器加热剂：饱和水蒸气，加热剂温度：p=2at(表压) 热损失：q1=5%qb四、设计内容（1）对精馏过程进行描述（2）精馏塔的物料衡算。（3）塔板数的确定（4）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（5）精馏塔的塔体工艺尺寸计算（6）塔板主要工艺尺寸的计算目录第一章 流程及生产条件的确定和说第一节 概述-81.1设计方案简介 -81.2设计方案的确定和说明 -81.2.1装置流程的确定 -91.2.2操作压力的选择 -91.2.3进料热状况的选择 -91.2.4加热方式的选择 -91.2.5

5、回流比的选择 -9第二节 精馏塔的物料衡算 -91. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数-102. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量-103. 物料衡算 -11第三节 塔板数的确定 -111.塔顶温度的确定 -112.q值的计算 -113.塔釜温度确定 -114.相平衡方程 -1141求最小回流比与操作回流比 -1142求精馏塔的汽掖相负荷 -1143求操作线方程 -1144逐板计算法求理论板数 -115.总理论板数 -126实际板数的求取 -12 第二章 精馏塔工艺计算第一节 精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 -121操作压力计算 -122.操作温度 -123平均摩尔质量 -134平均

6、密度计算 -134.1气相平均密度计算 - 134.2液相平均密度计算 -135液体平均表面张力 -146液体平均黏度 -15第三章 精馏塔设计计算第一节精馏塔的塔体的工艺尺寸计算 -151塔径计算 -15第二节提馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算-152.1操作压力计算 -162.2 操作温度计算 -172.3平均摩尔质量计算 -172.4平均密度计算 -172.41气相平均密度计算 -172.42液相平均密度计算 -172.5液体表面张力计算 -182.6液体平均黏度计算 -19第三节提馏塔的塔体工艺尺寸的计算3.1塔径的计算 -193.2.提馏塔有效高度的计算 -20第四节塔板主要工艺尺

7、寸 -204.1溢流装置计算 -214.1.1堰长 -214.1.2溢流堰高度-214.1.3弓行降液管宽度和截面积-214.1.4降液管底隙高度及受液盘深度为 -214.2.塔板布置 -224.2.1塔板分布 -224.2.2边缘区宽度确定 -2024.2.3开孔区面积按式计算 -224.2.4筛孔计算及其排列 -22 第四章 设计结果列表 -29第五章 设计结果与讨论和说明 -31第一节 设计结果自我评价 -31第二节 设计结果及小组讨论 -31第六章 结束语 -31第七章 参考文献-34符号说明英文字母a阀孔的鼓泡面积m2af 降液管面积 m2at 塔截面积 m2b 操作线截距c 负荷系

8、数（无因次）c0 流量系数（无因次）d 塔顶流出液量 kmol/hd 塔径 md0 阀孔直径 met 全塔效率（无因次）e 液体收缩系数（无因次） 物沫夹带线 kg液/kg气f 进料流量 kmol/hf0 阀孔动能因子 m/sg 重力加速度 m/s2ht 板间距 mh 塔高 mhd 清液高度 mhc 与平板压强相当的液柱高度 mhd 与液体流径降液管的压降相当液柱高度 mhr 与气体穿过板间上液层压降相当的液柱高度 mhf 板上鼓泡高度 mhl 板上液层高度 mh0 降液管底隙高度 mh02v堰上液层高度 mhp 与板上压强相当的液层高度 mh与克服液体表面张力的压降所相当的液柱高度 mh2v

9、溢液堰高度 mk 物性系数（无因次）ls 塔内下降液体的流量 m3/slw 溢流堰长度 mm 分子量 kg/kmoln 塔板数np 实际塔板数nt 理论塔板数p 操作压强 pap压强降 paq 进料状态参数r 回流比rmin最小回流比u 空塔气速 m/sw 釜残液流量 kmol/hwc 边缘区宽度 mwd 弓形降液管的宽度 mws 脱气区宽度 mx 液相中易挥发组分的摩尔分率y 气相中易挥发组分的摩尔分率z 塔高 m希腊字母相对挥发度粘度 cp密度 kg/m3表面张力下标r 气相l 液相l 精馏段q q线与平衡线交点min最小max最大a 易挥发组分b 难挥发组分化工原理课程设计 -筛板塔的设

10、计第一章 流程及生产条件的确定和说明第一节 概述精馏塔是现在化工厂中必不可少的设备，因此出现了很多种的精馏塔。塔设备按其结构形式基本可分为两类：板式塔和填料塔。其中，浮阀塔是内置一定数量的阀，浮阀可根据气体的流量自行调节开度，可以避免漏夜降低气速。浮阀塔保留了泡罩塔的操作弹性大的优点并且浮阀塔板的生产能力大于泡罩塔板。因此发展很快。所以做分离苯氯苯的课程选择了筛板塔。1.1设计方案简介 本设计任务为分离苯-氯苯混合物连续精馏。设计中采用25进料,将原料通过预热器加热至25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，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。塔釜用再沸器加

11、热水至饱和过热水蒸气状态，送至塔内，塔釜塔底产品经冷却后送至储罐。 设计数据如下表：工艺条件数据进料温度25进料组成（含氯苯w%）38%馏出液组成（含氯苯w%）2%产品纯度（含氯苯w%）99.8%生产能力t/y(按氯苯计）50000r2 12设计方案的确定和说明1.2.1装置流程的确定 精馏装置包括精馏塔、原料预热器，精馏釜（再沸器）、冷凝器等设备。精馏过程按操作方式的不同，分为连续精馏和间接精馏两种流程。连续精馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续精馏为主。 精馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多系部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器将余热带走。另外，为保持塔的操作稳

12、定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可采用高位槽送料，以免受泵操作波动的影响。 塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器全凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便于准确地控制回流比。塔顶分凝器对上升蒸汽有一定的增浓作用，若后继装置使用气态物料，则宜用分凝器。总之，确定流程时要较全面、合理地兼顾设备、操作费用、操作控制及安全诸因素。1.2.2操作压力的选择精馏过程按操作压力不同，分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。本实验采用的是常压精馏。1.2.3进料热状况的选择 精馏操作有五种进料热状况，进料热状况不同，影响塔内各层塔板的气、液相负荷。工业上多采用接近泡点液体进料和饱和液体（泡点）进料，通常用釜

13、残液预热原料。若工艺要求减少釜塔的加热量，以避免釜温过高，料液产生聚合或结焦，则应采用气态进料。1.2.4加热方式的选择 精馏大多采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热，例如精馏釜残液中的主要组分是水，且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时宜用直接整齐加热，其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加热设备。但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需要在提馏段增加塔板以达到生产要求。1.2.5回流比的选择回流比是精馏操作的重要工艺条件，其选择的原因是使设备费和操作费用之和最低。设计时，应根

14、据实际需要选定回流比，也可参考同类生产的经验值选定。必要时可选用若干个r值，利用吉利兰图（简捷法）求出对应理论板数n，作出nr曲线，从中找出适宜操作回流比r，也可作出r对精馏操作费用的关系线，从中确定适宜回流比r。第二节 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 ma=78.11kg/kmol氯苯的摩尔质量 mb=112.5 6kg/kmol 2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3. 物料衡算塔釜产品总物料衡算：氯苯物料衡算：第三节 塔板数的确定1. q=02. 理论板数的确定2.1.1 全塔平均相对挥发度的求取； 根据 我们先求取塔顶的相对挥发度：（试差法） 利用安

15、托尼公式：假设温度为90摄氏度： 假设温度为80摄氏度： 假设温度为85摄氏度： 假设温度为81.8摄氏度： 与接近故此时的温度为塔顶的泡点温度； 用相同的方法求取塔底的露点温度和相对挥发度：全塔平均相对挥发度为：相平衡方程为； 把相对挥发度代入上式得操作条件下的相平衡方程： 因为 q=0 r=22.4精馏塔的气液相负荷精馏段液体流量 精馏段气体流量 提馏段液体流量 提馏段气体流量2.5求操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：相平衡方程：2.6求理论板数：逐板计算法（塔顶全凝器） 应用精馏方程： 第一块塔板： 第二块塔板： 第三块塔板： 第四块塔板： 此时 换用提留段方程：第五块塔板：

16、依次得到： 此时 即为提留段所需的板数。 所需要的总的理论板数为：92.8总板效率 2.9.实际板数的求取精馏段实际板数：提馏段实际板数：第二章 精馏塔工艺计算第一节 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1操作压力计算塔顶操作压力：p d=101.3+4=105.3kpa每层塔板压降：kpa进料板压力：pf =105.3+0.79=111.6kpa精馏段平均压力：p精 =(105.3+111.6)/2=108.45kpa塔底操作压力：pw111.6+0.711119.3 kpa提馏段平均压力：p提(111.6+119.3)/2=115.45kpa2 操作温度计算依据操作力，由泡点方程通过试差法

17、计算出泡点温度，其中苯，氯苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算。计算结果如下：塔顶因是泡点温度：81.8进料板温度：102塔底温度：tw=139.9精馏段平均温度：(81.8+102)/2=91.9提馏段平均温度：tm= (102+139.9)/2=120.953平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算y1 = xd =0.986由相平衡方程算得x1 =0.9420.98678.11+(1-0.986)112.56=78.59kg/koml0.94278.11+(1-0.942)112.56=80.11kg/koml进料板平均摩尔质量计算yf =0.785 由气液平衡方程得 xf=0.457mvfm=0

18、.78578.11+(1-0.785)112.56=85.52 kg/komlmlfm=0.45778.11+(1-0.457) 112.56=96.82 kg/koml塔底平均摩尔质量计算xw=0.0029 由气液平衡方程得 yw = 0.0125 mvwm=0.012578.11+(1-0.0125) 112.56=112.13 kg/komlmlwm=0.002978.11+(1-0.0029) 112.56=112.46kg/koml精馏段平均摩尔质量mvm=(78.59+85.52)/2=82.06 kg/komlmlm=(80.11+96.82)/2=88.47kg/koml提馏段

19、平均摩尔质量4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，则精馏段：=2.932提馏段：3.482（2）液相平均密度计算塔顶液相平均密度的计算由 81.8查手册得苯塔顶81.8812.1进料板102791.4塔底139.9744.1氯苯塔顶81.81039.1进料板102925.3塔底139.9870.7a.塔顶平均密度=815.66进料液相质量分率a苯 =0.369进料板平均密度=870.93精馏段液相平均密度 =(815.66+870.93)/2=843.30b.塔釜平均密度=870.40提馏段液相平均密度(870.40+870.93)/2=870.675、液体表面张力计算苯

20、()塔顶81.821.02进料板10218.63塔底139.914.17氯苯塔顶81.819.81进料板10217.53塔底139.913.29液相平均张力计算塔顶液相平均表面张力的计算=0.98621.02+0.01419.81=21.003进料板液相平均表面张力的计算=0.45718.63+（1-0.457）17.53=18.03塔底液相平均表面张力的计算0.002914.17+（1-0.0029）13.2913.293精馏段液相平均表面张力为=(21.003+18.03)/2=19.52提馏段液相平均表面张力为(18.03+13.293)/2=15.666、液体平均黏度计算苯 ()塔顶8

21、1.80.298进料板1020.251塔底139.90.184氯苯()塔顶81.80.307进料板1020.262塔底139.90.200液相平均黏度依下式计算塔顶液相平均黏度计算lg=0.986lg0.298+（1-0.986）lg0.307解得 = 0.2981进料板液相平均黏度计算lg=0.457lg0.251+（1-0.457）lg0.262=0.2569精馏段液相平均黏度为=(0.2981+0.2569)/2=0.2775塔釜液相平均黏度计算lg=0.0029lg0.184+（1-0.0.0029）lg0.200解得 = 0.2000提馏段液相平均黏度=（0.2569+0.2000）

22、/2=0.2285第三章 精馏塔设计计算第一节 精馏塔的塔体的工艺尺寸计算1塔径的计算精馏段的汽、液相体积流率为=3.5381=0.0088由计算取板间距=0.50m,板上液高度=0.06m-=0.5-0.06=0.44m查图得 c20 = 0.096取安全系数为0.7，则空塔气速为1.132m/s=1.995m按标准塔径圆整为2.0m塔截面积为 at = d2 / 4 = 3.1416 实际空塔气流为 u = vs / at = 3.5381 / 3.1416 = 1.1262.提馏塔有效高度的计算（9-1）0.5=4.0m提馏段有效高度为=（11-1）0.5=5.0m在进料板上方开一人孔，

23、其高度为0.8m，故精馏塔有效高度为4.0+5.0+0.8=9.8第四节 塔板主要工艺尺寸计算五、塔板主要工艺尺寸的计算1、溢流装置计算 因塔径，可选用单溢流弓形降液管1，采用凹形受液盘。各项计算如下：（1） 堰长取（2） 溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度由式计算近似取取板上清液高度 故 （3）弓形降液管宽度和截面和 由=0.66查图11.19得0.0722 0.124故=0.0722=0.07223.1415=0.22681m=0.1241d=0.1242.0=0.248m依式5-9验算液体在降液管中停留时间，即=12.895s故设计合理（4） 降液管底隙高度 =0.08m/s=0.0

24、833m0.006m故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘深度为=50mm 一般都大于50mm2、 塔板布置塔板分布因故塔板采用分块块式5块4.2.2边缘区宽度确定取0.08m =0.06m4.2.3开孔区面积按式计算，即其中=1-（0.248+0.08）=0.672r=1-0.06=0.96m=2.3799（4） 筛孔计算及排列本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按三角形排列，取孔中心距筛孔数目为 开孔率为 气体通过阀孔得气速为 第五章 设计结果列表序号项目符号单位数值1精馏实际塔板数n块9提馏实际塔板数n块112板间距htm0.53塔径dm24实际空塔气速vm/s1.1265精馏塔有效高度hm4.0提馏塔有效高度hm5.06精馏溢流形式/单溢流提馏溢流形式/单溢流7精馏降液管形式/弓形提馏降液管形式/弓形8精馏堰长lwm1.32 提馏堰长lwm1.329精馏堰高hwm0.03637提馏堰高hwm0.0363710弓形降液管宽度wdm0.024811弓形降液管面积afm20.226812降液管停留时间s12.8913降液管底隙高度h0m0.083314凹形受液盘深度m0.05015塔板分块/516