苯氯苯连续精馏塔设计二设计正文

1、苯-氯苯分离板式精馏塔的设计1设计方案本设计任务为分离苯氯苯连混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，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，塔底产品经冷却后送至储罐。2工艺计算2.1精馏塔的物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率苯的摩尔质量 =78.11 kg/kmol氯苯摩尔质量 =112.5 kg/kmol=0.628=0.983=0.0142.2.2 原料液及

2、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量=0.62878.11+(1-0.628) 112.5=90.90 kg/kmol=0.98378.11+(1-0.983) 112.5=78.691 kg/kmol=0.01478.11+(1-0.014) 112.5=112.02 kg/kmol2.2.3 物料衡算原料处理 w=21.08 kmol/h 总物料衡算 f=d+21.08 苯物料衡算 0.628f=0.983d+0.01421.08 联立解得 d=36.46 kmol/h f=57.54 kmol/h2.2塔板数的确定 2.2.1理论板层数的求取2.2.1.1 由手册查得苯氯苯物系的气液平衡数据，画

3、出x-y图，见图 1。2.2.1.2 求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图1中的对角线上，自（0.628，0.628）作垂线即为进料（q线），该线与平衡线的交点坐标为 =0.894 =0.628故最小回流比为=0.394取操作回流比为r=2=20.394=0.7882.2.1.3 求精馏塔的气、液相负荷l=rd=0.78836.46=28.73 kmol/hv=(r+1)d=1.78836.46=65.19 kmol/h=l+f=28.73+57.544=86.27 kmol/h=v=65.19 kmol/h2.2.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程为=+=+=0.441+

4、0.550 （1）提馏段操作线方程 （2）2.2.1.5 采用逐板法求理论板层数相对挥发度 将=0.894 =0.628代入上式解得 =5 故相平衡方程为 （3）联立（1）、（2）、（3）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶为全凝器，则。由（3）式求得第一块板下降液体组成利用（1）式计算第二块板上升蒸汽组成为交替使用式（1）和式（3）直到，然后改用提馏段操作线方程，直到为止，计算结果见下表。板号12345678y0.9830.9560.9090.8440.6830.3930.1470.038x0.92008130.6660.3010.1150.033 图 2精馏塔的理论塔板数为 =8-1

5、=7进料板位置 2.2.2 实际板层数的求取精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 2.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；2.3.1操作压力的计算 塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 2.3.2 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 2.3.3 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由，查图 2，得进料板平均摩尔质量计算由图 2中的数据，得 精馏段平均摩尔质量2.3.4平均密度计算2.3.4.1 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即 2.3

6、.4.2 液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算由，查手册得 进料板液相平均密度的计算由，查手册得 进料板液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 2.3.4.5 液体平均表面张力的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，查手册得 进料板液相平均表面张力为 由，查手册得 精馏段液相平均表面张力为2.3.4.6液体平均粘度液相平均粘度依下式计算，即 塔顶液相平均粘度的计算由，查手册得 解得进料板液相平均粘度的计算由，查手册得 解得精馏段液相平均表面张力为 2.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算 2.4.1塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为由 式中的c

7、由式计算，其中由图5-1查取，图的横坐标为 取板间距，板上液层高度，则查图5-1得=0.072取安全系数为0.75，则空塔气速为按标准塔径圆整后为 d=0.8m塔截面积为实际空塔气速为2.4.2精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m故精馏塔的有交高度为2.5塔板主要工艺尺寸的计算2.5.1溢流装置计算因塔径d0.8，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：2.5.1.1堰长取2.5.1.2溢流堰高度 由 选用平直堰，堰上液层高度由式近似取e=1，则取板上清液层高度故 2.5.1.3弓形降液管宽度wd和截面积af由 查图5-7，得

8、 故 依式验算液体在降液管中停留时间，即 2.5.1.4降液管底隙高度 取 则 2.5.2塔板布置2.5.2.1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。2.5.2.2边缘区宽度确定取2.5.2.3开孔区面积计算开孔区面积按式计算其中 故 2.5.2.4筛孔计算及排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取利孔直径筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为筛孔数目n为开孔率为 气体通过阀孔的气速为2.6塔板的流体力学验算2.6.1塔板压降2.6.1.1干板阻力计算干板阻力由式计算由，查图5-10得，0.772故 液柱2.6.1.2气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力

9、由式计算 查图5-11，得0.56。液柱2.6.1.3液体表面张力的阻力计算液体表面张力的阻力可按式计算，即 液柱气体通过没层塔板的液柱高度可按下式计算，即 液柱气体通过每层塔板的压降为 2.6.2液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。2.6.3液沫夹带液沫夹带量由下式计算，即 故 故在本设计中液沫夹带量ev在允许范围内。2.6.4漏液对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即实际孔速稳定系数为2.6.5液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度应服从下式的关系，即 苯氯苯物系属一般物系，取，则而 板上不设进口堰，可由下式计算，即 液柱 液柱 2.7 塔

10、板负荷性能图2.7.1漏液线由=得 =整理得 在操作数据内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表， 0.00005 0.0008 0.0024 0.0048 ， 0.234 0.240 0.255 0.270由上表数据即可作出漏液线2.7.2液沫夹带线以= kg液/kg气为限，求关系如下由=0.0411=故 整理得 =1.024在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表， 0.00005 0.0008 0.0024 0.0048 ， 0.967 0.940 0.885 0.806由上表数据即可作出液沫夹带线22.7.3液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度=0.006 m

11、作为最小液体负荷标准。由式得取e=1，则 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线32.7.4液相负荷上限线以 =4 s 作为液体在降液管中停留时间的下限，由式 得 故 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线42.7.5液泛线令 由 联立得 忽略，将与与与的关系式代入上式，并整理得式中 将有关的数据代入，得 故 或 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表， 0.00005 0.0008 0.0024 0.0048 ， 1.008 0.966 0.847 0.636由上表数据即可作出液泛线5 根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图所示在负荷性能图上，作出操作

12、点a，连接oa，即作出操作线，由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为液漏控制，由图 查得 故操作弹性为 所设计筛板塔的主要结果汇总于下表。 筛板塔设计计算结果序号项目数值1平均温度，89.62平均压力，103.83气相流量，0.5344液相流量，0.000815实际塔板数196有效段高度8.67塔径，0.88板间距，0.459溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，0.52812堰高，0.041113板上液层高度，0.0514堰上液层高度，0.008915降液管管底隙高度，0.02215安定区宽度，0.03017边缘区宽度，0.03018开孔区面积，0.39319筛孔直径，0.005

13、20筛孔数目201821孔中心距，0.01522开孔率，%10.123空塔气速，0.50324筛孔气速，13.4525稳定系数2.2226每层塔板压降，67227负荷上限液泛控制28负荷下限液漏控制29液沫夹带0.01530气相负荷上限，0.92031气相负荷下限，0.24332操作弹性3.7862.8对设计过程的评述和有关问题的讨论在本学期，我们学习了化工原理这一课程，化工原理是化学工程专业的一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作

14、过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。在这里面，我们主要学习了流体输送、流体流动、机械分离、传热、传质过程导论、吸收、蒸馏、气-液传质设备，以及干燥等。本实验设计过程中计算量大，有些数据选取是，数据容易出算，造成设计结果偏差大或设计错误，所以要进行多次选取计算、比较以取用最合适的数据。本设计我们所设计的精馏塔产能大，分离效率高，持液量小，精馏塔结构较为简单，造价适合。不过，它的操作范围小，当液体负荷过重时，易产生液泛。有好几个同学都这一个题目，我们大家在一起共同探讨在其中发现的问题，通过查找手册之类的书籍一起查阅相关的资料，最后完成了任务。在经过自己的努力和老师的帮助下，我在交任务的前三天终于完成了老师布置的任务。通过这次的课程设计，让我从中体会到很多。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来