苯氯苯溶液连续精馏塔设计

苯-氯苯溶液连续精馏塔设计课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。二、摘要:氯苯作为一种重要的基本有机合成原料，广泛用于生产，由磷苯液相氯化法制中含有一定量的苯，用于分离挥发性苯和氯苯连续精馏塔的设计是不容易的。设计选择良好的合成功能的集成产品和效率，经济，安全和其他方面。这将是选择精馏塔和筛板筛板塔更好。有很多优点是结构简单，价格低廉，而且液滴板表面的小。它有一个较低的压力，但一个更大的生产能力。最后，气体在塔内均匀分布，具有较高的传质效率。设计完成了塔径为1000mm和总高度为15m的工艺计算和设备设计，它定义了那个桶材料为16MnR，标称厚度为8毫米，根据钢制压力容器（压力容器）。设计选用标准椭圆封头的直径为1000mm，表面高度200mm，直边高度是根据工艺设备的设计和jb4737-9525mm。进口和出口的液体和气体管道的法兰都是根据汞丝网除沫器选用SP滤网采用rfpf。设计无具体要求，选择圆柱裙，其直径1000mm..最后的设计进行festigkeit和稳定性ueberpruefung等等，并对塔体的厚度和高度均符合要求的设计压力下。Abstract:Chlorobenzeneasanimportantbasicorganicsynthesisrawmaterial,widelyusedinproduction,theruleoflawbyabenzeneliquid-phasechlorinationofpcontainsacertainamountofbenzene,thedesignforacontinuousdistillationcolumnforseparationtheintegratedproductofgoodsynthesizedfunctionwithefficiency,economic,securityandotheraspects.ItwillbebetterthatchoosingrectifyingtrayTowerandsieveassievetowerhasmadvantagessuchassimplestructureandlowprice,besidesliquidwithahigherefficiencyofmasstransfer.Thedesigncompletestheprocesscalculationwhichdefinesthatthetowerdiameteris1000mmandtheoverallheightis15m,andequipmentdesignwhichdefinesthatthematerialofthebarrelis16MnRandthenominalthicknessis8mmaccordingtotheSteelPressureVesselis25mmaccordingtotheProcessEquipmentDesignandJB4737-95.usedtheRFPFaccordingtoHGwiremeshdemisterselectstheSPcylindricalskirtisselected,whosediameteris1000mm..Finallythedesignconductsthefestigkeitandstabsoon,anddefinesthethicknessandconformtherequirementsunderthedesignpressure.三、设计方案的确定（1）产品性质、质量指标产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1．105g/cm3。沸点折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面张力33．28×10-3N/m．溶解度参数δ=9．5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，(vol)。溶于大多数有机溶剂，不溶于水。常温下不受空气、潮气及光的3长时间沸腾则脱氯。蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。有毒．在体内有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。对皮肤和浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。质量指标：塔顶产品苯纯度94%，原料液中苯40%,塔顶苯的回收率99%。（以上均为质量分数）（2）设计方案简介1.精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。2.操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。3.筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在苯和氯苯这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。4.加料方式和加料热状态：设计采用泡点的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至泡点下一部分回塔底产品经冷却后送至储罐。（3）设计任务原料：苯-氯苯溶液产品要求：塔顶产品中苯的质量分,94%英文字母Af----降液管的截面积,m2Ao----筛孔区面积,m2A----塔的截面积m2△P----气体通过每层筛板的压降C----负荷因子无因次t----筛孔的中心距C----表面张力为20mN/m的负荷因子u’----液体通过降液管底隙do----筛孔直径u’----液体通过降液管底隙oD----塔径mWc----边缘无效区宽度e----液沫夹带量kg液/kg气Wd----弓形降液管的宽度vE----总板效率TWs----破沫区宽度R----回流比Rmin----最小回流比M----平均摩尔质量kg/kmolt----平均温度℃mg----重力加速度s2Z----板式塔的有效高度Fo----筛孔气相动能因子kg1/2/2)hl----进口堰与降液管间的水平距离mθ----液体在降液管内停留h----与干板压降相当的液柱高度mυ----粘度chd----与液体流过降液管的压降相当的液注高度mρ----密度hf----塔板上鼓层高度mσ----表面张力h----板上清液层高度mLh----与板上液层阻力相当的液注高度1ho----降液管的义底隙高度mh----堰上液层高度mΨ----液体密度校正系数max----最大的min----最小的h----出口堰高度mL----液相的Wh’----进口堰高度mV----气相的Wh----与克服表面张力的压降相当的液注高度mσH----板式塔高度mH----塔底空间高度mBHd----降液管内清液层高度mH----塔顶空间高度mDH----进料板处塔板间距mFH----人孔处塔板间距mPH----塔板间距mTH----封头高度m1H----裙座高度m2K----稳定系数l----堰长mWLh----液体体积流量m3/hLs----液体体积流量m3/sn----筛孔数目P----操作压力KPa△P---压力降KPa△Pp---气体通过每层筛的压降KPaT----理论板层数u----空塔气速m/su0,min----漏夜点气速m/su’----液体通过降液管底隙的速度m/soV----气体体积流量m3/hhV----气体体积流量m3/ssW----边缘无效区宽度mcW----弓形降液管宽度mdW----破沫区宽度msZ----板式塔的有效高度m预热器精馏塔希腊字母预热器精馏塔τ----液体在降液管内停留的时间sδ----表面张力N/mα----质量分率无因次Max----最大的Min----最小的L----液相的V----气相的四、带控制点的工艺流程图全凝器冷凝器产品全凝器储泡点回流五、操作条件的选取2.进料热状况：泡点进料q=1；4.塔釜加热蒸汽压力：的饱和水蒸气六、工艺计算1.全塔物料衡算(1)原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量MA=kmol氯苯的摩尔质量MB=kmolxF=/+=(摩尔分率,下同)xD=/+=F*xF-D*xD=(F-D)Xw（1）D*xD/F*xF=99%（2）联立（12）Xw=温度t=85℃(2)原料液级塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MD=*+*=(kg/kmol)(3)物料衡算原料处理量F=70000*1000/(300*24*=kmol/h总物料衡算D+W=F苯物料衡算D*xD+W*xW=F*xF2.最佳回流比的确定(一)常压下苯-氯苯混合液相平衡关系BB计算示例：取2、常压2、常压（）下苯-氯苯的气液相平衡数据：AB苯CAPo=A常压下苯-氯苯气液相平衡数据（P=760mmHg）o温度℃（温度℃（mmHg）x（mmHg）表一y苯-氯苯气液平衡相图:(二)回流比的确定1、q线方程。因为采用泡点进料，所以q=1，则x=xF试差方逐步改变温度t的值，直至某一温度对应的x值为，此时的δ值即为所求相平衡关系式：Y=αX/（1+(α-1）X）所以Xe=Xf=因此最小回流比Rmin=（Xd-Ye）/(Ye-Xe)=(最佳回流比R=2Rmin=*2=3.理论板及实际板的确定（一）操作线方程L=RD=×=hV=（R+1）D=（+1）×=hL’=L+qF=+1*=kmol/h泡点进料q=1，Xq=Xf=第一块塔板下降的液体组成：Y2=+=*+=第二块塔板下降的液体组成：Y3=X3=Y4=X4=〈Xq因为X4〈Xq，第五块塔板上升的气相组成由提馏段操作线方程计算：Y5=—=*n—==第六块塔板下降的液体组成：X5=Y5/X6=Y7=X7=Y8=X8=Y9=X9=Y10=X10=Y11=X11=Y12=X12=Y13=X13=<=Xw因此总理论板是13块（包括塔釜），第五块加料，精馏段需四块(二)全塔效率ETTm类物系，式中的为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。m塔的平均温度为(80+=106℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温AB2.实际塔板数N（近似取两段效率相同）p总塔板数Np1=Np1+Np2=8+18=26块。4.塔径的计算(一)相关物性数据计算I.平均压强P=4+=DP=P+18×=wF则精馏段平均压强P=（P+P）/2=2.平均温度tm查温度组成图得：塔顶为℃,加料板为℃,塔底为130℃。3.密度不同温度下苯-氯苯密度OPMOLAB段和段和Y=Y=气相y=液相气相y=AB由下表可知精馏提留段x,y的组成液相平均质量流率Ml1=*+*=kmol汽相平均质量流率Mv2=*+*=kmol（100-80）/（1019-1042）=（）/(ρb2-1042)ρb2=kg/m3液相平均质量流率Ml1=*+*=kmol汽相平均质量流率Mv2=*+*=kmol（120-100）/（768..）=（）/(ρρa1=m3（120-100）/=/(ρb2-1019)ρb2=m34.表面张力不同温度下苯-氯苯表面张力苯mN/m氯苯mN/mi=1①塔顶液相表面张力②进料板液相表面张力③塔底液相表面张力（140-120）/=（130-120）/(σσa=m（140-120）/=（130-120）/(σσb=m⑵提留段④精馏段液相平均表面张力⑤提留段液相表面张力5.气液相负荷的计算⑴精馏段质量流量L1=Ml1*L=*=h=sV1=Ml2*V=*=h=s体积流量Ls1=L1/ρl1==svs1=V1/ρv1==m3/s质量流量L2=Mv1*L=*=h=sV2=Mv2*V=*=kg/h=s体积流量Ls2=L2/ρl2==sVs2=V2/ρv2==m3/s6.板间距取板间距H=450mm，板上液层高h=60mmIII.塔径D㈠精馏段按Smith法求空塔气速u(即泛点速度u）maxfDD=㈡提留段S=5.降液管及溢流堰尺寸的确定塔径1000，采用单溢流平顶弓形堰、弓形降液管、凹形液盘。①堰长Www（2）提留段②弓形降液管的宽度w和横截面积A液体在降液管内的停留时间τ③降液管底隙高度oaa合格o合格合格6.浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定（1）边缘区宽度W和安定区W取W=50mmW=75mm（2）开孔区面积Aa（3）开孔数n和开孔率取孔径d=4mm，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度为δ0=取中心距t=0)A（t)（4）筛孔气速7.塔板流动性能的校核1、塔板压力降h的校核f㈠精馏段①由d/δ=4/=,查图00②气体通过液层阻力h的计算l查图得：β=③液面表面张力造成的阻力损失hσ气体通过每层塔板的液柱高度hP则精馏段气体通过每层塔板的压降为：㈡提溜段查图得：β=2、液面落差由于采用的筛板塔，液面落差很小，且本塔塔直径和液体流量均较小，所以忽略液面落差的影响。3、液沫夹带⑴精馏段vv所以精馏段在液沫夹带范围内ev⑵提溜段-63.2v所以提留段亦在液沫夹带范围内4、漏液⑴精馏段漏液点气速u⑵提溜段筛板稳定系数K=u0=u5、溢流液泛为了防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度⑴精馏段⑵提溜段8塔板负荷性能图的绘制⑴精馏段①雾沫夹带线不会产生液泛-6「-3L②液泛线)2/3)2/3s))c22σhd2s③液相负荷上限线hLhLσLV「「|w|l|w])LVs⑤液相负荷下限线])-3（2）提溜段①雾沫夹带线-6「-3s②液泛线①雾沫夹带线②液泛线③液相负荷上限线④漏液线⑤液相负荷下限线)2/3)2/3s))c22σhd2s③液相负荷上限线④漏液线hLhLσLVVs⑤液相负荷下限线-3七.塔板设计结果汇总表①雾沫夹带线②液泛线③液相负荷上限线④漏液线⑤液相负荷下限线⑥操作线计算数据符号单位精馏段提馏段各段平均压强PmKPa各段平均温度t℃m平均流气相Vsm3/s量液相Lsm3/s板间距塔的有效高度塔径HTZDmm空塔气速um/s空塔气速u单流型单流型单流型单流型溢流管型式mmmmmmhWw溢流装堰高溢流装w置溢流堰宽度d管底与受液盘hmh0距离0hdmhdmmmmm个/板L孔径0nn孔数开孔面积m/skPaum/skPau0h塔板压降hp液体在降液管中停留时τ间降液管内清液层高度降液管内清液层高度雾沫夹带Hdm液相负荷雾沫夹带线控制上限线漏液线控负荷下限制气相最大负荷Vs,maxm3/s气相最小负荷Vs,minm3/s操作弹性液相负荷下限线控制负荷上限八、辅助设备工艺计算（1）换热器的面积计算机选型设计采用强制循环式冷凝器，卧式放置，采用泵向塔提供回流液。通过计算管壳式换热器的传热面积，选一台合适的换热器。度压力对汽化潜热的影响）①进料管换热器采用逆流操作，物料走管程，冷却水走壳程（2）各种接管管径的计算机选型接管直径各接管直径由流体速度及其流量，按连续性方程决定，即：蒸气出口管中的允许气速UV应不产生过大的压降.操作压力（常压）常压1400-6000Pa回流，一般流速为～s，速度太大，则冷凝器