苯-氯苯分离板式精馏塔设计

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--内页可以根据需求调整合适字体及大小--苯-氯苯分离板式精馏塔设计(总17页)PAGE苯-氯苯分离板式精馏塔的设计1设计题目试设计一座苯－氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为%___的氯苯___6500___吨/年，塔顶馏出液中含氯苯不得高于___2%___，原料液中含苯__62%____（以上均为质量分数）2操作条件塔顶压力常压进料热状态泡点进料回流比自选塔底加热蒸气压力（表压）单板压降≤。3塔板类型筛孔板4工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行5设计内容设计方案的确定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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。精馏塔的物料衡算原料液及塔顶、塔底的摩尔分率：苯的摩尔质量=kmol氯苯摩尔质量=kmol======原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量==kmol==kmol==kmol物料衡算产物处理量W＝kmol/h总物料衡算F=D+苯物料衡算联立解得D=hF=h塔板数的确定理论板层数的求取由手册查得苯—氯苯物系的气液平衡数据，画出x-y图，见图1。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（，）作垂线即为进料（q线），该线与平衡线的交点坐标为==故最小回流比为===取操作回流比为R=2==求精馏塔的气、液相负荷L=RD=求操作线方程精馏段操作线方程为=+=+=+（1）提馏段操作线方程（2）采用逐板法求理论板层数相对挥发度将==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12345678910yx0854图2精馏塔的理论塔板数为=10（包括再沸器）进料板位置实际板层数的求取精馏段实际板层数提馏段实际板层数精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；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平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即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精馏塔的塔体工艺尺寸计算塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为由式中的C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=取安全系数为，则空塔气速为按标准塔径圆整后为D=塔截面积为实际空塔气速为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：故精馏塔的有交高度为塔板主要工艺尺寸的计算溢流装置计算因塔径D＝，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：堰长取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弓形降液管宽度Wd和截面积Af由查图5-7，得故依式验算液体在降液管中停留时间，即故降液管设计合理。降液管底隙高度取则故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度。塔板布置塔板的分块因，故塔板采用整块板。边缘区宽度确定取开孔区面积计算开孔区面积按式计算其中故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塔板的流体力学验算塔板压降干板阻力计算干板阻力由式计算由，查图5-10得，故液柱气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力由式计算查图5-11，得。液柱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（设计允许值）液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。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在允许范围内。漏液对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即=s实际孔速稳定系数为故在本设计中有微弱液漏。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，即液柱液柱故在本设计中不会发生液泛现象。塔板负荷性能图漏液线由==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，，由上表数据即可作出漏液线液沫夹带线以=液/kg气为限，求关系如下由===故整理得=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，，由上表数据即可作出液沫夹带线2液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度=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3液相负荷上限线以=4s作为液体在降液管中停留时间的下限，由下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4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，，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，℃2平均压力，3气相流量，4液相流量，5实际塔板数226有效段高度7塔径，8板间距，9溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长，12堰高，13板上液层高度，14堰上液层高度，15降液管管底隙高度，15安定区宽