【年产5000吨氯化苯的工艺设计11000字（论文）】

年产5000吨氯化苯的工艺设计目录第1章引言 11.1产品简介 11.1.1产品名称 11.1.2化学式、分子式、结构式 11.1.3物化性质 11.2国内外生产现状 11.2.1国内氯化苯生产现状 11.2.2国外氯化苯生产现状 21.2.3发展趋势 21.3选题背景和研究趋势 2第2章工艺流程的选择 32.1生产方法的选择 32.1.1苯气相氯化法 32.1.2苯液相氯化法（间歇法） 32.1.3苯液相氯化法（连续法） 32.2氯苯生产工艺流程 4第3章物料衡算 43.1计算依据 43.1.1反应方程式： 43.1.2反应条件 43.2氯化部分的物料衡算 43.2.1小时生产能力 43.2.2氯化槽部分计算 53.3蒸馏部分物料衡算 63.3.1粗馏 63.3.2精馏 73.4苯脱水过程碱的用量 8第4章热量衡算 84.1氯化过程热量计算 84.2粗馏塔的热量衡算 94.3塔顶第一分凝器热量衡算 104.4塔顶第二预热器热量衡算 104.5塔顶第二分凝器热量衡算 104.6塔顶全凝器热量衡算 114.7塔顶第一预热器热量衡算 114.8塔釜再沸器热量衡算 12第5章主要设备的计算与选型 125.1粗馏塔的选型 125.1.1粗馏塔塔板数的计算 125.1.2粗馏塔塔径的计算 165.1.3粗馏塔提馏段塔径计算 185.1.4粗馏塔溢流装置设计 205.2精馏塔的选型 215.2.1精馏塔泡点温度计算 225.2.2精馏塔露点温度计算 235.2.3精馏塔回流比 235.2.4理论塔板数计算 245.2.5实际塔板数的计算 24第6章结论 25参考文献 25附录 27第1章引言1.1产品简介氯化苯为无色液体，有苦杏仁味。分子量为112.56，沸点132.2℃，是一种最基本的化工原料，也是有机氯中间体中规模最大、应用领域最广泛的产品之一[1]。氯化苯对皮肤和上呼吸道有刺激作用，抑制中枢神经系统，具有麻醉作用。在第一次世界大战期间在军用炸弹的生产中具有突出作用。在之后的20年间，广泛应用于生产杀虫剂。90年代中后期，DDT被高效低毒的农药替代，氯化苯的需求量逐渐减少。现在主要作为有机溶剂，生产多种苯系中间体，如硝基氯苯等[2]。1.1.1产品名称中文名称：氯化苯英文名称:Chlorobenzene别称：氯苯、一氯代苯1.1.2化学式、分子式、结构式化学式:C6H5Cl分子式：C6H5Cl结构式：1.1.3物化性质氯化苯，沸点132.2℃、熔点-45℃、冰点-55℃、闪点29℃、密度1.11g/cm³,分子量112.561.2国内外生产现状1.2.1国内氯化苯生产现状随着国家的发展，氯化苯作为合成高分子材料添加剂的重要原料，在工业生产中发挥的作用越来越大，需求越来越多[2]。从1950年，我国开始生产氯苯，一直供不应求，因此需从国外进口相当多的氯化苯以满足需要。在这种趋势下，国内的企业开始探索新工艺，提高氯化苯产率。国内大约20家公司生产氯化苯以适应市场需求以及社会发展。我国氯化苯的快速发展得益于其下游产品硝基氯苯的不断扩建与新建。直到2011年，我国成为全球最大的氯化苯产品生产国，国内氯化苯的年生产能力超过80万吨[3]。表1.1我国氯化苯主要生产企业及能力企业扬农化工股份有限公司中石化南京化工厂蚌埠八一化工集团公司武汉祥龙电业股份有限公司生产能力（kt/a）1209060501.2.2国外氯化苯生产现状当今社会，国外的大型氯化苯生产企业所在国家有美国、西欧、日本等[2]。氯化苯首次合成于十九世纪，1909年由英国威德奈斯碱业联合公司实现。1915年美国虎克与道公司亦相继投产[4]。在第一次世界大战期间，氯化苯广泛应用于军用爆炸的苦味酸。随着科技生活的发展，氯化苯在农业化学品中的运用进入成熟期。但由于其他高效低残留农药中间体的出现，氯化苯在美国、西欧、日本等国家的需求量显著下降[5]。表1.2国外主要国家的年生产能力国家美国西欧日本生产能力（kt/a）201581.2.3发展趋势近年来，我国通过对下游产品硝基氯苯的新建与扩建提高氯化苯的产量，造成供过于求，生产厂家竞争异常激烈，由以扬农化工有限公司、中石化南京化工厂、安徽八一化工有限公司发展最快，造成三强鼎立的局面，许多小公司无法与其竞争，将面临被淘汰的命运[6]。因此，国内中小型企业可对氯化苯装置进行设备改造和生产条件的改善。通过改变催化剂种类，生产条件，原料配比和生产方法实现资源利用彻底，环境友好的生产模式。近些年以来，人们的环保意识和责任意识加强，能够使用高效绿色的催化剂及优良的生产工艺是顺应时代发展的必然趋势[4]。1.3选题背景和研究趋势氯化苯是一种重要的有机合成中间体，因此氯化苯的生产工艺成为了生产企业和学术界关注的热点，众多生产者和科研人员都在不断加以研究[1]。近年来，氯化苯主要用于合成硝基氯苯，硝基氯苯生产能力增加，伴随着氯化苯的生产能力也有所增加，所以探究操作条件、催化剂及氯与苯的进料比例成为企业发展的核心，对国内市场持续发展有着重要意义[7]。第2章工艺流程的选择氯化苯的工业生产方法主要有3种，分别为氯苯气相氯化法、氯苯液相氯化法（连续法）、氯苯液相氯化法（间歇法）。2.1生产方法的选择2.1.1苯气相氯化法该方法由德国拉西公司于1932年成功研发，反应方程式为：C6H6＋HCl+½O2→C6H5Cl+H2O工艺过程为：将苯蒸气、空气及氯化氢气体的混合物加热至210℃在迪肯型催化剂存在下通入氯化反应器进行反应。反应温度控制在300℃，苯单程转化率为10%-15%，氯化氢的转化率为98%。在此方法中，为了抑制二氯苯的生成，需加入过量的原料苯。此过程是拉西法苯酚生产的一部分，成本高于液相法，因此，该法主要用于生产苯酚。由于拉西法苯酚被淘汰，此法已不再发展[8]。2.1.2苯液相氯化法（间歇法）苯液相氯化法采用脱水后的干苯和氯为原料，在路易斯型催化剂存在下催化，其反应的化学方程式是把干燥的苯和作为催化剂的铁屑一起装入氯化反应器中。缓慢的加入氯气将反应温度在40-60℃，温度过高有利于副产物的生成[9]。待氯气鼓泡时将其通入苯中。反应放出的氯化氢用苯或氯苯洗除，并经中和、干燥、蒸馏，得到下列馏分：苯和水仅占百分之三，苯和氯苯含量较高，上述馏分返回系统；大量的氯苯作为产品；氯苯和二氯苯及高沸物因沸点不同进而分离邻、对二氯苯[9]。氯化产品的组成决定于氯化温度[10]、氯化速率、氯化深度和采用的催化剂[11]。2.1.3苯液相氯化法（连续法）该反应[12]在苯的沸腾温度下进行，反应热由苯和少量氯苯气化带出。干燥的苯经转子流量计后进入氯化器底部后与干燥氯气一起顺流进氯化反应器进行反应。反应副产物及部分苯和氯苯蒸汽经冷凝器冷凝，再经吸收塔喷淋吸收。当吸收液中苯含量到一定值时，进行中和。氯化器流出的酸性氯化液采用树脂吸附脱去酸及三氯化铁，经干燥预热加入粗馏塔,塔顶为纯苯，将塔釜的粗氯苯加入精馏塔，精馏塔塔顶得到氯苯，从塔釜残液中回收二氯苯[13]。因为连续法生产能力大且成本较低，积存的可燃物较小，生成的副产物较少，所以本设计选用液相连续法作为生产方法。2.2氯苯生产工艺流程我们选用氯苯液相连续法作为生产方法。该法的生产过程包括三个部分：氯化反应、产品精制、氯苯和副产物回收。图2.1工艺流程图：尾气吸收喷淋吸收冷凝碱性下水回收NaOHH2O二氯苯残液成品多氯化物精馏粗馏水洗中和氯气氯化苯干燥苯尾气吸收喷淋吸收冷凝碱性下水回收NaOHH2O二氯苯残液成品多氯化物精馏粗馏水洗中和氯气氯化苯干燥苯副产盐酸副产盐酸第3章物料衡算3.1计算依据3.1.1反应方程式：主反应：副反应：C6H5Cl +Cl2→ C6H4Cl2+ HCl3.1.2反应条件年生产能力：5000t年生产时间：8000h原料苯组成：苯98%氯化苯成品指标：一氯苯：99.5%苯和二氯苯氯化液中一氯苯与二氯苯的生成比例30:1（质量比）粗镏塔和精馏塔总的回收率97%3.2氯化部分的物料衡算3.2.1小时生产能力要求设计年产氯化苯5000吨，按年工作8000小时计算，氯化苯的生产能力为：(3.2.2氯化槽部分计算成品中含纯氯化苯的量：625×99.5%=621.875氯化苯与二氯苯的生成比例为30∶1，即生成621.875kg/ℎ的氯化苯，生成二氯苯的量为：20.73kg/ℎ。由主副反应化学方程式知:副反应消耗氯化苯：(副反应消耗氯气：(副反应生成HCl：(主反应生成氯化苯：621.875＋20.73=642.605主反应消耗苯：(主反应消耗氯气：(主反应生成HCl：(总反应完成后，生成HCl：6.1697+208.1501=214.3198kg/h生成氯化苯：621.875kg/h精氯化液的重量：621.875/97%/30.13%=2127.8070kg/h氯化液中苯含量：2127.8070×69%=1468.1868总反应消耗氯气：11.9975+404.7681=416.7656反应用98%的工业苯用量：(1468.1868+445.9300)/(苯定额：445/98%=455.0306kg/h表3.1氯化槽出口物料组成组分含量C6H669%C6H5Cl0.87%C6H4Cl230.13%∑2127.8070kg/h中和时，氯化液：水=10:1因此，用水量为2127.8070碱洗时，氯化液：碱=50:1故碱用量为：2127.8070碱=42.5561kg/h；NaOH≤98%即41.7050kg/hNaCO3≤0.2%即0.0851kg/h3.3蒸馏部分物料衡算3.3.1粗馏3.3.1.1粗馏计算依据粗镏塔进口处氯化液的流量：2127.8070kg/h粗镏塔进口处氯化液的质量组成：C6H5Cl：30.13%C6H6：69%C6H4Cl2：0.87%分离要求：馏出液：C6H6≥99%（质量）釜液：C6H5Cl≥97%（质量）表4.2初馏塔物料关系表组成进料F1（kg/h）馏出液D1（kg/h）釜液W1（kg/h）C6H669%F199%aW1C6H5Cl30.13%F11%97%W1C6H4Cl20.87%F10bW1∑2127.807011物料衡算式为：F1=D1+W1[14]①式（3-1）以苯为基准：0.69F1=0.99D1+aW1②以氯化苯为基准：0.3013F1=0.01D1+0.97W1③以C6H4Cl2为基准：0.0087F1=bW1④联合①、③可得D1=1482.1506kg/h,因此W1=645.6564kg/h将上述结果带入方程式得a=0.001328，b=0.002867塔顶馏出液中C6H6：即99%D1=1467.3291kg/hC6H5Cl：1%D1=14.8215kg/h表4.3粗馏塔塔顶各成分组成组成质量质量分率摩尔质量C6H61467.32910.9918.7854C6H5Cl14.82150.010.1317塔底釜液：C6H6：aW1=0.001328×645.6564=0.8574kg/hC6H5Cl：97%W1=0.97×645.6564=626.2867kg/hC6H5Cl2：bW1=0.002867×645.6564=18.5303kg/h3.3.2精馏3.3.2.1精馏计算数据精馏塔进口处粗氯化苯的流量为F2=W1=645.6564kg/h精馏塔进口处物料组成：C6H6：0.001328（质量）C6H5Cl：0.9700（质量）C6H4Cl2:0.02867（质量）精馏塔塔顶氯苯纯度为99.5%，馏出液量为625kg/h。表3.4精馏塔的物料关系表组成进料F2（kg/h）馏出液D2（kg/h）釜液W2（kg/h）C6H60.001328F2a’D20C6H5Cl0.9700F299.5%D2c’W2C6H5Cl20.02867F2b’D2（1﹣c’）W2∑645.6564625W2物料衡算方程：F2=D2+W2[14]①式（3-2）以苯为基准：0.001328F1=a’D2②以氯化苯为基准：0.9700F2=99.5%D1+c’W2③以C6H4Cl2为基准：0.02867F1=b’W2+（1﹣c’）W2④由②式可知：a’=0.001372由①式可知：W2=F2﹣D2=645.6564﹣625=20.6564kg/h将W2代入③得c’=0.2136将上式得数代入④得b’=0.003629因为1﹣c’=0.7864≥0.55符合分离要求塔顶馏出液中：C6H6：a’D2=0.001372×625=0.8575kg/hC6H5Cl：99.5%D2=0.995×625=621.875kg/hC6H4Cl2：b’D2=0.003629×625=2.2681kg/h塔底釜液：C6H5Cl：c’W2=0.2136×20.6564=4.4122kg/hC6H4Cl2：（1﹣c’）W2=（1﹣0.2136）×20.6564=16.2442kg/h第4章热量衡算4.1氯化过程热量计算C6H6 +Cl2→ C6H5Cl+ HCl上式从左到右各物质的相对分子质量：78.11、70.90、112.56、36.46氯化反应消耗和生成的量分别为：445.9300、404.7681、642.606、214.3198氯化反应时：苯：30～78℃所以查阅手册知[15]：苯：50℃时，Cp=33.485卡/（克·分子·℃）60℃时，Cp=34.008卡/（克·分子·℃）由公式[14]得等压热容：T−即54−5060−54=Cp1−33.48534.008−Cp1，解得Cp氯气：30～78℃,所以T=(Cpm=a+bT+cT²[16]式（4-2）查化工原理书知：a=31.696J/mol·K，10³b=10.144J/mol·K，106c=﹣4.038J/mol·K所以，Cpm=31.696+=34.5824J/mol/K所以热量Q2=Q氯=nCpm∆T[16]式（4-3）=404.7681氯化液中含苯：1468.1868kg/h，由30℃～80℃，T=54℃时Cp=141.0709J/mol/℃Q3=nCp∆T=1468.1868由以上可得主反应放热量：Q主=445.9300设加入过量苯为n过量苯kmol/h，热量为Q4，则Q1+Q2+Q3+Q4=Q主则Q4=Q主-Q1-Q2-Q3[16]式（4-4）=568787.6828-15657.9417-9476.6842-127278.0028=416375.0541kJ/h加入过量苯：30℃～80.1℃，T=(T1+T2)/2=(30+80.1)/2=55.05℃查阅手册知[14]：苯：50℃时，Cp=33.485卡/（克·分子·℃）60℃时，Cp=34.008卡/（克·分子·℃）由公式（4-1）得55.05−5060−55.05=Cp1−33.48534.008−Cp1即Cp在80.1℃下，汽化热为7353卡/（克·分子·℃）所以，Q4=n过量苯Cp1∆T+n过量苯×30785.5404[16]即416375.0541=所以n过量苯=10.9964kmol/h已知苯密度=0.847g/cm³，V过量苯=m由上面计算知氯化液中含水量为：1468.1868kg/h，所以v=m反应掉的苯量为：v=4.2粗馏塔的热量衡算粗馏塔进口采用泡点进料，T1=86.82℃；出口，T2=90℃T=T进料量：苯：18.7964kmol/h，氯化苯：5.6957kmol/h，二氯苯：0.1259kmol/h查文献知：苯：350K时热容46.60卡/（克·分子·℃）；400K时热容47.92卡/（克·分子·℃）由公式[14]（4-1）得361.56−350400−361.56=Cp1−46.6047.92−Cp1即Cp1氯苯：80℃时热容38.31卡/（克·分子·℃），90℃时热容38.99卡/（克·分子·℃）由公式[14]（4-1）得88.41−8090−88.41=Cp2−38.3138.99−Cp2即Cp2二氯苯：80℃时热容为44.29卡/（克·分子·℃），90℃时热容为44.85卡/（克·分子·℃）由公式[14]（4-1）得88.41−8090−88.41=Cp3−44.2944.85−Cp2即Cp2 Q=4.3塔顶第一分凝器热量衡算粗氯化液：进口T1=35℃，出口T2=80℃T=T苯：50℃时，Cp=33.485；60℃时，Cp=34.008由公式[14]（4-1）得57.5−5060−57.5=Cp1−33.48534.008−Cp1即Cp2氯苯：50℃时，Cp=36.68；60℃时，Cp=36.97由公式[14]（4-1）得57.5−5060−57.5=Cp2−36.6836.97−Cp2即Cp2二氯苯：50℃时，Cp=42.51；60℃时，Cp=43.12由公式[14]（4-1）得57.5−5060−57.5=Cp3−42.5143.12−Cp3即Cp3精氯化液中各物质含量：苯：18.7964，氯化苯：5.6957；二氯苯：0.1259Q2=4.4塔顶第二预热器热量衡算90℃时苯的汽化热是7218卡/（克·分子·℃）=30220.3244J/mol·℃在第二预热器中，苯由90℃气体变成90℃液体，消耗的苯的物质的量为n气液=Q2所以，第一分凝器中苯的回流量为L1=n(气液)=5.3138kmol/h已知粗馏塔的回流比为R=0.07806497粗馏塔第二分凝器回流量为L2，馏出液D=20.6730kmol/h回流比：R=L2D即L2=RD=0.07806497×20.6730=1.6138kmol/hV=L1+L2+D=5.3138+1.6138+20.6730=27.6006kmol/h4.5塔顶第二分凝器热量衡算进口：T1=90℃；出口：T2=66℃T=T进口物料为V-L1=27.6006-5.3138=22.2868kmol/h其中氯苯：V−苯含量：D×0.993039+L2=20.6730×0.993039+1.6138=22.1429kmol/h由参考书籍知苯：70℃时，Cp=34.530；80℃时，Cp=35.098由公式[14]（4-1）得78−7080−78=Cp1−34.53035.098−Cp1即Cp1氯苯：70℃时，Cp=37.63；60℃时，Cp=38.31由公式[14]（4-1）得78−7080−78=Cp2−37.6338.31−Cp2即Cp2Q水在20℃下，Cp=4.138；在30℃℃下，Cp=4.174所以水的质量：m水4.6塔顶全凝器热量衡算进口：T1=66℃,出口：T2=30℃T=T进口物料为D=18.9171kmol/h；苯：18.7854kmol/h；氯化苯：0.1317kmol/h由参考书籍知[14]苯：40℃时，Cp=32.963；50℃时，Cp=33.485由公式（4-1）得48−4050−48=Cp1−32.96333.485−Cp1即Cp1氯苯：40℃时，Cp=36.39；50℃时，Cp=36.68由公式（4-1）得48−4050−48=Cp2−36.3936.68−Cp2即Cp2Q循环水由20℃到36℃时，T=T在28℃时，水的Cp值为4.1758kJ/kg·℃所以消耗水的质量为m4.7塔顶第一预热器热量衡算进口T1=80℃，出口T2=86.82℃T=T进料量：苯：18.7964kmol/h；氯化苯：5.6957kmol/h；二氯苯：0.1259kmol/h由参考书籍知[14]苯：350K时，Cp=23.46；400K时，Cp=26.78由公式（4-1）得356.56−350400−356.56=Cp1−23.5626.78−Cp1即Cp1查资料[16]得在80.1℃下，苯的汽化热为7353卡/（克·分子·℃）=30785.5404J/mol氯苯：80℃时，Cp=38.31；90℃时，Cp=38.99由公式（4-1）得83.41−8090−83.41=Cp2−38.3138.99−Cp2即Cp二氯苯：80℃时，Cp=44.29；60℃时，Cp=44.85由公式（4-1）得83.41−8090−83.41=Cp3−44.2944.85−Cp3即Cp3Q蒸气的温度：240℃～100℃，T=T在170℃时，蒸气的热容为：4.379kJ/kg·℃所以m=4.8塔釜再沸器热量衡算Q6=Q1=15657.9417kJ/h蒸气由240℃～100℃时，T=T在170℃时，水蒸气的热容为：4.379kJ/kg·℃所以m=第5章主要设备的计算与选型5.1粗馏塔的选型5.1.1粗馏塔塔板数的计算表5.1粗馏塔的物料关系表组分苯氯化苯二氯苯∑进料F1（kg/h）0.690000F10.301300F10.008700F12127.8070F1馏出液D1（kg/h）0.990000D10.010000D101482.1506釜液W1（kg/h）0.001329W10.970000W10.028671W1645.6564W1表5.2初馏塔的物料关系表组分苯氯化苯二氯苯进料F1（kg/h）1468.1868641.108218.5119馏出液D1（kg/h）1467.329114.82150釜液W1（kg/h）0.8581626.286718.5116由物料衡算得出初馏塔的详细数据如下表：表5.3初馏塔的详细数据组分苯氯化苯二氯苯∑进料流量（kmol/h）18.79645.69570.125924.618组成（xi）0.76350.23140.0051141.00塔顶流量（kmol/h）18.78540.1317018.9171组成（yi）0.99300.00696201.00塔底流量（kmol/h）0.010995.56400.12595.7009组成0.0019280.97600.022081.005.1.1.1粗馏塔泡点温度计算设泡点温度为86.82℃，查文献[15]得饱和蒸气压数据为80℃时，苯：757.62mmHg；氯化苯：147.44mmHg；二氯苯：27.948mmHg90℃时，苯：1020.9mmHg；氯化苯：211.35mmHg；二氯苯：42.833mmHg泡点方程[14]：T−T1对苯进行计算：86.82−8090−86.82=x−757.62k对氯苯进行计算：86.82−8090−86.82=x−147.44k对二氯苯进行计算：86.82−8090−86.82=x−27.948ky=∑而0.999912与1相差＜110000，因此泡点温度为5.1.1.2粗馏塔露点温度计算设露点温度为80.91℃，查文献[15]得饱和蒸气压数据为80℃时，苯：757.62mmHg；氯化苯：147.44mmHg；90℃苯：1020.9mmHg；氯化苯：211.35mmHg；利用式（5-1），对苯进行计算：80.91−8090−80.91=x−757.62k对氯化苯进行计算：80.91−8090−80.91=x−147.44k∑所得结果与1相比，相差＜110000，因此露点温度为5.1.1.3粗馏塔回流比86.82℃时[15]，苯的饱和蒸气压：937.17696mmHg，相对挥发度：4.906001895氯化苯的饱和蒸气压：191.02662mmHg，相对挥发度：1二氯苯的饱和蒸气压：38.09957mmHg，相对挥发度：0.199446391由恩德伍德[17]公式，得泡点进料q=1式（5-2）i=1解得θ=0.200376最小回流比为：Rmin=i=1=即回流比为：R=2R5.1.1.4理论塔板数计算X=Y=0.545827−0.591422×0.040432+查文献[17]，由芬斯克方程知Nmin又因为Y=N−圆整后，理论塔板数为17，其中不包括再沸器和分凝器。泡点进料：㏒n=0.206㏒解得nm=0.35987，又由上面的结果知所以n=5，加料版为塔顶向下的第六块理论塔板。5.1.1.5实际塔板数的计算用奥康奈尔法[17]估算全塔效率ET，在泡点温度86.82℃下，计算各组分的粘度苯：86.82−8090−86.82氯化苯：86.82−8090−86.82二氯苯：86.82−8090−86.82所以μL=0.7635×0.288222+0.2314×0.417188+0.005114×0.673816=0.320041全塔效率ET=0.49（α=0.49（所以实际塔板数Np=NT圆整得Np=40（不包括再沸器和分凝器）精馏段Np=N5.1.2粗馏塔塔径的计算t=90℃[15]，苯的饱和蒸气压：1020.9，相对挥发度：4.830376氯化苯的饱和蒸气压：211.35，相对挥发度：1二氯苯的饱和蒸气压：42.833，相对挥发度：0.2026645.1.2.1平均摩尔质量计算a、塔顶平均摩尔质量[17]苯：xD苯=0.9930，而y苯=xD苯=αx苯1+（α﹣1）x苯氯化苯：xD氯苯=0.006962，由上边的公式解得x氯苯=0.001427所以MvDm=xD苯M苯+xD氯苯M氯苯=0.9930×78.11+0.006962×112.56=78.3469g/molMLDm=x苯M苯+x氯苯M氯苯=0.96657×78.11+0.001427×112.56=75.6594g/molb、进料板平均摩尔质量苯：xF苯=0.7635，而y苯=αx苯1+（α﹣1）x苯二氯苯：xF二氯苯=0.005114，由上面的公式得y二氯苯=0.0024598氯苯：xF氯化苯=0.2314，所以y氯化苯=1-0.94061-0.0024598=0.056930MvFm=y苯M苯+y氯苯M氯苯+y二氯苯M二氯苯=0.94061×78.11+0.0056930×112.56+0.0024598×147.00=80.1846g/molMLFm=xF苯M苯+xF氯化苯M氯化苯+xF二氯苯M二氯苯=0.7635×78.11+0.2314×112.56+0.005114×147.00=86.4351g/molc、精馏段平均摩尔质量Mvm=MMLm=M5.1.2.2操作压力计算表压：（60～80）kpa，取70kpa塔顶操作压力：PD=101.325+70=171.325kpa每层塔板的压降：∆p=0.7kpa进料板压力：PF=171.325+（11×0.7）=179.025kpa精馏段平均压力：Pm=(171.325+179.025)/2=175.1750kpa5.1.2.3操作温度的计算tD=90℃，tF=86.82℃所以tm=88.41℃5.1.2.4平均密度计算a、气相平均密度计算由理想气体状态方程[16]知ρvm=Pb、液体平均密度计算计算公式[18]：1ρ塔顶：t=90℃时，密度：苯：803.9，氯化苯：1031，二氯苯：1230塔顶质量组成：苯：0.9900，氯化苯：0.0100所以ρ进料板：80℃时，密度：苯：815，氯化苯：1042，二氯苯：124190℃时，同上。在泡点温度下，苯：86.82−8090−86.82=ρ苯氯化苯：86.82−8090−86.82=ρ苯氯二氯苯：86.82−8090−86.82=ρ二氯苯进料板质量组成：苯：0.6900，氯化苯：0.3013，二氯苯：0.008700ρLFm=平均密度：ρLm=ρLDm+5.1.2.5表面张力计算由文献[14]知tD=90℃时，σ苯=19.6667mN/m,σ氯苯=24.3627mN/m塔顶：σLDm=x=0.9930×19.6667+0.006962×24.3627=19.6994mN/mtF=86.82℃时，σ苯=20.0439mN/m,σ氯苯=24.7008mN/m，σ二氯苯=28.9256mN/m进料板：σ=21.1690mN/m5.1.2.6塔径的计算L=6.9276kmol/h，V=27.6006kmol/h精馏段体积流率[14]：Vs=VLs=L取板间距HT=0.35m，板上液层高度hl=0.08m所以，HT-hl=0.35-0.08=0.27mLSVS由以上数据，查史密斯关联图[18]得C20=0.055C=C又μmax取安全系数为0.6，则μ=0.6μmax粗馏段塔径D=45.1.3粗馏塔提馏段塔径计算tw=140℃，相对挥发度：苯：3.7568，氯化苯：1，二氯苯：0.26655.1.3.1平均摩尔质量计算a、塔顶平均摩尔质量计算苯：xW苯=0.001928，而y苯=αx苯1+（α﹣1）x苯二氯苯：xW二氯苯=0.02208，由上边的公式解得y二氯苯=0.02244氯化苯：xW二氯苯=0.9760，y氯苯=1-y苯-y二氯苯=1-0.007205-0.02244=0.9704所以MvWm=yW苯M苯+yW氯苯M氯苯+yW二氯苯M二氯苯=0.007205×78.11+0.9704×112.56+0.02244×147.00=113.0897g/molMLDm=xW苯M苯+xW氯苯M氯苯+xW二氯苯M二氯苯=0.001928×78.11+0.9760×112.56+0.02208×147.00=113.2549g/molb、进料板平均摩尔质量计算由上面的计算结果知：MVFm=80.1864g/mol，MLFm=86.4351g/molc、提馏段平均摩尔质量计算MVm=(MLm=(5.1.3.2操作压力计算进料板压力：PF=179.025kpa，塔底操作压力：PW=PF+0.7×（41-11）=200.025kpa提馏段平均压力：PM=（5.1.3.3操作温度计算由tF=86.82℃,tW=140℃，所以提馏段平均温度tm=86.82+1405.1.3.4平均密度计算a、气相平均密度计算由理想气体状态方程知ρvm=Pb、液体平均密度计算计算公式：1塔顶：t=140℃时，密度：苯：744.1，氯化苯：972.9，二氯苯：1172塔顶质量组成：苯：0.001328，氯化苯：0.9700，二氯苯：1172所以ρ进料板：由上面的计算知ρLFm5.1.3.5液体表面张力的计算由文献知tD=140℃时，σ苯=13.8922mN/m,σ氯苯=19.0392mN/m，σ二氯苯=23.5294mN/m塔顶：σ进料板：σ提馏段：σ5.1.3.6精馏段塔径的计算L’=L+qF=L+F=6.9276+24.6180=31.5456kmol/h式（5-17）V’=V+（q-1）F=V=27.6006kmol/h式（5-18）取板间距HT=0.35m，板上液层高度hl=0.08m所以，HT-hl=0.35-0.08=0.27mL由以上数据，查史密斯关联图得C20=0.036C=C又μ取安全系数为0.6，则μ=0.6μmax精馏段塔径D=45.1.3.7粗馏塔塔径的计算a、因为精馏段塔径比提馏段塔径小，所以塔径圆整为0.8m。塔的截面积为：AT=π实际空塔气速为：μ=b、有效高度的计算精馏段有效高度：Z提馏段有效高度：Z查书知人孔高度为D=0.8mZ=Z精+Z提+0.8=3.5+12.95+0.8=17.25m5.1.4粗馏塔溢流装置设计塔径:D=800mm,可选用单溢流弓形降液管[19]，采用凹型受液盘5.1.4.1堰长取[14]Lw=0.7D=0.7×0.8=0.56m5.1.4.2溢流堰高度ℎwℎow查文献近似取E=1，代入数据求得ℎow=0.01228取板上液层高度ℎl取0.06m，ℎ0.1-ℎow5.1.4.3弓形降液管宽度和截面积Af计算得Af=0.92×0.5026=0.4624m²,液体在降液管停留时间θ=3600设计合理5.2精馏塔的选型表5.4精馏塔的物料关系表组分苯氯化苯二氯苯∑进料F2（kg/h）0.001328F20.9700F20.028672F2645.6564馏出液D2（kg/h）0.001372D20.9950D20.003629D2625釜液W2（kg/h）00.1976W20.8024W220.6564表5.5精馏塔的物料关系表组分苯氯化苯二氯苯进料F2（kg/h）0.8574626.286718.5123馏出液D2（kg/h）0.8575621.8752.2681釜液W2（kg/h）04.081716.5747由物料衡算得出初馏塔的详细数据如下表：表5.6精馏塔的详细数据组分苯氯化苯二氯苯∑进料续表5.6精馏塔的详细数据流量（kmol/h）0.010985.56400.12595.7009组成（xi）0.0019260.976990.0220841.00塔顶流量（kmol/h）0.010985.52480.015435.55121组成（yi）0.00197790.995240.00277961.00塔底流量（kmol/h）00.0362600.11280.14906组成00.243260.756741.005.2.1精馏塔泡点温度计算设泡点温度为107.51℃，查文献得饱和蒸气压数据为100℃时，苯：1350.4mmHg；氯化苯：296.16mmHg；二氯苯：63.879mmHg110℃时，苯：1757.88mmHg；氯化苯：406.55mmHg；二氯苯：92.940mmHg利用泡点方程对苯进行计算：107.51−100110−107.51=x−1350.4k对氯苯进行计算：107.51−100110−107.51=x−296.16k对二氯苯进行计算：107.51−100110−107.51=x−663.879ky=∑而0.999986与1相差＜110000，因此泡点温度为5.2.2精馏塔露点温度计算设露点温度为107.41℃，查文献得饱和蒸气压数据为利用泡点方程，对苯进行计算：107.41−100110−107.41=x−1350.4k对氯化苯进行计算：107.41−100110−107.41=x−296.16k对二氯苯进行计算：107.41−100110−107.41=x−63.879k∑所得结果与1相比，相差＜110000，因此露点温度为5.2.3精馏塔回流比107.51℃时，苯的饱和蒸气压：1656.41748mmHg，相对挥发度：19.32723氯化苯的饱和蒸气压：379.06289mmHg，相对挥发度：4.42294二氯苯的饱和蒸气压：85.70381mmHg，相对挥发度：1由恩德伍德公式，得泡点进料q=1i=1解得θ=0.13462最小回流比为：R即回流比为：R=25.2.4理论塔板数计算X=Y=0.545827−0.591422×0.03281+查文献，由芬斯克方程知N又因为Y=N−圆整后，理论塔板数为13，其中不包括再沸器和分凝器。泡点进料：㏒解得nm=1.37265，又由上面的结果知所以n=8，加料版为塔顶向下的第八块理论塔