苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计

课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计设计题目：苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计院系：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2010年11月19日目录一、设计背景............................................1二、产品与设计方案简介...................................2（一）产品性质、质量指标..............................3（二）设计方案简介....................................3（三）工艺流程及说明..................................3三、工艺计算及主体设备设计...............................4（一）精馏塔的物料衡算................................41）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率................42）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量............53）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率................5（二）塔板数的确定....................................51）理论塔板数的确定................................52）实际塔板数.....................................7（三）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............81）操作压力的计算..................................82）操作温度的计算..................................83）平均摩尔质量计算................................84）平均密度计算...................................105）液相平均表面张力...............................106）液相平均粘度计算...............................11四、精馏段的塔体工艺尺寸的计算..........................11（一）塔径的计算..................................11（二）精馏塔有效高度的计算.......................11五、塔板工艺结构尺寸的设计与计算........................12（一）溢流装置....................................12（二）塔板布置....................................13（三）开孔率n和开孔率..........................13六、塔板上的流体力学验算................................14（一）气体通过筛板压降和的验算...............14（二）雾沫夹带量ve的验算..........................15（三）漏液的验算..................................15（四）液泛的验算..................................15七、塔板负荷性能图....................................16（一）.漏液线（气相负荷下限线）.................16（二）.液沫夹带线..............................16（三）.液相负荷下限线..........................17（四）.液相负荷上限线..........................17（五）.液泛线........................................................................17八、筛板式精馏塔设计计算结果............................19九、主要符号说明.......................................20十、结果与结论......................................................................................21十一、收获与致谢.......................................21phppΔ《化工原理》课程设计任务书一、设计题目——苯-氯苯二元物系板式连续精馏塔设计一座苯-氯苯板式连续精馏塔,要求年产36432吨纯度为99%的苯,塔底釜液中苯含量为1%,原料液中含苯69%（以上均为质量百分数)。二、操作条件(1)塔顶压强:4kPa（表压）(2)进料热状况:饱和蒸汽进料(3)回流比:R=2Rmin(4)单板压降不大于0.7kPa三、设备形式筛板塔四、设计工作日每年330天,每天24小时连续运行五、厂址青藏高原大气压约为77.31kPa的远离城市的郊区六、设计要求1.设计方案的确定及流程说明2.塔的工艺计算3.塔和塔板主要工艺尺寸的确定（1）.塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定（2）.塔板的流体力学验算（3）.塔板的负荷性能图4.设计结果一览表5.对本设计的评述表1苯和氯苯的物理性质项目分子式分子量M沸点（K）临界温度tC（℃）临界压强PC（atm）苯A氯苯BclHCHC566678.11112.6353.3404.9562.1632.448.344.6表2苯和氯苯的饱和蒸汽压温度C080.18590951001050AP,mmHg757.62889.261020.91185.651350.41831.70BP，mmHg147.44179.395211.35253.755296.16351.355x10.8180.6780.5430.4400.276y10.9570.9110.8470.7820.665温度C0110115120125130131.750AP,mmHg23132638.529643355374642100BP，mmHg406.55477.125547.7636.505725.31760x0.1850.1310.08790.04540.01150y0.5630.4560.3430.2010.05660表3液体的表面张力温度6080100120140苯，mN/m23.7421.2718.8516.4914.17氯苯，mN/m25.9623.7521.5719.4217.32表4苯与氯苯的液相密度温度(℃)6080100120140苯,kg/3m836.6815.0792.5768.9744.1氯苯,kg/3m1064.01042.01019.0996.4972.9表5液体粘度µL温度(℃)6080100120140苯（mPa.s）0.3810.3080.2550.2150.184氯苯（mPa.s）0.5150.4280.3630.3130.274表6Antoine常数组分ABC苯6.0231206.35220.24氯苯7.13382182.68293.767一、设计背景塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。（3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔的特点如下：（1）结构简单、制造维修方便。（2）生产能力大，比浮阀塔还高。（3）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。（4）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。（5）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。二、设计方案的确定及流程说明1.设计方案的确定根据设计任务书，次射击的塔型为筛板塔。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大20~40%，塔板效率高10~15%，压力降低30~50%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都比较容易。从而一反长期的冷落，而广泛应用。筛板塔攀上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几个部分。工业塔常用的筛孔孔径为3-8mm，按正三角形排列，空间距与孔径的比为2.5-5。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。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。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。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。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N——R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R2.设计流程本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式