连续精馏塔内分离苯、氯苯混合物

化工原理设计常压操作的连续精馏塔内分离苯－氯苯混合物系别：应用化学与环境工程系专业（班级）：应用化工化学级2班作者（学号）：指导教师：完成日期：2012年5月31日-2-塔设备设计任务书二一、设计题目在一常压操作的连续精馏塔内分离苯－氯苯混合物。要求年处理量为3、5、8万吨，原料组成为苯38％（质量分率，下同），馏出液组成为0.998。二、操作条件操作压力：4kPa（表压）进料状况：自选回流比：自选单板压降：＜0.7kPa全塔效率：ET＝52％三、塔板类型筛板塔四、工作日每年300天，每天24小时连续运行五、厂址建厂地址：蚌埠地区六、设计内容（1）精馏塔的物料衡算（2）塔板数的确定（3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算（5）塔板主要工艺尺寸的计算（6）塔板的流体力学验算（7）塔板负荷性能图（8）精馏塔接管尺寸计算（9）绘制生产工艺流程图（10）绘制塔体及内件尺寸图（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。七、设计基础数据苯、氯苯纯组分的饱和蒸汽压数据温度，8090100110120130131.8Pi0×0.133－1kPa苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760其他物性数据可查有关手册。学生签名：指导教师签名：教研室主任签名：系主任签名：-3-目录课程设计任务书………………………………………………………………2目录…………………………………………………………………………2设计计算…………………………………………………………………………51.第一章精馏流程的确定………………………………………………………52.第二章精馏塔工艺尺寸的计算………………………………………………52.1设计方案的确定……………………………………………………………52.2精馏塔的物料恒算…………………………………………………………52.3原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量………………………………52.4原料液及塔顶底产品的摩尔流率…………………………………………52.5塔板数确定……………………………………………………………………53.第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算…………………………73.1操作压力计算…………………………………………………………………73.2操作温度计算…………………………………………………………………73.4平均密度计算…………………………………………………………………83.5液体平均表面张力计算………………………………………………………93.6液相平均粘度的计算…………………………………………………………94.第四章精馏塔的塔体工艺尺寸的计算………………………………………94.1塔径的计算……………………………………………………………………94.2精馏塔有效高度的计算………………………………………………………105.第五章塔板主要工艺尺寸的计算……………………………………………115.1溢流装置计算…………………………………………………………………115.2塔板布置………………………………………………………………………126.第六章筛板的流体力学验算…………………………………………………126.1塔板压降………………………………………………………………………126.2液面落差………………………………………………………………………136.3液沫夹带………………………………………………………………………136.4漏液……………………………………………………………………………146.5液泛……………………………………………………………………………147.第七章塔板负荷性能图………………………………………………………147.1漏液线…………………………………………………………………………147.2液沫夹带线……………………………………………………………………157.3液相负荷下限线………………………………………………………………167.4液泛线…………………………………………………………………………167.5液相负荷上限线………………………………………………………………168.第八章接管尺寸计算…………………………………………………………188.1进料管………………………………………………………………………188.2回流管…………………………………………………………………………188.3塔底出料管……………………………………………………………………188.4塔顶蒸气出料管………………………………………………………………188.5塔底进气管……………………………………………………………………18-4-8.6筒体……………………………………………………………………………198.7封头……………………………………………………………………………198.8除沫器…………………………………………………………………………198.9裙座……………………………………………………………………………198.10人孔…………………………………………………………………………198.11塔总体高度的设计…………………………………………………………209.第九章.所设计的筛板的主要结果汇总于表…………………………………2010.第十章.参考资料……………………………………………………………2111.小结……………………………………………………………………………21-5-【设计计算】第一章精馏流程的确定1.塔顶压强4kPa（表压）；2.进料热状况，泡点进料q=1；3.回流比，R=2Rmin4.单板压降不大于0.7kPa；5.年工作日300天，每天24小时连续运行。第二章精馏塔工艺尺寸的计算2.1设计方案的确定在一常压操作的连续精馏塔内分离苯－甲苯混合物。要求年处理量为3万吨，组成为苯38%（质量分率，下同），馏出液组成为0.998，塔釜液组成为0.02。2.2精馏塔的物料衡算苯的摩尔质量MA=78.11kg/kmol氯苯的摩尔质量MB=112.56kg/kmol469.056.112/62.011.78/38.011.78/38.0Fx9986.056.112/002.011.78/998.011.78/998.0Dx28570.056.112/98.011.78/02.011.78/02.0Wx2.3原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔质量40.9656.112*)469.01(11.78*469.0FMkg/kmol158.7856.112*)9986.01(11.78*9986.0DMkg/kmol5758.11156.112*)28570.01(11.78*28570.0WMkg/kmol2.4原料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，有：2722.4340.96*24*3001000*30000)*t/(30000FMtFkmol/h联立F=D+W；0.469F=0.9986D+0.00288W解得，F=43.2227kmol/h；D=19.6247kmol/h；W=23.5980kmol/h2.5塔板数确定-6-⑴q值.由于是泡点进料，所以q=1⑵相对挥发度的计算各温度计苯的气液相比（公式BoBApPPX,pXpYAoAA*）各温度计苯对氯苯的相对挥发度（理想状态下相对挥发度，AAAAXYXYX)1()1(或oBoAppX）计算苯的平均相对挥发度各温度的平均值41.482.3*95.3*14.4*4.4*61.4*5*14.57X泡点进料xq=xF=0.469796.0469.0*)141.4(1469.0*41.4)1(1*pppxxy故最小回流比Rmin=0.6196取操作回流比R=1.2392④求精馏塔的气，液相负荷3189.246247.19*2392.1RDLhkmol/9436.346247.19*)12392.1()1(DRVhkmol/5416.672227.433189.24FLLhkmol/9436.34VVhkmol/⑤求操作线方程精馏段操作线方程为4460.05534.011nDninxRxxRRy提馏段操作线方程温度8090100110120130131.8XA10.6770.4420.2630.1270.0190YA10.9130.7850.6130.3760.0720温度8090100110120130131.8XA10.6770.4420.2650.1270.0190X5.145.004.614.404.143.953.82-7-01534.03705.19436.3428570.0*5910.329436.345416.761mmWmmxxxVWxVLy平衡方程xxxxy4124.314124.4)1(1y1=xD=0.9986xq=xF=0.469xw=0.00288第1块y1=0.9986x1=0.9939第2块y2=09960x2=0.9825第3块9898.03y9563.03x第4块9752.04y8992.04x第5块9436.05y7914.05x第6块8839.06y6333.06x第7块7964.07y470.07x第8块7061.08y3525.08xx8=0.3525xq=0.469则第8块进料第9块6552.09y1220.09x第10块2880.010y08398.010x第11块1371.011y28260.011x第12块2810.012y0650.012x0065.012xxW=0.02精馏段实际板层数1452.0/77/精TEN提留段实际板层数652.0/3/3提TEN第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例3.1操作压力计算塔顶操作压力kPaPD3.10543.101每层塔板压降kPap7.0进料板压力kPaPF1.11514*7.03.105精馏段平均压力kPaPm2.1102/)1.1153.105(3.2操作温度计算依据操作压力，有泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、氯苯的饱-8-和蒸汽压由安托尼方程计算。苯：㏒p°=6.9056-1211/(t+220.79)氯苯：㏒p°=6.9459-1423/(t+216)计算结果如下：塔顶温度：435.81Dt0C进料板温度：95.105Ft0C精馏段平均温度：1925.95mt0C3.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由9899.01yxD；9399.01x1582.7856.112)9986.01(11.789986.0VDmMkg/kmol3201.7856.112)939.01(11.789939.0LDmMkg/kmol进料板平均摩尔质量计算7061.0Fy；3525.0Fx2349.8856.112*)7601.01(11.78*7601.0VFmM4164.10056.112*)3525.01(11.78*3525.0LFmM精馏段平均摩尔质量1966.83/2）2349.881582.78（VmM3683.892100.4164)/(78.3201LmM3.4平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程式计算，即1101.3)15.273435.81(*314.81966.83*2.110mVmmVmRTMP液相平均密度计算液相平均密度依iiLma//1计算塔顶液相平均密度计算由435.81Dt0C，查手册得3/3364.815mkgA；6147.1037Bkg/3m5859.8156147.