化工原理課程設(shè)計苯氯苯二元物系板式連續(xù)精餾塔.

1、化工原理課程設(shè)計說明書（報告）北京化工大學(xué)北方學(xué)院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY設(shè)計題目苯-氯苯二元物系板式連續(xù)精餾塔 設(shè)計者：班級 化工0901 姓名 學(xué)號 ：日期 2012年9月20日 指導(dǎo)教師： 設(shè)計成績： 日期 一、苯-氯苯板式精餾塔的工藝設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計題目設(shè)計一座苯-氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為99.7%的苯36432噸，塔底餾出液中含苯1%，原料液中含苯為65%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。（二）操作條件1.塔頂壓強4kPa（表壓）2.進(jìn)料熱狀況：飽和蒸汽進(jìn)料3.回流比：R=2Rmin4.單板壓

2、降不大于0.7kPa（三）設(shè)計內(nèi)容設(shè)備形式：篩板塔設(shè)計工作日：每年330天，每天24小時連續(xù)運行廠址：青藏高原大氣壓約為77.31kpa的遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)設(shè)計要求1.設(shè)計方案的確定及流程說明2.塔的工藝計算3.塔和塔板主要工藝尺寸的確定（1）塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定（2）塔板的流體力學(xué)驗算（3）塔板的負(fù)荷性能圖繪制（4）生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖的繪制4、塔的工藝計算結(jié)果匯總一覽表5、對本設(shè)計的評述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論（四）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.組分的飽和蒸汽壓（mmHg）溫度，（）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148

3、2052934005437197602.組分的液相密度（kg/m3）溫度，（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下式計算苯 推薦：氯苯 推薦： 式中的t為溫度，。3.組分的表面張力（mN/m）溫度，（）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4雙組分混合液體的表面張力可按下式計算：5.其他物性數(shù)據(jù)可查化工原理附錄。二、苯-氯苯板式精餾塔的工藝計算書（精餾段部分）（一）設(shè)計方案的確定及工藝流程的

4、說明原料液經(jīng)臥式列管式預(yù)熱器預(yù)熱至泡點后送入連續(xù)板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用強制循環(huán)式列管全凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至苯液貯罐；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜產(chǎn)品經(jīng)臥式列管式冷卻器冷卻后送入氯苯貯罐。典型的連續(xù)精餾流程為原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱后到指定的溫度后，送入精餾塔的進(jìn)料板，在進(jìn)料上與自塔上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上，回流液體與上升蒸氣互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜殘液），部分液體汽化，產(chǎn)生上升蒸氣，依次通過各層塔板。塔頂蒸氣進(jìn)入冷凝器中被全部冷凝，并將部

5、分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）。（二）全塔的物料衡算1.料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為78.11 kg/kmol和112.6kg/kmol2.平均摩爾質(zhì)量3.料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給條件：一年以330天，一天以24小時計，有：，全塔物料衡算： （三）塔板數(shù)的確定1.理論塔板數(shù)的求取2）確定操作的回流比R將1）表中數(shù)據(jù)作圖得曲線及曲線。在圖上，因q=0， e（0.728,0.728）查得，。故有：;3）求理論塔板數(shù)(圖解法)精餾段操作線：總理論板層數(shù)：9.5(包括再沸器)進(jìn)料板位層：62.實際塔板數(shù)1）全塔效率

6、選用公式計算。該式適用于液相粘度為0.071.4mPa·s的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。塔的平均溫度為0.5(80.15+129.63)=104.89（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄得：，。2）實際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）精餾段：塊 提餾段：塊（四）塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算1.平均壓強取每層塔板壓降為0.7kPa計算。塔頂：加料板：平均壓強2.平均溫度和 兩式聯(lián)立3.平均分子量塔頂： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖）精餾段：4.平均密度1）液相平均密度塔頂： 進(jìn)料板：精餾段：2）汽相平均密度5.液體的平

7、均表面張力塔頂：；進(jìn)料板：； 精餾段：6.液體的平均粘度塔頂：加料板：精餾段：（五）精餾段的汽液負(fù)荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量（六）塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算1.塔徑1）初選塔板間距及板上液層高度，則：2）按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得負(fù)荷因子泛點氣速：m/s3）操作氣速取4）精餾段的塔徑圓整取塔截面積為此時的操作氣速。2.塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算1）溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。溢流堰長（出口堰長）取出口堰高降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下P147圖11-16得

8、，即：，液體在降液管內(nèi)的停留時間（滿足要求）降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：故降液管設(shè)計合底隙高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度為2） 塔板布置1.塔板分塊 因D=1600 故塔板分4塊2.邊緣區(qū)寬度 開孔區(qū)面積式中：3）開孔數(shù)和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數(shù)（孔）每層塔板的開孔率（應(yīng)在515%，故滿足要求）氣體通過篩孔的孔速 4）精餾段的塔高；在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m,故精餾塔的有效高度為：（七）塔板上的流體力學(xué)驗算1.塔板壓降1）氣體通過干板的壓降

9、。 2）氣體通過板上液層的壓降 動能因子查化原圖得3）氣體克服液體表面張力產(chǎn)生的壓降4）氣體通過篩板的壓降（單板壓降）和（滿足工藝要求）。2.霧沫夾帶量的驗算 驗算結(jié)果表明不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。3.漏液的驗算漏液點的氣速<11.07m/s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)（無漏液）4.液泛的驗算為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度成立，故不會產(chǎn)生液泛。通過流體力學(xué)驗算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出最合理的設(shè)計，還需重選及，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。（八）塔板負(fù)荷性能圖1.液沫夾帶線（1） （1）式中：將已知數(shù)據(jù)代入式（1） （1-1）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（1-1）算出對應(yīng)的

10、值列于下表：0.00060.00150.00300.00453.2953.1823.0372.915依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）2.液泛線（2） （2-2）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（2-2）算出對應(yīng)的值列于下表：0.00060.00150.00300.0045 10.179.7079.0658.474依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）3.液相負(fù)荷上限線（3） （3-3）4.漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）整理得： （4-4）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（4-4）算出對應(yīng)的值列于下表：0.00060.00150.00300.00450.9570.9811.0111.035依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液

11、線（4）5.液相負(fù)荷下限線（5）取平堰堰上液層高度m （5-5）操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最小負(fù)荷之比，即：操作彈性=三、塔的提餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算1.平均壓強取每層塔板壓降為0.7kPa計算。塔頂：加料板：平均壓強2.平均溫度和 兩式聯(lián)立3.平均分子量塔底： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖）提餾段：4.平均密度1）液相平均密度塔底： 進(jìn)料板：提餾段：2）汽相平均密度5.液體的平均表面張力 塔底： 進(jìn)料板： 提餾段：6.液體的平均粘度塔底：加料板：提餾段：（五）精餾段的汽液負(fù)荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量（六）

12、塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算1.塔徑1）初選塔板間距及板上液層高度，則：2）按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得負(fù)荷因子泛點氣速：3）操作氣速取4）精餾段的塔徑圓整取塔截面積為此時的操作氣速。2.塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算1）溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。溢流堰長（出口堰長）取出口堰高m降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下P147圖11-16得，即：，液體在降液管內(nèi)的停留時間（滿足要求）降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：故降液管設(shè)計合底隙

13、高度設(shè)計合理選用凹形受液盤，深度為3） 塔板布置1.塔板分塊 因D=1000 故塔板分3塊2.邊緣區(qū)寬度 開孔區(qū)面積式中：3）開孔數(shù)和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數(shù)（孔）每層塔板的開孔率（應(yīng)在515%，故滿足要求）氣體通過篩孔的孔速4）精餾段的塔高（七）塔板上的流體力學(xué)驗算1.塔板壓降1）氣體通過干板的壓降 。 2）氣體通過板上液層的壓降動能因子查化原圖得3）氣體克服液體表面張力產(chǎn)生的壓降4）氣體通過篩板的壓降（單板壓降）和（滿足工藝要求）。2.霧沫夾帶量的驗算 驗算結(jié)果表明不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。3.漏液的驗算漏液點的氣速篩板的穩(wěn)定性

14、系數(shù)（不會產(chǎn)生過量液漏）4.液泛的驗算為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度成立，故不會產(chǎn)生液泛。通過流體力學(xué)驗算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出最合理的設(shè)計，還需重選及，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。（八）塔板負(fù)荷性能圖1.霧沫夾帶線（1） （1）式中：將已知數(shù)據(jù)代入式（1） （1-1）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（1-1）算出對應(yīng)的值列于下表：0.00060.00150.00300.00451.2621.2021.1251.060依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）2.液泛線 （2） （2-2）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（2-2）算出對應(yīng)的值列于下表：0.00060.0015

15、0.00300.00451.5241.4451.3041.165依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）3.液相負(fù)荷上限線（3） （3-3）4.漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）整理得： （4-4）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（4-4）算出對應(yīng)的值列于下表：0.00060.00150.00300.00450.3310.3420.3550.366依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線（4）5.液相負(fù)荷下限線（5）取平堰堰上液層高度m （5-5）操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最小負(fù)荷之比，即：操作彈性=四、精餾塔的設(shè)計計算結(jié)果匯總一覽表精餾塔的設(shè)計計算結(jié)果匯總一覽表項 目符 號單 位計 算 結(jié) 果精

16、餾段提餾段平均壓強kPa84.8191.11平均溫度84.18108.92平均流量m3/s1.42 0.627m3/s0.002450.00266實際塔板數(shù)塊109板間距m0.400.40塔段的有效高度m7.6 7.6塔徑m1.601.0空塔氣速m/s0.9910.856塔板液流型式單溢流單溢流溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長m1.056 0.66堰高m0.0440.043溢流堰寬度m0.1980.124底隙高度m0.0290.033板上清液層高度m0.0600.060孔徑mm55孔間距mm1515孔數(shù)個65202731開孔面積m21.270.532篩孔氣速m/s10.9111.66塔板壓降kPa0.4