苯氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)書

1、海南大學(xué) 課程設(shè)計(jì)書 系（部、中心） 材料與化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班 級 10級2班 課程名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目名稱 苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì) 化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書（苯氯苯精餾裝置設(shè)計(jì)）一、設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座苯-氯苯連續(xù)精餾裝置,要求年產(chǎn)純度為99.5%的氯苯26000噸,塔頂餾出液中含氯苯不得高于2%,原料液含氯苯35%(以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。二、設(shè)計(jì)條件（一）精餾塔（1）塔頂壓力 4KPa（表）（2）進(jìn)料熱狀態(tài) 自選(3)回流比 自選(4)塔底加熱蒸汽壓力 0.5MPa（表）(5)單板壓降 0.7KPa（6）全塔效率 ET=54%（7）塔板類型篩板或浮閥塔板（

2、F1型）（二）換熱器配置于精餾裝置中的預(yù)熱器 冷凝器 冷卻器 再沸器等選一設(shè)計(jì)（1）加熱介質(zhì)飽和水蒸汽0.3MPa（絕）；（2）冷卻介質(zhì)冷卻循環(huán)水，進(jìn)口溫度30，出溫度40；（3）換熱器允許壓降Pa；（4）換熱器類型標(biāo)準(zhǔn)型列管式或板式換熱器。三、工作日每年工作300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。四、生產(chǎn)廠址海南洋浦工業(yè)開發(fā)區(qū)五、設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）選擇合適的精餾塔（1）精餾塔的物料衡算；（2）塔板數(shù)的確定；（3）精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；（4）精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算；（5）塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算；（6）塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算與塔板負(fù)荷性能圖；（7）精餾塔接管尺寸計(jì)算；（8）繪制精餾裝置工藝

3、流程圖；（9）繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖；（10）對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題討論。（二）選擇合適的換熱的（1）確定設(shè)計(jì)方案選擇換熱器類型；流動空間及流速的確定。（2）確定物性數(shù)據(jù)（3）估算傳熱面積（4）工藝結(jié)構(gòu)尺寸（5）換熱器核算（6）繪制換熱器設(shè)計(jì)示意圖；（7）對換熱器設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題討論。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294811008 第1章 緒 論 HYPERLINK l _Toc294811009 1.1 精餾原理5 HYPERLINK l _Toc294811010 1.2 塔設(shè)備概述5 HYPERLINK l _Toc294811011

4、1.3 氯苯簡介6 HYPERLINK l _Toc294811012 第2章 苯-氯苯分離精餾7 HYPERLINK l _Toc294811013 2.1 工藝流程7 HYPERLINK l _Toc294811014 2.2設(shè)備選型8 HYPERLINK l _Toc294811015 2.2.1 塔設(shè)備的選型8 HYPERLINK l _Toc294811047 2.2.2 塔板的類型與選擇9 HYPERLINK l _Toc294811048 2.3 操作條件的選擇.10 HYPERLINK l _Toc294811049 第3章 工藝計(jì)算10 HYPERLINK l _Toc294

5、811050 3.1 全塔的物料衡算10 HYPERLINK l _Toc294811052 3.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率10 HYPERLINK l _Toc294811053 3.1.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量10 HYPERLINK l _Toc294811054 3.1.3 原料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率11 HYPERLINK l _Toc294811055 3.2 塔板數(shù)的確定11 HYPERLINK l _Toc294811056 3.2.1 理論板層數(shù)NT的求取11 HYPERLINK l _Toc294811057 3.2.2 實(shí)際板層數(shù)的求取 P

6、AGEREF _Toc294811057 h 133. HYPERLINK l _Toc294811058 3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算143. HYPERLINK l _Toc294811059 3.1 平均壓強(qiáng) PAGEREF _Toc294811059 h 143. HYPERLINK l _Toc294811060 3.2 平均溫度 PAGEREF _Toc294811060 h 143. HYPERLINK l _Toc294811062 3.3 平均分子量 PAGEREF _Toc294811062 h 143. HYPERLINK l _Toc294811063 3.

7、4 平均密度 PAGEREF _Toc294811063 h 153. HYPERLINK l _Toc294811064 3.5 液體的平均表面張力 PAGEREF _Toc294811064 h 163. HYPERLINK l _Toc294811065 3.6 液體平均粘度計(jì)算 PAGEREF _Toc294811065 h 17 3.3.7 氣、液負(fù)相體積流量負(fù)荷計(jì)算173. HYPERLINK l _Toc294811066 4 精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算 PAGEREF _Toc294811066 h 183. HYPERLINK l _Toc294811067 4.1 塔徑 P

8、AGEREF _Toc294811067 h 193. HYPERLINK l _Toc294811068 4.2 精餾塔有效高度 PAGEREF _Toc294811068 h 19 HYPERLINK l _Toc294811069 3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算20 HYPERLINK l _Toc294811070 3.5.1 溢流裝置計(jì)算20 HYPERLINK l _Toc294811071 3.5.2 塔板布置 PAGEREF _Toc294811071 h 21 3.5.3 篩孔計(jì)算及其排列21 HYPERLINK l _Toc294811072 3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 P

9、AGEREF _Toc294811072 h 22 HYPERLINK l _Toc294811073 3.6.1 塔板壓降 PAGEREF _Toc294811073 h 22 HYPERLINK l _Toc294811074 3.6.2 液面落差 PAGEREF _Toc294811074 h 23 HYPERLINK l _Toc294811075 3.6.3 液沫夾帶 PAGEREF _Toc294811075 h 23 HYPERLINK l _Toc294811076 3.6.4 漏液 PAGEREF _Toc294811076 h 23 HYPERLINK l _Toc2948

10、11077 3.6.5 液泛 PAGEREF _Toc294811077 h 23 HYPERLINK l _Toc294811078 3.7 塔板負(fù)荷性能圖 PAGEREF _Toc294811078 h 24 HYPERLINK l _Toc294811079 3.7.1 精餾段塔板負(fù)荷性能圖 PAGEREF _Toc294811079 h 24 HYPERLINK l _Toc294811081 3.8 塔附件的設(shè)計(jì)29 HYPERLINK l _Toc294811079 3.8.1 接管 PAGEREF _Toc294811079 h 29 HYPERLINK l _Toc294811

11、079 3.8.2 裙座30 HYPERLINK l _Toc294811078 3.8.3 塔板負(fù)荷性能圖30 3.8.4 塔總體高度的設(shè)計(jì)31換熱器的設(shè)計(jì)31 4.1 熱量衡算.31 4.1.1 原料預(yù)熱的熱量衡算31 4.1.2 塔頂苯的熱量衡算32 4.1.3 再沸器的熱量衡算32 4.2換熱器（冷卻器）的計(jì)算33 塔頂苯的設(shè)計(jì)33 估算傳熱面積34 4.2.3 工藝結(jié)構(gòu)尺寸34 4.3 換熱器核算.35 4.3.1 核算壓力降35 4.3.2 核算總傳熱系數(shù)37 4.5 對換熱器設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論39 HYPERLINK l _Toc294811127 致 謝39 PAG

12、EREF _Toc294811127 h HYPERLINK l _Toc294811129 參考文獻(xiàn)39第1章 總 論1.1 氯苯簡介 氯苯為無色液體，分子式為C6H5Cl。具有苦杏仁味。第一次世界大戰(zhàn)期間主要用于生產(chǎn)軍用炸藥所需的苦味酸。1940年以來，大量用于生產(chǎn)滴滴涕(DDT)殺蟲劑。1960年后，DDT逐漸被高效低殘毒的其他農(nóng)藥所取代，氯苯的需求量日趨下降。20世紀(jì)后期以后，氯苯主要用做乙基纖維素和許多樹脂的溶劑，生產(chǎn)多種其他苯系物的中間體，如硝基氯苯等。物理性質(zhì) 分子式：C6H5Cl；分子量：112.56；外觀與性狀：無色透明液體，具有不愉快的苦杏仁味。熔點(diǎn)：-45.2()：相對密

13、度（水=1）：1.10；沸點(diǎn)：132.2（)；相對蒸氣密度（空氣=1）：3.9；飽和蒸氣壓：1.33(kPa)；臨界溫度：359.2()臨界壓力：4.52(MPa)；溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳、苯等多數(shù)有機(jī)溶劑。 化學(xué)性質(zhì) 常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長時(shí)間沸騰則脫氯。蒸氣經(jīng)過紅熱管子脫去氫和氯化氫，生成二苯基化合物。易燃，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。與過氯酸銀、二甲亞砜反應(yīng)劇烈。 基本用途 染料、醫(yī)藥工業(yè)用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基酚等有機(jī)中間體。橡膠工業(yè)用于制造橡膠助劑。農(nóng)藥工業(yè)用于制造DDT, 涂料工業(yè)用于制造油漆。 輕工工業(yè)用于制造

14、干洗劑和快干油墨?；どa(chǎn)中用作溶劑和傳熱介質(zhì)。分析化學(xué)中用作化學(xué)試劑。1.2 苯簡介苯（benzene， C6H6)有機(jī)化合物，是組成結(jié)構(gòu)最簡單的芳香烴，在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，其密度小于水，具有強(qiáng)烈的芳香氣味?？扇?，有毒，為IARC第一類致癌物。苯不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，本身也可作為有機(jī)劑。其碳與碳之間的化學(xué)鍵介于單鍵與雙鍵之間，稱大鍵，因此同時(shí)具有飽和烴取代反應(yīng)的性質(zhì)和不飽和烴加成反應(yīng)的性質(zhì)。苯的性質(zhì)是易取代，難氧化，難加成。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志之一。苯具有的環(huán)系叫苯環(huán)，是最簡單的芳環(huán)。苯分子去掉一個氫以后的結(jié)

15、構(gòu)叫苯基，用Ph表示。 物理性質(zhì) 苯的沸點(diǎn)為80.1，熔點(diǎn)為5.5，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88g/ml，但其分子質(zhì)量比水輕。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng),除甘油,乙二醇等多元醇外能與大多數(shù)有機(jī)溶劑混溶.除碘和硫稍溶解外,無機(jī)物在苯中不溶解.苯對金屬無腐蝕性。苯能與水生成恒沸物，沸點(diǎn)為69.25，含苯91.2%。因此，在有水生成的反應(yīng)中常加苯蒸餾，以將水帶出。在10-1500mmHg之間的飽和蒸氣壓可以根據(jù)安托萬方程計(jì)算lgP = A P/(C + t)參數(shù)

16、：A = 6.91210，B = 1214.645，C = 221.205其中，P 單位為 mmHg，t 單位為 。 化學(xué)性質(zhì) 苯參加的化學(xué)反應(yīng)大致有3種：一種是其他基團(tuán)和苯環(huán)上的氫原子之間發(fā)生的取代反應(yīng)；一種是發(fā)生在苯環(huán)上的加成反應(yīng)（注：苯環(huán)無碳碳雙鍵，而是一種介于單鍵與雙鍵的獨(dú)特的鍵）；一種是普遍的燃燒（氧化反應(yīng)）（不能使酸性高錳酸鉀褪色）。 基本用途脂肪、樹脂和碘等的溶劑。測定礦物折射指數(shù)。有機(jī)合成。光學(xué)純?nèi)軇?。高壓液相色譜溶劑、用作合成染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、照相膠片、以及石油化工制品的原料、清漆、硝基纖維素漆的稀釋劑、脫漆劑、潤滑油、油脂、蠟、賽璐珞、樹脂、人造革等溶劑。氯苯作為一種重要的

17、基本有機(jī)合成原料，在生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛，由苯液相氯化法制得的氯苯中含有一定量的苯，本設(shè)計(jì)為一連續(xù)精餾塔，用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯。1.3 精餾原理精餾是分離液體混合物最常用一種作，在化工、煉油等工業(yè)中應(yīng)用很廣。它通過汽、液兩相的直接接觸，利用組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向汽相傳遞，難揮發(fā)的由汽相向液相傳遞，是汽、液兩相之間的傳質(zhì)過程。 精餾過程中，料液自塔的中部某適當(dāng)?shù)奈恢眠B續(xù)地加入塔內(nèi)，塔頂設(shè)有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂，稱為回流液，其余作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）連續(xù)排出。在塔內(nèi)上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液體之間進(jìn)行著逆流接觸和物質(zhì)傳遞。塔底部裝有

18、再沸器（蒸餾釜）以加熱液體產(chǎn)生蒸汽，蒸汽沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進(jìn)行物質(zhì)傳遞，塔底連續(xù)排出部分液體作為塔底產(chǎn)品。塔的上半部分（加料位置以上）稱為精餾段，塔的下半部分包括再沸器（蒸餾釜）稱為提餾段。 精餾用于比較難分離的體系，用普通的精餾不能分離的體系則可用特殊的精餾。特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對揮發(fā)度，達(dá)到有效分離的目的。1.4 塔設(shè)備概述塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一,他可以使氣(或汽)液或液液兩相緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力

19、和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各方面都有重大影響。塔設(shè)備中常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等。最常見的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。此外，為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求： 生產(chǎn)能力大：即單位塔截面可以通過較大的汽、液兩相流率，不會產(chǎn)生液泛等不正常的流動；效率高：汽、液兩相在塔內(nèi)流動時(shí)能保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或較大的傳質(zhì)速率；流動阻力?。毫黧w通過塔設(shè)備的阻力降小，可以節(jié)省動力

20、費(fèi)用，在減壓作時(shí)易于達(dá)到所要求的真空度；有一定的作彈性：當(dāng)汽、液相流率有一定波動時(shí)，兩相均能維持正常的流動，且不會使效率產(chǎn)生較大的變化；結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，安裝檢修方便；能滿足物系某些工藝特性，如腐蝕性、熱敏性、起泡性等特殊要求。 第2章 苯-氯苯分離精餾2.1 工藝流程連續(xù)精餾裝置流程如圖2-1所示圖2-1 連續(xù)精餾裝置流程圖首先，苯和氯苯的原料在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物

21、被降溫到露點(diǎn)冷凝成液體，其中部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲罐，而其中的另一部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分離。2.2設(shè)備選型 塔設(shè)備的選型實(shí)現(xiàn)精餾過程的主體設(shè)備主要有填料塔和板式塔。填料塔屬于微分接觸型的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi)以填料作為氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件。液體在填料表面呈膜狀自上而下流動，氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動，并進(jìn)行氣液兩相間的傳質(zhì)和

22、傳熱。兩相的組分濃度或溫度沿塔高呈連續(xù)變化。板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體自塔底向上以鼓泡活噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣-液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。填料塔與板式塔的主要區(qū)別見表2-1。表2-1 填料塔與板式塔的比較填料塔板式塔壓降小尺寸填料，壓降較大，而大尺寸填料及規(guī)整填料，則壓降較小較大空塔氣速小尺寸填料氣速較小，而大尺寸填料及規(guī)整填料則氣速可較大較大塔效率傳統(tǒng)的填料，效率較低，而新型亂堆及規(guī)整填料則塔效率較高較穩(wěn)定、效率較高液-氣比對液體量有一定要求較大持液量較小較大安裝、檢修較難較容易材質(zhì)金屬及非金屬材料均可一般

23、用金屬材料造價(jià)新型填料，投資較大大直徑時(shí)造價(jià)較低綜合考慮上表各項(xiàng)，板式塔由于比填料塔性能穩(wěn)定、效率高、安裝檢修方便及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用板式塔。 塔板的類型與選擇塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應(yīng)用以錯流式塔板為主，常用的錯流式塔板主要有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等。其中泡罩塔是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。它的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)效率及板效率較低。篩孔塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。篩板的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面

24、落差小，氣體壓強(qiáng)低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價(jià)低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)較其他幾種塔型的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。常用板式塔的性能比較見表2-2。表2-2 板式塔性能的比較塔型與泡罩塔相比的相對氣相負(fù)荷效率操作彈性85%最大負(fù)荷時(shí)的單板壓降/mm（水柱）與泡罩塔相比的相對價(jià)格可靠性泡罩塔1.0

25、良超45801.0優(yōu)浮閥塔1.3優(yōu)超45600.7良篩板塔1.3優(yōu)良30500.7優(yōu)由表2-2看出，篩板塔在相對氣液相負(fù)荷、效率、可靠性以及價(jià)格方面都較其他兩種塔優(yōu)，因此本設(shè)計(jì)選用篩板塔，其特點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)簡單、制造維修方便；生產(chǎn)能力大，比浮閥塔還高；塔板壓力降較低，適宜于真空蒸餾；塔板效率較高，但比浮閥塔稍低；合理設(shè)計(jì)的篩板塔可是具有較高的操作彈性，僅稍低與泡罩塔；小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、粘性大的和帶有固體粒子的料液。根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)，本設(shè)計(jì)選用的是篩板塔。2.3 操作條件的選擇本設(shè)計(jì)的題目設(shè)計(jì)一座苯-氯苯連續(xù)精餾裝置,即需設(shè)計(jì)一個連續(xù)精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯，具體工藝

26、參數(shù)如下：處理量：26000噸/年料液組成（含氯苯）：35產(chǎn)品組成（氯苯純度）：99.5塔頂產(chǎn)品組成（含氯苯）：2操作壓力：塔頂壓強(qiáng)4KPa(表壓)進(jìn)料熱狀況和回流比自選塔底加熱蒸氣壓力：0.5MPa（表壓)單板壓降：0.7KPa全塔效率： ET=54%塔板類型篩板生產(chǎn)廠址：海南洋浦工業(yè)開發(fā)區(qū)設(shè)備年工作時(shí)間：300天（每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行）水電供給：水源充足，供電正常第3章 工藝計(jì)算3.1 全塔的物料衡算 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112.61kg/kmol。 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 原料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給條

27、件：一年以300天，一天以24小時(shí)計(jì)，有：W26000t/a3611kg/h，全塔物料衡算： FDW0.35F0.02D0.995WF10669kg/h F1066987.49121.9kmol/hD7058kg/h D705878.594kmol/hW3611kg/h W3611112.432.13kmol/h3.2 塔板數(shù)的確定 理論塔板數(shù)的求取 苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級圖解法（MT法）求取，步驟如下：1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取依據(jù)，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下： 表-1 相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算溫度，（）8090100110120130131.8苯76010251

28、3501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y10.9130.7850.6140.3760.0710本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實(shí)際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。繪出t-x-y圖（圖3-1） 苯-氯苯混合液的t-x-y圖（圖3-1）2.確定操作的回流比R采用作圖法求最小回流比。在圖-1中對角線上，自點(diǎn)e（0.7281，0.7281）作垂線ef即為進(jìn)料線（q線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為ye=0.9350 xe=

29、0.7281故最小回流比為考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的2倍，即：求精餾塔的汽、液相負(fù)荷: 精餾段：L=RD=0.493089.81=44.28kmol/hV=(R+1)D=(0.4930+1)89.81=134.1kmol/h提餾段：L=44.28+121.9=166.2kmol/hV=V=134.1kmol/h4.求操作線方程精餾段操作線：提餾段操作線：提餾段操作線為過和(0.7281,0)兩點(diǎn)的直線。5.圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖3-2所示。苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解（圖3-2）求解結(jié)果為塊（不含釜）。其中，精餾段塊，提餾

30、段塊，第4塊為加料板位置。 實(shí)際塔板數(shù)（根據(jù)老師給的全塔效率=0.54） 實(shí)際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同） 精餾段：塊，取塊 提餾段：塊，取塊 總塔板數(shù)塊。3.3 塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算平均壓強(qiáng)取每層塔板壓降為0.7kPa計(jì)算。塔頂：加料板：塔底：精餾段平均壓強(qiáng)：提餾段平均壓強(qiáng)： 平均溫度依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法，計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、氯苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：塔頂溫度80加料板溫度88。塔底溫度131。精餾段平均溫度：。提餾段平均溫度：。 平均分子量塔頂： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖） 塔底： ,精餾段：提餾段：T2=109.

31、5液相組成：氣相組成： 平均密度1.液相平均密度 表3-2 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(jì)算苯 ： 推薦：氯苯 ： 推薦：式中的t為溫度，塔頂：進(jìn)料板： 塔底： 精餾段：液相密度 氣相密度提餾段：液相密度汽相平均密度 液體的平均表面張力附： 表3-3 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

32、面張力可按下式計(jì)算：由 用試差法計(jì)算出該溫度下兩組分的表面張力為塔頂：；（80）進(jìn)料板：； （88） 精餾段： 提餾段的計(jì)算方法與此類似，故省略。 液體的平均粘度塔頂：查化工原理附錄11，在80下有： 加料板： 精餾段： 氣、液負(fù)相體積流量負(fù)荷計(jì)算 精餾段：氣相摩爾流率：氣相體積流量：氣相體積流量：液相回流摩爾流率：液相體積流量：液相體積流量:提餾段：氣相摩爾流率：V=V=134.1kmol/h氣相體積流量：氣相體積流量：液相回流摩爾流率：L=44.28+121.9=166.2kmol/h液相體積流量：液相體積流量:3.4 塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 塔徑1.初選塔板間距及板上液層高度，則

33、：按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點(diǎn)氣速）查Smith關(guān)聯(lián)圖，見圖3-3，得C20=0.07850圖3-3 Smith 關(guān)聯(lián)圖負(fù)荷因子泛點(diǎn)氣速：m/s 3.取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為 4.精餾段的塔徑圓整取，此時(shí)的操作氣速。塔截面積為:實(shí)際空塔氣速為： 精餾塔有效高度 精餾段有效高度為： 提餾段有效高度為： 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為800mm故精餾塔的高度為：4.95+2.25+0.8=8m3.5 塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 溢流裝置因塔徑D=1.2m2m時(shí)，可達(dá)100mm。安定區(qū)寬度：規(guī)定m時(shí)mm；m時(shí)mm；本設(shè)計(jì)取m，m。 （2）開孔區(qū)面積式中： 篩孔計(jì)算及其排列取篩孔

34、的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的篩孔數(shù)（孔）每層塔板的開孔率（應(yīng)在515%，故滿足要求）每層塔板的開孔面積氣體通過篩孔的氣速3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板壓降 (1)由查圖5-10得=0.7720 (2)氣體通過液層的阻力由下式計(jì)算 m/s 查表5-11，得=0.5750. （3）液體表面張力的阻力計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力 由下式計(jì)算氣體通過每層塔板的液柱高度為氣體通過每層塔板的壓降為（滿足工藝要求） 液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且本案例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 液沫夾帶式中：=2.50.06=0.15m在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶

35、量在允許范圍中。 漏液漏液點(diǎn)的氣速實(shí)際孔速=12.77m/s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液 液泛為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度苯氯苯物系屬于一般物系，取=0.5而板上不設(shè)進(jìn)口堰，則成立，故在本設(shè)計(jì)中不會產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。3.7 塔板負(fù)荷性能圖3.7.1 精餾段塔板負(fù)荷性能圖1. 液沫夾帶線以氣為限，求關(guān)系如下 （3-1）式中：將已知數(shù)據(jù)代入式（7-1） （3-2）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（3-2）算出對應(yīng)的值列于下表：表3-4 精餾段液沫夾帶線0.00050.0050.010.0150.023.1382.6812.3382.0511.795由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線

36、1。2. 液泛線令 由 聯(lián)立 得 忽略，將與,與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得 式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-5。表3-5 精餾段液泛線數(shù)據(jù)0.00050.005 0.008 0.01 0.0111.909 1.562 1.211 0.8352 0.5241由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線2。3. 液相負(fù)荷上限以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，得故 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線3。4. 漏液線=6.211m/s （3-3）整理得 （3-4）在操作范圍內(nèi)，任取幾個LS值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-6。表3-6 精餾段漏液

37、線數(shù)據(jù)0.00050.0010.010.0150.020.52480.53530.62950.66300.6916由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線。5. 液相負(fù)荷下限線對于平直堰，去堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。取E=1.25則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線5。根據(jù)以上各線方程，可作出精餾段篩板負(fù)荷性能圖，如圖3-4所示 精餾段篩板負(fù)荷性能圖（圖3-4）在圖3上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由圖看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖3-6查得 QUOTE 1.815m3/s QUOTE 0.545m3/s故操作彈性為篩板塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)算結(jié)果見表表3-7 篩板塔

38、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號項(xiàng)目精餾段1平均溫度 tm 842平均壓力 Pm kPa107.43氣相流量 Vs m3/s1.0304液相流量 Ls m3/s0.0012175實(shí)際塔板數(shù)186塔徑 m1.27板間距 m0.458溢流形式單溢流9降液管形式弓形10堰長 m0.7211堰高 m0.0481712板上液層高度 m0.0613堰上液層高度 m0.0118314降液管底隙高度 m0.0211215安定區(qū)寬度 m0.07516邊緣區(qū)寬度 m0.04517開孔區(qū)面積 m20.798418篩孔直徑 m0.00519篩孔數(shù)目409820孔中心距 m0.01521開孔率 10.022空塔氣速 m/s0.9548

39、23篩孔氣速 m/s12.7724穩(wěn)定系數(shù)2.05625精餾段每層塔板壓降 kPa70026負(fù)荷上限液泛控制27負(fù)荷下限漏液控制28液沫夾帶 ev (0.1kg液/kg氣)0.0111929氣相負(fù)荷上限 m3/s1.81530氣相負(fù)荷下限 m3/s0.545031操作彈性3.3003.8 塔附件的設(shè)計(jì). 接管進(jìn)料管進(jìn)料管的種類很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T形進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管采取如下公式計(jì)算：D=，本設(shè)計(jì)取=0.8,(kg/m3） 根據(jù)常用管道查表應(yīng)選取。（2）回流管,本設(shè)計(jì)取,則 根據(jù)常用管道查表應(yīng)選取。塔釜出料管(-4)m/s,本設(shè)計(jì)取。則：=37.34mm。根據(jù)常用管道查表

40、應(yīng)選取。塔頂蒸氣出料管采用直管出料管,常壓操作時(shí)，出料管內(nèi)氣體的適宜速度為：12-20m/s,本設(shè)計(jì)取20，則：根據(jù)常用管道查表應(yīng)選取。塔釜進(jìn)氣管采用直管進(jìn)氣管,常壓操作時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)氣體的適宜速度為：12-20m/s,本設(shè)計(jì)取20，則：根據(jù)常用管道查表應(yīng)選取。3.8.2 裙座 塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處生產(chǎn)的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備主要的支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑大于800mm，所以裙座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)經(jīng)：基礎(chǔ)環(huán)外經(jīng)： 圓整：1600mm,；基礎(chǔ)環(huán)系厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m。 人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔

41、的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人空處塔板間距較大，且人孔設(shè)備過多會使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般三每隔6-8塊板取一人孔。本設(shè)計(jì)共18塊板需設(shè)三個人孔，每個孔直徑為450mm，設(shè)置人孔處，孔板間距為600mm，裙座上應(yīng)開2個人孔，直徑為450mm。人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓。 塔總體高度的設(shè)計(jì) （1）塔頂空間高度的計(jì)算塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取為（1.4-2.0）。如果塔體安裝了除沫器，則應(yīng)根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。本設(shè)計(jì)沒有安裝除沫器，則選=2=900mm=0

42、.9m。 （2）塔底空間塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由如下因素決定：塔底儲液空間依儲存液量停留38min（易結(jié)焦物料可縮短停留時(shí)間）而定；再沸器的安裝方式及安裝高度；塔底液面至最下層塔板之間要留有12m的間距。取儲存液量停留時(shí)間t=5min則塔底空間高度 m 取=1.8m。(3)塔體高度總結(jié)通過這次對精餾塔的設(shè)計(jì)，我們才發(fā)現(xiàn)要想得到比較理想的結(jié)果，回流比的確定特別關(guān)鍵，回流比是表征精餾操作的一個重要控制參數(shù)，回流比的數(shù)值的大小影響著精餾操作的分離效果與能耗。第四章 換熱器的設(shè)計(jì)4.1熱量衡算原料預(yù)熱的熱量衡算 原料從25預(yù)熱至88，溫度變化為：在定性溫度:下， 查得苯的比熱為: k

43、j/(kg） 查得氯苯的比熱為: kj/(kg） 混合比熱為： (kg） 理論上所需的熱量為：考慮到熱量損失， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取Q= 1.2Q總1=1.21.119106=1.3428106kJ/h塔頂苯的熱量衡算考慮到塔頂氯苯極少，則按純苯計(jì)算1.冷凝階段 查表得苯的潛熱為： =393.9kJ/kg 苯的相對分子質(zhì)量： 則塔頂苯蒸氣冷凝放出的熱量為： 2.冷卻階段液體苯從80冷卻至50，溫度變化為 按定性溫度為時(shí)，查得苯的比熱為所以冷卻放出的熱量為： 再沸器的熱量衡算因?yàn)楦妆胶繕O少，幾乎全為氯苯，所以按純氯苯計(jì)算氯苯的潛熱 放出的熱量為考慮到熱量損失 取表3-8 熱量計(jì)算匯總表熱負(fù)荷 單位項(xiàng)

44、目KJ/hW預(yù) 熱塔頂冷凝 塔頂冷卻 再沸器 4.2換熱器（冷卻器）的計(jì)算 換熱器選用固定管板式換熱器，規(guī)格。由于冷卻水容易結(jié)垢，為了方便水垢容易清洗，冷卻水走管程，苯走殼程。塔頂苯的設(shè)計(jì)確定物性數(shù)據(jù)（1）苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 密度： 定壓比熱容： 導(dǎo)熱系數(shù)： 黏度； s水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)密度： 定壓比熱容： 導(dǎo)熱系數(shù)： 黏度： （2.）熱負(fù)荷計(jì)算忽略熱損失，冷卻水用量計(jì)算平均溫度差 苯 80 50 冷卻水 40 30 40 20計(jì)算 R ，P查得，因?yàn)?.8，選用單殼程可行。估算傳熱面積參照化工原理上冊附錄 取，則工藝結(jié)構(gòu)尺寸由于兩流體溫度差小于50，選用固定管板式換熱器。由固定管板式換熱 器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器型號為G325 = 2 * ROMAN II1.69.1。主要參數(shù)