苯-氯苯板式精馏塔工艺设计说明书

苯-氯苯板式精馏塔工艺设计设计说明书苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计一、设计题目试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯60000吨，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%（以上均为质量%）。二、操作条件1.塔顶压强4kPa（表压）；2.进料热状况，泡点进料；3.回流比，2Rmin；4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa（表压）；5.单板压降不大于0.7kPa；6.年工作日300天，每天24小时连续运行。三、设计内容1.设计方案的确定及工艺流程的说明；2.塔的工艺计算；3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算；4.塔内流体力学性能的设计计算；5.塔板负荷性能图的绘制；6.塔的工艺计算结果汇总一览表；7.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制；8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。四、基础数据1.组分的饱和蒸汽压ip（mmHg）温度，（℃）8090100110120130131.8ip苯760102513501760225028402900氯苯1482052934005437197602.组分的液相密度ρ（kg/m3）温度，（℃）8090100110120130ρ苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯tA187.1912ρ推荐：tA1886.113.912ρ氯苯tB111.11127ρ推荐：tB0657.14.1124ρ1式中的t为温度，℃。3.组分的表面张力σ（mN/m）温度，（℃）8085110115120131σ苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4双组分混合液体的表面张力mσ可按下式计算：ABBABAmxxσσσσσ（BAxx、为A、B组分的摩尔分率）4.氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：38.01238.012ttttrrcc（氯苯的临界温度：C2.359ct）5.其他物性数据可查化工原理附录。目录一、前言............................................................1二、产品与设计方案简介..............................................2（一）产品性质、质量指标........................................2（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）全塔的物料衡算............................................41）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率............................42）平均摩尔质量..............................................53）料液及塔顶底产品的摩尔流率................................5（二）塔板数的确定..............................................51）理论塔板数的求取..........................................52）实际塔板数................................................7（三）塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算................81）平均压强..................................................82）平均温度..................................................83）平均分子量................................................84）平均密度..................................................85）液体的平均表面张力........................................96）液体的平均粘度............................................9（四）精馏段的汽液负荷计算......................................9（五）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算...........................101）塔径.....................................................102）塔板工艺结构尺寸的设计与计算.............................10（六）塔板上的流体力学验算.....................................121）气体通过筛板压降和的验算.................................122）雾沫夹带量的验算.........................................143）漏液的验算...............................................144）液泛的验算...............................................14（七）塔板负荷性能图...........................................151）雾沫夹带线（1）..........................................152）液泛线（2）..............................................163）液相负荷上限线（3）......................................164）漏液线（气相负荷下限线）（4）.............................165）液相负荷下限线（5）......................................17（八）精馏塔的设计计算结果汇总一览表...........................19（九）精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算.........................20（十）主要符号说明.............................................21四、对设计过程的评述和感受.........................................221苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计计算书一、前言课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。高径比很大的设备称为塔器。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。2（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。事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处．根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。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、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达20－25mm），导向筛板等多种形式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分．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．近年来有大孔径（10－25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹性小。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、产品与设计方案简介（一）产品性质、质量指标产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1．105g/cm3。沸点131．6℃。凝固点-45℃。折射率1．5216(25℃)。闪点29．4℃。燃点637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面张力33．28×10-3N／m．溶解度参数δ＝9．5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.3％-7．1％(vol)。溶于大多数有机溶剂，不溶于水。常温下不受空气、潮气及光的影响，长时间沸腾则脱氯。蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。有毒．在体内有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。对皮肤和粘膜有刺激性．对神经系统有麻醉性，LD502910mg／kg，空气中最高容许浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有3燃烧爆炸的危险。质量指标：氯苯纯度不低于99.