化工原理__苯-氯苯课程设计(1)

化工原理设计-1-化工原理课程设计题目：苯—氯苯分离过程板式精馏塔设计组员：陈姣燕、陈晓俊、杨艳枚、戴怡炼、黄红日组长：戴怡炼班级：09制药班学院：化学化工学院专业：制药工程指导老师：黄燕2012年5月30日目录苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计………………………..1设计内容及要求…………………………………………..2引言………………………………………………………3一、设计方案的确定………………………………………4二、精馏塔的物料衡算…………………………………7三、塔板数的确定………………………………………..7四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算…………9五、精馏塔的工艺尺寸计算…………………………….13六、精馏塔的工艺尺寸计算……………………………....14七、塔板主要工艺尺寸的计算……………………………16八、筛板的流体力学验算………………………………..19九、塔板负荷性能图……………………………………...21十、各接管尺寸的确定…………………………………....25十一、塔体设计总表……………………………………….27十二、苯－氯苯精馏生产工艺流程图……………………...29十三、对设计过程的评述和有关问题的讨论……………....30结论…………………………………………………….......31苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计摘要：本设计对苯—氯苯分离过程筛板精馏塔装置进行了设计，主要进行了以下工作：1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。2、对生产的主要设备—筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括：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精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算。3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。本设计简明、合理，能满足初步生产工艺的需要，有一定的实践指导作用。关键词：苯—氯苯；分离过程；精馏塔TheDesignofsieveplate-distillationTowerabouttheSeparatingProcessofBenzene-chlorobenzeneAbstract:AsuitofequipmentofsievedistillationcolumndeviceswhichmakeBenzeneseparatefromchlorobenzenehasbeendesigned.Themainworkcomprising:1.Themainprocessesandprogrammesoftheproductionhavebeenselectedanddetermined.2.Themaincontainerfillertowerhasbeendesigned,including①thebalancereckonofthesieveplatetower②thenumberofthetowerplankhasbeendeterminated③thecalculationofpropertiesofmatterdate④thesizeoftheDistillationtowerhasbeencomputed⑤Themaintraysizeofthedistillationtower.hasbeenreckoned3.Productioncraftworkflowchartanddesignconditionchartofthedistillationtowerhavebeendrawn.4.Thequestionsofthedesignprocesshavebeendiscussedandreviewed.Thedesignissimpleandreasonable,andcanmeettheneedsoftheinitialproductionprocess,acertainroleinguidingthepractice.化工原理课程设计-2-设计内容及要求一、设计任务：设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯9.36万吨，塔顶溜出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯38%（以上均为质量分数）。每年300天，每天24小时连续运行。二、操作条件：（1）塔顶压强4kPa（表压）；（2）进料热状况：自选（3）回流比：自选（4）塔底加热蒸汽压力0.5MPa（表压）；（5）单板压降≤0.7kPa。三、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）精馏塔接管尺寸的计算；（9）电脑绘制生产工艺流程图；（10）手工绘制精馏塔设计条件图；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。四、设计要求（1）设计计算说明书撰写规范、严谨，条理清晰；（2）数据可靠，论证合理，有设计价值；（3）图纸绘制应符合化工制图的标准。化工原理课程设计-3-引言1、塔设备设计概述塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一,他可以使气(或汽)或液液两相紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，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方面都有重大影响。塔设备中常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却和回收、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和减湿等。最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：1、生产能力大；2、操作稳定，弹性大；3、流体流动阻力小；4、结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；5、耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。2、板式精馏塔设备选型及设计因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低，故工业上多采用板式塔。因而本课程设计要求设计板式塔。(1)、工业上常见的几种的板式塔及其优缺点Ⅰ、浮阀塔。在塔板开孔上方，安装可浮动的阀片，浮阀可随气体流量的变化自动调节开度，可避免漏液，操作弹性大，造价低，且安装检修方便，但对材料的抗腐蚀性能要求高。Ⅱ、筛孔塔。结构简单、造价低廉、筛板塔压降小、液面落差也较小、生产能力及塔板效率都较泡罩塔高，故应用广泛。Ⅲ、泡罩塔。其气体通道是升气管和泡罩，由于升气管高出塔板，即使在气体负荷很低时也不会发生严重漏液，操作弹性大，升气管为气液两相提供了大量的传质界面。但泡罩塔板结构复杂，成本高，安装检修不便，生产能力小。综合考虑最终选择筛孔式精馏塔。(2)、设计板式塔的要求及简易流程化工原理课程设计-4-首先应根据已给定的操作条件，由图解法或解析法求得理论塔板数、选定或估算塔板效率，从而测得实际塔板数，然后对以下内容进行设计或计算：Ⅰ、塔高的计算。包括塔的主体高度、顶部与底部空间的高度，以及裙座的高度。Ⅱ、塔径的计算。Ⅲ、塔内件的设计。主要是塔盘的工艺和结构设计，此多此还包括，塔的进出口、防冲档板、防涡器、除沫器等的设计计算。设计流程简略图流程：装置的有关操作条件→给定的塔板设计条件→确定塔径→溢流区的设计→气液接触区的设计→各项核对计算。一、设计方案的确定1、操作压力蒸馏操作可在常压，加压，减压下进行。应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计为一般物料因此，采用常压操作。2、进料状况进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。这样塔的操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也叫方便。本次设计采用泡点进料即q=1。3、加热方式蒸馏釜的加热方式一般采用间接加热方式，若塔底产物基本上就是水，而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大。便可以直接采用直接加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面，这样，操作费用和设备费用均可节省一些，然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍微有增加。但对有些化工原理课程设计-5-物系。当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。4、冷却方式塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低。可考虑使用冷却盐水来冷却。5、热能利用蒸馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低，可采用一些改进措施来提高热效率。因此，根据上叙设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采用常压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利用。本设计任务为分离苯—氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏方法，设计中采用泡点进料，将混合料液经预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升器采用全凝器冷凝后，部分回流。其余部分作为塔顶产品经冷却后送入储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜部分采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送入储罐。工艺流程图见附图。查阅得知苯和氯苯的一些性质如下：（=related&hasrec=1）1.苯和氯苯的物理性质表1.1苯和氯苯的物理性质项目分子式相对分子质量沸点临界温度/。c临界压力/kpa苯（A）C6H678．1180．1288．56833．4氯苯（B）C6H5Cl112.5131.8359.245202.苯－氯苯的气液相平衡数据表1.2苯－氯苯的气液相平衡数据化工原理课程设计-6-沸点温度t℃苯的组成沸点温度t℃苯的组成液相Ax气相Ay液相Ax气相Ay80.02111200.1290.378900.690.9161300.01950.07231000.4470.785131.8001100.2670.613.组成饱和蒸气压0ip表1.3苯－氯苯的组成饱和蒸气压温度℃8090100110120130131.80ipmmhg苯7601025135017602250284029000ipmmhg氯苯1482052934005437197604.液相密度表1.4苯－氯苯的液相密度温度℃8090100110120130苯3/mkg817805793782770757氯苯3/mkg10391028101810089979855.液相粘度µL表1.5苯－氯苯液体粘度µL化工原理课程设计-7-温度(℃)6080100120140苯（MPa.S）0.3810.3080.2550.2150.184氯苯（MPa.S）0.5150.4280.3630.3130.274二、精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量kmolkgM/11.78苯氯苯的摩尔质量M氯苯=112.61kg/kmol701.061.112/38.011.78/62.011.78/62.0FX986.061.112/02.011.78/98.011.78/98.0DX003.061.112/998.011.78/002.011.78/002.0WX2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量molkgMF/426.8861.112)701.01(11.78701.0molkgMD/593.7861.112)986.01(11.78986.0molkgMW/507.11261.112)003.01(11.78003.03、物料衡算原料处理量molkgMWW/548.115507