化工课程设计-苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计

1课程设计说明书题目：苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计课程名称：化工原理课程设计学院：化学与环境工程学院学生姓名：袁海梅学号：201105010023专业班级：化学工程与工艺一班指导教师：路有昌2013年11月22日成绩2课程设计任务书设计题目苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计学生姓名袁海梅所在学院化学与环境工程学院专业、年级、班化学工程与工艺11-1设计要求：1.处理能力;产纯度为99.8%的氯苯4t/h2.设备形式：板式精馏塔3.塔顶压强4kPa（表压）；4.进料热状况，自选；5.回流比，自选；6.塔釜加热蒸汽压力506kPa（表压）；7.单板压降不大于0.7kPa学生应完成的任务：通过一系列的工艺计算来确定设备主体的设计尺寸附加详细的计算过程设计流程简图1A设备大图工作计划：先仔细的计算出设计的各项数据参考各项数据画大图任务下达日期：2013年11月18日任务下达日期：年月日指导教师（签名）：学生（签名）：3苯-氯苯板式精馏塔工艺设计摘要：精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏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，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（20%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。关键字：苯、氯苯、连续精馏、板式精馏塔4目录目录1.设计背景···············································62.设计方案···············································63.方案实施···············································73.1.精馏塔物料衡算·······································73.2.塔板数确定···········································83.2.1理论塔板数的求取································83.2.2实际塔板数的求取································93.3精馏塔有关物性条件的计算·····························103.3.1操作压力的计算………………………………………103.3.2操作温度的计算………………………………………103.3.3平均摩尔质量的计算……………………………………113.3.4平均密度的计算…………………………………123.3.5液相平均表面张力的计算………………………………133.3.6液相平均粘度的计算……………………………………143.4汽液负荷计算…………………………………………………153.5塔体工艺尺寸计算…………………………………………153.5.1塔径的计算………………………………………………153.5.2塔高的计算………………………………………………163.6塔板主要工艺尺寸计算…………………………………………173.6.1溢流装置的计算……………………………………………173.6.2塔板布置的计算……………………………………………1953.7筛板的流体力学验算…………………………………………203.7.1塔板压降的验算……………………………………………203.7.2液面落差的验算……………………………………………223.7.3液沫夹带的验算……………………………………………223.7.4漏液的验算…………………………………………………233.7.5液泛的验算…………………………………………………233.8塔板负荷性能图计算……………………………………………243.8.1精馏段塔板性能图…………………………………………243.8.2提馏段塔板性能图…………………………………………294．附属设备的计算及选型……………………………………………324.1接管直径………………………………………………………324.2符号说明………………………………………………………344.3筛板设计计算结果表…………………………………………365.结论收获和致谢·······································376.参考文献·············································3861、设计背景化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-氯苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。2、设计方案本设计任务为分离苯-氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。3．全塔的物料衡算3.1（一）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11kg/kmol和112.61kg/kmol。7728.061.1123511.786511.7865xF986.061.112211.789811.7898xD00288.061.1128.9911.782.011.782.0xW（二）平均摩尔质量49.8761.112728.01728.011.78MFkg/kmolkg/kmol59.7861.112986.01986.011.78DMkg/kmol5.11261.11200288.0100288.011.78WM（三）料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：氯苯的产量是4t/h,总物料衡算：F′＝D′＋W′氯苯物料衡算0.35F′＝0.02D′＋0.998W＇F′＝11854.5kg/hF＝11854.5/87.49＝135.495kmol/hD′＝7854.5kg/hD＝7854.5/78.59＝99.943kmol/hW′＝4000kg/hW＝4000/112.61＝35.556kmol/h3.2．塔板数的确定3.2.1理论塔板数TN的求取苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M·T法）求取TN，步骤如下：α=7√﹙760/148×1025/205×1350/293×1760/400×2250/543×2840/719×2900/760﹚=4.418依据已经算出的相对挥发度α，假设一系列的x值，用平衡方程算出对应的y值，见下表x00.0190.1270.2650.4420.6770.500.701y=4.41x/1+﹙1+3.41x﹚00.07110.37610.61340.78490.91290.820.911可在x～y坐标图上绘制出平衡线与对角线氯苯混合液的x—y图在yx~图上，因泡点进料1q，查得yg=0.9313，而728.0xxFe，986.0Dx。故有：最小回流比Rmin=﹙xD-yg﹚／﹙yg-xg﹚=0.269考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍，即：R=2Rmin=0.538精馏段操作线：64.035.011xRxxRRyD9提馏段操作线：000666.023.1xVWxVLyxw提馏段操作线为过00288.0,00288.0和986.0,728.0两点的直线。图3-2苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解图解得11NT-1=10块（不含釜）。其中，精馏段5.31NT块，提馏段5.62NT块，第4块为加料板位置。3.2.2实际塔板数pN1.全塔效率TE选用mTEμlog616.017.0公式计算。该式适用于液相粘度为0.07～1.4mPa·s的烃类物系，式中的mμ为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。塔的平均温度为0.5×(80+131.8)=106℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录11得：smPa24.0Aμ，smPa34.0Bμ。2698.0702.0134.0702.024.01FBFAmxx10538.02698.0log616.017.0log616.017.0mTE2.实际塔板数pN（近似取两段效率相同）精馏段：7.652.0/5.31Np块，取71Np块提馏段：5.1252.0/5.62Np块，取132Np块总塔板数2021NNNppp块3.3．塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算（一）平均压强mp取每层塔板压降为0.7kPa计算。塔顶：3.10543.101pDkPa加料板：2.1107.073.105pFkPa塔底：3.119207.02.105PWkPa精馏段平均压降：75.1072/2.1103.1051pmkPa提馏段平均压降：75.1143.1192.1102pmkPa（二）平均温度mt依据操作压力，由泡点方程通过试差法，计算出泡点温度，其中苯、氯苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算结果如下：苯：79.220t033.121103055.6plg*A氯苯：55.217t05.1431103.6plg*B塔顶温度tD81.8℃加料板tF94℃塔底1.136tW℃精馏段平均温度9.87948.811tm℃提馏段平均温度05.1151.136942tm℃11（三）平均分子量mM塔顶：986.01Dxy，941.01x（查相平衡图）kg/kmol59.7861.112986.0111.78986.0,mVDM61.112941.0111.78941.0,MmLD=80.1455kg/kmol加料板：9313.0yF，728.0xF（查相平衡图）48.8061.1129313.0111.789313.0,MmVFkg/kmol49.8761.112728.0111