天津大学化工原理课程设计(苯―氯苯精馏过程)

0《化工原理》课程设计设计题目：苯—氯苯精馏过程板式塔设计姓名：学号：学院：专业：应用化学2012年9月10日1目录设计主要内容...........................................................................1一设计方案的确定及流程说明........................................1二精馏塔的物料衡算........................................................4三精馏塔板数的确定........................................................4四精馏塔工艺条件及有关物性数据计算.........................7五精馏塔主要工艺尺寸计算..........................................11六精馏塔塔板的工艺尺寸..............................................12七精馏塔塔板的流体力学验算......................................14八精馏塔塔板的负荷性能图..........................................17九精馏塔辅助设备选型与计算......................................20十、设计结果概要............................................................23设计总结和评述.....................................................................24参考文献.................................................................................251设计主要内容一设计方案的确定及流程说明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。只有要求的冷却温度较低，考虑使用冷却盐水来冷却。本实验用循环水。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2压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式。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。查阅有关资料得知苯和氯苯的一些性质如下：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）C6H5Cl112.56131.8359.245202.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/℃8090100110120130131.80ip/mmhg(苯)76010251350176022502840290030ip/mmhg(氯苯)1482052934005437197604.液相密度表1.4苯－氯苯的液相密度表1.5纯组分在任何温度下的密度可由下式计算：苯tA187.1912氯苯tB111.11127其中：t——温度，℃5.液相粘度µL表1.5苯－氯苯液体粘度µL温度(℃)6080100120140苯（MPa.S）0.3810.3080.2550.2150.184氯苯（MPa.S）0.5150.4280.3630.3130.2746.组分的表面张力表1.6苯-氯苯液体表面张力温度/℃8085110115120131dyn/cm苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4温度℃8090100110120130苯3/mkg817805793782770757氯苯3/mkg10391028101810089979854二精馏塔的物料衡算1、原料液及塔底产品含苯的摩尔分率苯的摩尔质量MA=78.11kg/kmol氯苯的摩尔质量MB=112.56kg/kmol6837.011.78/60.056.112/40.011.78/60.0Fx9930.011.78/99.056.112/01.011.78/99.0Dx0043.011.78/003.056.112/997.011.78/003.0wx2、平均摩尔质量kmolkgMF/01.8956.112*)6837.01(11.78*6837.0kmolkgMD/35.7856.112*)9930.01(11.78*9930.0kmolkgMW/41.11256.112*)0043.01(11.78*0043.03、物料衡算依题意：以300天计，一天24小时，有：1650*10002.039/300*24*112.41Wkmolh总物料衡算：2.039FDWFD苯物料衡算：*0.6837*0.99302.039*0.0043FD联立解得：6.518/Fkmolh4.479/Dkmolh三精馏塔板数的确定1、理论板数NT的求取苯—氯苯物系属于理想物系，可采用阶梯图解法求取NT，步骤如下：（１）根据苯—氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取x-y依据xppyppppxABAB,，天津地区大气压为101.08kpa（约758mmHg），得下表：5表3.1苯—氯苯物系的气液平衡数据T/℃8090100110120130131.8ipmmHg苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率BABppppx1.0000.6770.4420.2650.1270.0190.000xppyA1.0000.9130.7850.6130.3760.0720.000设计中塔内压力接近常压，课使用表中所给为常压下的相平衡数据。（2）确定操作回流比将表3.1中数据作图3.1，得x-y曲线。泡点进料，q=1,在x-y图上，xq=xF=0.6837，做q线交平衡线于q点，读得yq=0.915，则最小回流比为：min0.9930.9150.3380.9150.684DqqqxyRyx取操作回流比为2min20.3380.676RR（3）气液相负荷精馏段：0.6764.4793.025/(1)(0.6761)4.4797.506/LRDkmolhVRDkmolh提馏段：'3.0256.5189.543/'7.506/LLFkmolhVVkmolh（4）操作线方程精馏段：10.67610.9930.4030.597110.67610.6761DRyxxxxRR提馏段：''3.0256.5182.039'0.00431.272'0.001173.0256.5182.0393.0256.5182.039WLqFWyxxLqFWLqFWxx6（5）图解法求理论板层数精馏段操作线方程过点a（Dx,Dx）即（0.993，0.993）和点b（0，0.597），连接ab即得精馏段操作线，ab交q线于点d（0.684，0.850），提馏段操作线方程过点c（Wx,Wx）即点（0.0043，0.0043）和点d，连接cd即得提馏段操作线。自a点开始在操作线和平衡线之间作阶梯线，求解结果为：总理论板层数：8.2TN（包括再沸器），精馏段3.3块，提馏段4.9块，第4块为进料板位置。图3.1苯－氯苯的气液平衡x-y图2、实际板层数NP的求解（1）全塔效率TE7根据表1绘出t-x-y图（图3.2）。图3.2苯－氯苯的气液平衡t-x-y图由图查得进料温度为91.8℃，在此平均温度下根据基础数据，用线性插值法查的该温度下组分黏度为：smPa275.0A，smPa282.0B。液相平均密度：278.0638.01282.0638.0275.01FBFAiimxxx实际塔板效率：512.0278.0lg616.017.0lg616.017.0mTE（2）实际塔板数pN（近似取两操作段塔板效率相同）精馏段：13.3/0.5126.4pN块，取7块提馏段：24.9/0.51218.6pN块，取29pN块总塔板数1216pppNNN块（不包括再沸器）四精馏塔工艺条件及有关物性数据计算1、平均压强mp8取每层塔板压降：0.6pkPa塔顶操作压力：101.085106.08kPaDp进料板压力：106.080.63107.88kPaFp塔底操作压力：106.080.616115.68WpkPa精馏段平均压力：1(106.08107.88)/2106.98mpkPa提馏段平均压力：2(107.88115.68)/2111.78mpkPa2、平均温度mt采用图解法，分别绘出塔顶、进料板、塔底苯氯苯系统T-x-y图；由Dx=0.9930,Fx=0.6837，Wx=0.0043,查相应图根据与泡点线的交点可得：塔顶温度tD=84.20C进料板温度tf=94.30C塔釜温度tW=137.1℃精馏段平均温度：m1DF()/2(84.294.3)/289.25ttt℃提馏段平均温度：m2FW()/2(137.194.3)/2115.7ttt℃全塔平均温度：o()/2(84.2137.1)/2110.65CmDWttt3、平均摩尔质量mM塔顶：10.993Dyx，10.908x（查相平衡图）,0.99378.1110.993112.5678.35kg/kmolVDmM,0.90878.1110.908112.5681.28kg/kmolLDmM进料板：由图解理论板得0.867Fy，0.570Fx（