化工原理 苯-氯苯课程设计

化工原理设计化工原理课程设计题目苯—氯苯分离过程板式精馏塔设计学院名称化学化工学院指导教师职称班级学号学生姓名年月日目录苯-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…………10五、精馏塔的工艺尺寸计算……………………………..13六、塔板主要工艺尺寸的计算……………………………15七、筛板的流体力学验算………………………………..18八、塔板负荷性能图……………………………………..20九、各接管尺寸的确定…………………………………..24十、塔体设计总表………………………………………..27十一、苯－氯苯精馏生产工艺流程图…………………..29十二、对设计过程的评述和有关问题的讨论…………..30结论……………………………………………………..31参考文献…………………………………………………..32谢辞………………………………………………………..33化工原理设计-1-苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计指导老师：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：每小时生产99.5%的氯苯4.5吨塔顶馏出液中含氯苯≤2%，原料液中含氯苯40%（wt%）。二、操作条件：（1）塔顶压强4kPa（表压）；（2）进料热状况泡点进料q=1；（3）回流比1.2倍最小回流比；（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。指导教师：年月日化工原理课程设计-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化工原理课程设计-5-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。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）C6H5Cl112.5131.8359.245202.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沸点温度苯的组成沸点温度苯的组成化工原理课程设计-6-t℃液相Ax气相Ayt℃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112.55/Mkgkmol氯苯0.6/78.110.6840.6/78.110.4/112.55Fx＝0.98/78.110.9860.98/78.110.02/112.55Dx＝0.005/78.110.00720.005/78.110.995/112.55Wx＝2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量0.68478.11(10.684)112.5589/FMkgkmol0.98678.11(10.986)112.5578.6/DMkgkmol0.007278.11(10.0072)112.55112.3/WMkgkmol3、物料衡算原料处理量W4500/112.5539.98kmol/h总物料衡算F=D+W（1）易挥发组分物料衡算0.684F=0.986D+0.0072W（2）联立上式（1）、（2）得：D=87.908kmol/hF=127.89kmol/h三、塔板数的确定1、理论板层数TN的求取化工原理课程设计-8-苯