苯-氯苯分离课程设计

年月日苯-氯苯分离板式精馏塔的设计任务书(一)设计题目苯－氯苯分离过程板式精馏塔设计：试设计一座苯－氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为98％的氯苯，塔顶馏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）。(二)操作条件1)塔顶压力4kPa（表压）2)进料热状态自选3)回流比自选4)塔底加热蒸气压力0.5Mpa（表压）5)单板压降≤0.7kPa。(三)塔板类型浮阀塔板（F1型）(四)工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。(五)设计内容1、设计说明书的内容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)精馏塔接管尺寸计算；9)对设计过程的评述和有关问题的讨论。2、设计图纸要求：1)绘制生产工艺流程图（A2号图纸）；2)绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。目录1.设计说明书的内容…………………………………………………………………11.1设计方案的确定………………………………………………………………12.精馏塔的物料衡算………………………………………………………………12.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率……………………………………12.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量………………………………12.3物料衡算……………………………………………………………………13.塔板数的确定………………………………………………………………………13.1理论板数NT的求取…………………………………………………………23.2实际板层数的求解……………………………………………………………43.2.1全塔理论板数的确定……………………………………………………44.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算………………………………………54.1操作压力的计算……………………………………………………………54.2操作温度的计算……………………………………………………………54.3平均摩尔质量的计算………………………………………………………64.4平均密度的计算……………………………………………………………74.4.1气相平均密度计算……………………………………………………74.4.2液相平均密度计算……………………………………………………74.5液相平均表面张力的计算…………………………………………………84.6液体平均密度的计算………………………………………………………85.精馏塔的塔体工艺尺寸计算………………………………………………………95.1塔径的计算…………………………………………………………………95.1.1精馏段塔径的计算……………………………………………………105.1.2提馏段塔径的计算……………………………………………………105.2塔高的计算…………………………………………………………………115.2.1精馏塔有效高度的计算………………………………………………115.2.2全塔实际高度…………………………………………………………116.塔板主要工艺尺寸的计算………………………………………………………126.1溢流装置的计算……………………………………………………………126.2塔板布置的计算……………………………………………………………136.2.1阀孔临界速度…………………………………………………………136.2.2提馏段塔板布置………………………………………………………136.2.3浮阀数n与开孔率…………………………………………………147.塔板的流体力学验算……………………………………………………………157.1塔板压降……………………………………………………………………157.1.1干板阻力………………………………………………………………157.1.2板上充气液层阻力……………………………………………………157.1.3液体表面张力所造成的阻力…………………………………………167.2液泛落差……………………………………………………………………167.3液沫夹带……………………………………………………………………167.4漏液的验算…………………………………………………………………167.5液泛……………………………………………………………………168.塔板负荷性能图………………………………………………………………168.1精馏段塔板负荷性能图……………………………………………………178.2提馏段塔板负荷性能图……………………………………………………199.精馏塔接管尺寸计算…………………………………………………………239.1塔顶蒸气出口管……………………………………………………………239.2塔顶回流液管………………………………………………………………239.3进料管………………………………………………………………………249.4塔釜出料管…………………………………………………………………249.5加热蒸气进口管……………………………………………………………249.6加热蒸气鼓泡管……………………………………………………………249.7离心泵的选择………………………………………………………………2410.产品冷却器选型…………………………………………………………………2511.对设计过程的评述和有关问题的讨论…………………………………………2812.设计一览表………………………………………………………………………2913.主要符号说明……………………………………………………………………3114.参考文献…………………………………………………………………………3315.附图15.1绘制苯---氯苯精馏生产工艺流程图15.2绘制精馏塔装配设计条件图-1-1.设计说明书的内容1.1设计方案的确定本设计任务为分离苯－氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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，最小回流比比较小，故操作回流比取最小回流比的1.4倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.精馏塔的物料衡算2.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率苯的摩尔质量kmol/kg11.78AM氯苯的摩尔质量kmol/kg56.112BM702.056.112/3811.78/6211.78/62Fx986.056.112/211.78/9811.78/98Dx029.056.112/9811.78/211.78/2Wx2.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量kmol/kg38.8856.112)702.01(702.011.78FMkg/kmol59.7861.112986.01986.011.78DMkg/kmol61.11161.112902.01029.011.78WM2.3物料衡算依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，有：hkgW/67.166624300102.17，总物料衡算：WDF氯苯物料衡算：WDF98.002.0038.045.4444F28.5039.88/45.4444F78.2777D35.3559.78/78.2777D67.1666W93.146.111/67.1666W-2-3.塔板数的确定3.1理论板数NT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：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yx~依据BABtppppx/，tApxpy/，将所得计算结果列表如下：表3-1相关数据计算温度，（℃）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760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x00.050.100.200.300.400.500.600.70)41.31/(41.4XXy00.190.330.530.650.750.820.870.91本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对yx~平衡关系的影响完全可以忽略。可在x～y坐标图上绘制出平衡线与对角线-3-图3-1苯—氯苯混合液的x—y图由于泡点进料q=1，在图上作直线x=0.986交对角线于a点，作直线x=0.541交平衡线于q点，连接a、q两点，过q点作横轴的平行线交纵轴于一点，读得yq=0.848，则最小回流比如下：min0.9860.8480.450.8480.541R取操作回流比为min1.41.40.450.63RR（3）求精馏塔的气、液相负荷L=RD=0.63×35.35=22.27kmol/hV=(R+1)D=(0.63+1)×35.35=57.62kmol/hL′=L+F=22.27+57.62=79.89kmol/hV′=V=57.62kmol/h（4）求操作线方程精馏段操作线方程y=L·x／V+D·xD／V=22.27x／57.62+35.35×0.986／57.62=0.386X+0.605提馏段操作线方程00751.0386.1xVWxVLyxw（5）图解法求理论板层数提馏段操作线为过029.0,029.0和876.0,702.0两点的直线-4-苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解图解得718TN块（不含釜）。其中，精馏段41TN块，提馏段42TN块，第4块为加料板位置。3.2实际板层数的求解3.2.1）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52.02698.0log616.017.0log616.017.0mTE3.2.2.实际塔板数pN（近似取两段效率相同）-5-精馏段：7.752.0/41pN块，取81pN块提馏段：7.752.0/42pN块，取82pN块总塔板数1621pppNNN块。4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1操作压力的计算塔顶操作压力kPa33.105433.101DP每层塔板压降kPa7.0P进料板压力105.330.78110.93kPaFP精馏段平均压力1(110.93105.33)/2108.13kPamP塔底操作压力105.330.722120.73kPaPw提馏段平均压力2(110.93120.73)/2115.83kPamP4.2操作温度的计算表1苯-氯苯Antoine常数数据表ABC温度范围（K）苯6.019071204.682-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.36071466.083-15.44420-521氯苯6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-597①假设塔顶的泡点温度C80ot，则纯组分的饱和蒸气压为对苯111.53kPa2.0474215.2732.8399.48034.123606832.6lgoo