苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计

课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计设计题目：苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计院系：化学与环境工程学院学生姓名：学号：专业班级：指导教师：2010年11月19日课程设计任务书设计题目苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计学生姓名所在院系化学与环境工程学院专业、年级、班08级应用化学设计要求：年产99.8％的氯苯2.6万t，塔顶馏出液氯苯含量不低于2％，原料液含氯苯38％（以上均为质量分数）；塔顶压力4kPa（表压）；进料热状况自选；回流比自选；塔底加热蒸汽压力0.5Mpa（表压）；单板压降≤0.7kPa塔板类型筛板工作日每年300天，每天24小时连续运行学生应完成的工作：1.1.搜集整理苯、氯苯的相关物性资料；2.2.完成苯－氯苯连续精馏塔的工艺设计；3.3.完成精馏塔设备的工艺尺寸设计；4.4.用A1图纸绘制精馏塔设计条件图；5.编写设计说明书。参考文献阅读：1.熊洁羽.化工制图北京：化学工业出版社，20072.刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械基础（第六版）大连：大连理工出版社，20063.天津大学化工学院，柴诚敬主编.化工原理上册.第1版.北京：高等教育出版社，20054.天津大学化工学院，柴诚敬主编.化工原理下册.第1版.北京：高等教育出版社，20065.贾绍义，柴诚敬主编.化工原理课程设计（第一版）天津：天津大学出版社，2002工作计划：11月8日搜集整理相关物性资料11月9-11日完成苯－氯苯连续精馏塔的完整工艺设计1111月12日课程设计说明书编写及绘图准备11月15日-19日绘制精馏塔设计条件图，完成课程设计说明书编写任务下达日期：2010年11月5日任务完成日期：2010年11月19日指导教师（签名）：学生（签名）：课程设计题目：苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计一、设计题目试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯2.6万吨，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯为38%（以上均为质量分数）。二、操作条件1.塔顶压强:4kPa（表压）；2.进料热状况:泡点进料；3.回流比:R=2Rmin；4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa（表压）；5.单板压降不大于0.7kPa；三、塔板类型筛板式。四、工作日每年300天，每天24小时连续运行。五、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的计算；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.绘制生产工艺流程图；9．绘制精馏塔设计条件图；10．对设计过程的评述和有关问题的讨论。六、基础数据1.组分的饱和蒸汽压ip（mmHg）温度，（℃）8090100110120130131.8ip苯760102513501760225028402900氯苯1482052934005437197602.组分的液相密度ρ（kg/m3）温度，（℃）8090100110120130ρ苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯()kg/kmol592.7856.112986.01986.011.78=×+×=DM推荐：()kg/kmol46.11256.11200288.0100288.011.78=×+×=WM氯苯hKmolW/10.3256.11224300106.24=×××=推荐：WDFWDF00288.0986.0702.0+=+=式中的t为温度，℃。3.组分的表面张力σ（mN/m）温度，（℃）8085110115120131σ苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.44.其他物性数据可查化工原理附录。摘要：课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。又由于塔设备在石油、化工、医药、煤炭等行业中应用广泛，其合理的设计受到极大关注，所以塔课程设计实践必不可少。关键词：质量分率；塔板；塔板效率；工艺尺寸目录一、设计背景............................................1二、产品与设计方案简介...................................2（一）产品性质、质量指标..............................3（二）设计方案简介....................................3（三）工艺流程及说明..................................3三、工艺计算及主体设备设计...............................4（一）精馏塔的物料衡算................................41）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率................42）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量............53）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率................5（二）塔板数的确定....................................51）理论塔板数的确定................................52）实际塔板数.....................................7（三）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............81）操作压力的计算..................................82）操作温度的计算..................................83）平均摩尔质量计算................................84）平均密度计算...................................105）液相平均表面张力...............................106）液相平均粘度计算...............................11四、精馏段的塔体工艺尺寸的计算..........................11（一）塔径的计算..................................11（二）精馏塔有效高度的计算.......................11五、塔板工艺结构尺寸的设计与计算........................12（一）溢流装置....................................12（二）塔板布置....................................13（三）开孔率n和开孔率..........................13六、塔板上的流体力学验算................................14（一）气体通过筛板压降ph和ppΔ的验算...............14（二）雾沫夹带量ve的验算..........................15（三）漏液的验算..................................15（四）液泛的验算..................................15七、塔板负荷性能图....................................16（一）.漏液线（气相负荷下限线）.................16（二）.液沫夹带线..............................16（三）.液相负荷下限线..........................17（四）.液相负荷上限线..........................17（五）.液泛线........................................................................17八、筛板式精馏塔设计计算结果............................19九、主要符号说明.......................................20十、结果与结论......................................................................................21十一、收获与致谢.......................................21苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计计算书一、设计背景课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。高径比很大的设备称为塔器。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，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、减湿等。在化工或炼油厂中，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个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。（3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处．根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握