化工原理课程设计苯与氯苯的分离

化工原理课程设计说明书

设计题目：苯—氯苯精馏过程板式塔设计

设计者：班级化工095 姓名闫宏阳

日期： 2011年12月13号

指导教师：杨胜凯

设计成绩：日期：

目录

◆设计任务书 (3)

◆设计计算书 (4)

➢设计方案的确定 (4)

➢精馏塔物料衡算 (4)

➢塔板数的确定 (5)

➢精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)

➢塔体工艺尺寸计算 (13)

➢塔板主要工艺尺寸 (15)

➢塔板流体力学验算 (17)

➢浮阀塔的结构 (20)

➢精馏塔接管尺寸 (23)

➢产品冷却器选型 (25)

➢对设计过程的评述和有关问题的讨论 (25)

附图：生产工艺流程图

精馏塔设计流程图

设计任务书

（一）题目

试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，要求年产纯度99.8%的氯苯21000吨，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯45%（以上均为质量分数）。

（二）操作条件

（1）塔顶压力 4kPa（表压）；

（2）进料热状况泡点；

（3）回流比 R=1.4R min；

（4）塔底加热蒸汽压力 0.5Mpa（表压）；

（5）单板压降≤0.7 kPa；

（三）塔板类型

浮阀塔板（F1型）

（四）工作日

每年按300天工作计，每天连续24小时运行

（五）厂址

厂址为天津地区

设计计算书

一、设计方案的确定

本任务是分离苯—氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，本设计采用板式塔连续精馏。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进精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分冷却后送至储物罐。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1.4倍，且在常压下操作。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储物罐。

二、精馏塔物料衡算（以轻组分计算）

1．原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率

苯的摩尔质量 kmol /kg 11.78=A M 氯苯的摩尔质量 km ol /kg 56.112=B M

003

.056

.112/998.011.78/002.011

.78/002.0986.056

.112/02.011.78/98.011

.78/98.0638

.056

.112/45.011.78/55.011

.78/55.0=+==+==+=

W D F x x x

2．原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量

kmol

/kg 46.11256.112)003.01(11.78003.0kmol /kg 59.7856.112)986.01(11.78986.0kmol

/kg 58.9056.112)638.01(11.78638.0=⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=W D F M M M

3．物料衡算

原料处理量 h /25.93kmol 46

.112243001000

00012=⨯⨯⨯=

W

总物料衡算 25.93+=D F

苯物料衡算 25.93003.0986.0638.0⨯+=D F

联立解得

h

/73.24kmol h

/47.31kmol ==F D

三、塔板数的确定

1．理论板数N T 的求取

（1）由手册查得苯—氯苯物系的气液平衡数据，绘出x —y 图，见图1。

图1 图解法求最小回流比

（2）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=0.638

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

图1 x —y 图

y q =0.896，则最小回流比如下：

35.0638

.0896.0896

.0986.0min =--=

R

取操作回流比为

49.035.04.14.1min =⨯==R R （3）求精馏塔的气、液相负荷

h

/70.49kmol h /96.42kmol 73.2423.18h

/70.49kmol 47.31)149.0()1(h

/23.18kmol 47.3149.0=='=+=+='=⨯+=+==⨯==V V F L L D R V RD L

（4）求操作线方程

精馏段操作线方程 626.0283.0986.070.49

47.3170.4918.23+=⨯+=+=

x x x V D x V L y D 提馏段操作线方程 001.0693.1003.070.49

25.9370.4942.96-'=⨯-'='-'''=

'x x x V W x V L y W （5）图解法求理论板层数

如附图1，将x=0.638带入精馏段操作线方程，得出y=0.871，在图中找出该点记为d ，连接ad 两点即得精馏段操作线；在对角线上找到c 点（0.003，0.003），连接cd 两点即得提馏段操作线。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 )(11包括再沸器=T N 进料板位置 4=F N 2．实际板层数的求解（试差法） 假设总板效率E T =0.49

精馏段实际板层数 4544.949.0/22≈==精N

提馏段实际板层数 71-8.1149.0/4≈=-=提N （不包括再沸器） 实际板层数为26/0.49-1=52（不包括再沸器） 试差法计算如下： N p =52

塔顶压力：105.3KPa 43.101=+=D P 塔底压力：139.984Pa 52667.03.105w =⨯+=P 已知塔底组成为