苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计讲解

重庆三峡学院

化工原理课程设计（论文）

题目：苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计学院名称:环境与化学工程学院

专业名称:过程装备与控制工程

年级: 2013级

学生:邱庆华、范瑜、黄言坤、何清

指导老师：梁克中

完成论文时间2015年6月

苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务书

（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99.58%的氯苯10万吨，塔顶镏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

（5）单板压降≤0.7kPa

（三）塔板类型

筛板或浮阀塔板（F1型）

（四）工作日

每年300天，每天24小时连续运行。

（五）厂址

厂址为万州地区

（六）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）探班负荷性能图；

（8）精馏塔接管尺寸计算；

（9）绘制生产工艺流程图；

（10）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。

（七）设计基础数据

苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据

目录

1.设计方案的确定 (4)

2.精馏塔的物料衡算 (4)

2.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率 (4)

2.2原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量 (4)

2.3物料衡算 (4)

3.塔板数的确定 (4)

3.1理论板数NT的求取 (4)

3.2实际板数的求取 (6)

4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)

4.1操作压力的计算 (6)

4.2操作温度的计算 (6)

4.3平均摩尔质量的计算 (8)

4.4平均密度的计算 (9)

4.5液相平均表面张力的计算 (10)

4.6液体平均粘度的计算 (10)

4.7相对挥发度的计算 (11)

5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11)

5.1塔径的计算 (11)

5.2塔高的计算 (13)

6.塔板主要工艺尺寸的计算 (13)

6.1溢流装置的计算 (13)

6.2塔板布置的计算 (14)

7.塔板的流体力学验算 (17)

7.1塔板压降 (17)

7.2液面落差 (18)

7.3液沫夹带 (18)

7.4漏液 (18)

7.5液泛 (18)

8.探班负荷性能图 (19)

8.1精馏段塔板负荷性能图 (19)

8.2提镏段塔板负荷性能图 (21)

9.精馏塔接管尺寸计算 (24)

9.1塔顶蒸气出口管 (24)

9.2塔顶回流液管 (25)

9.3进料管 (25)

9.4塔釜出料管 (25)

9.5塔釜进气管 (25)

10.设计一览表 (26)

11. 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (28)

12.附图 (28)

13.主要符号说明 (28)

14.参考文献 (29)

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。塔顶上升蒸气采用全宁气冷凝，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2倍。塔釜采用间接蒸气加热，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 M A =78.11kg/kmol 氯苯的摩尔质量 M B =112.56kg/kmol

702.056

.112/38.011.78/62.011

.78/62.0=+=

F x

7

99.056

.112/4200.011.78/5899.011

.78/5899.0=+=

D x

060.056

.112/5899.011.78/4200.011

.78/4200.0=+=

W x

2.2原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量

kmol kg M F /38.8856.112)702.01(11.78702.0=⨯-+⨯=

kmol kg M D /21.7856.112)799.01(11.78799.0=⨯-+⨯= kmol kg M W /35.11256.112)060.01(11.78060.0=⨯-+⨯=

2.3物料衡算

原料处理量 W=(100000×1000)/(300×24×112.35)=123.62kmol/h 总物料衡算 D F +=76.29

苯物料衡算 799.0060.0123.62702.0⨯+⨯=⨯D F 联立解得 h kmol D /75.07= h kmol F /145.43=

3. 塔板数的确定

3.1理论板数N T 的求取

苯-氯苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。

（1）查资料得苯-氯苯物系的气液平衡数据，绘出x-y 图，见图1所示。