苯一氯苯分离过程板式精馏塔设计说明

课程设计题目—苯-氯苯分离过程筛板精馏塔设计2.3万吨一、设计题目试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，已知原料液的处理量为2.3万吨，设塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，塔底馏出液中含苯不高于0.2%，原料液中含氯苯为38%（以上均为质量%）。

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：2Rmin4.塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa（表压）；5.单板压降不大于：0.7kPa；6.冷却水温度：35℃；7.年工作日300天，每天24小时连续运行。

三、设计容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.塔板流体力学性能的计算；7.塔板负荷性能图的绘制；8.塔的工艺计算结果汇总一览表；9.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制；10.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。

四、基础数据1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ）2.组分的液相密度ρ（kg/m 3）纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ式中的t 为温度，℃。

3.组分的表面力σ（mN/m ）双组分混合液体的表面力m σ可按下式计算：AB B A B A m x x σσσσσ+=（B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.液体的粘度μL5.氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。

纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：38.01238.012⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ︒=2.359c t ）6.其他物性数据可查化工原理附录。

目录一．前言 (5)二．产品简介 (8)三、设计方案的确定及工艺流程的说明 (9)四、全塔的物料衡算 (11)1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (11)2.平均摩尔质量 (11)3.料液及塔顶底产品的摩尔流率 (11)五、塔板数的确定 (12)1 .理论塔板数的求取 (12)2.实际塔板数 (13)2.1全塔效率 (13)六、塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (14)1.平均压强 (15)2.平均温度 (15)3.平均分子量 (13)4.平均密度 (14)4.1液相平均密度 (14)5.液体的平均表面力 (14)6.液体的平均粘度 (15)七、精馏段的汽液负荷计算 (18)八、塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (22)1.塔径 (22)2.塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (22)1.1溢流装置 (22)1.2溢流堰长（出口堰长） (22)1.3出口堰高 (17)1.4降液管的底隙高度 (23)3.塔板布置 (23)4.开孔数和开孔率 (23)5.塔高的计算..............................................................................................................23.九、塔板上的流体力学验算 (24)1.气体通过筛板压降和的验算 (24)2.气体通过板上液层的压降 (25)3.雾沫夹带量的验算 (25)4.漏液的验算 (26)5.液泛的验算 (26)十、塔板负荷性能图 (27)1.雾沫夹带线 (27)2.液泛线（2） (24)3.液相负荷上限线（3） (23)4.漏液线（气相负荷下限线）（4） (23)5.液相负荷下限线（5） (23)十一、精馏塔的设计计算结果汇总一览表 (28)十二、结束语 (28)十三、参考文献 (29)十四、思考题 (29)苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计计算书一、前言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、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，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，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。

与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大20－40%，塔板效率高10－15%，压力降低30－50%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。

从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。

近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达20－25mm），导向筛板等多种形式。

筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分．工业塔常用的筛孔孔径为3－8mm，按正三角形排列．空间距与孔径的比为2.5－5．近年来有大孔径（10－25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹性小。

筛板塔的特点如下：（1）结构简单、制造维修方便。

（2）生产能力大，比浮阀塔还高。

（3）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。

（4）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。

（5）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。

（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。

二、产品简介产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。

密度1．105g/cm3。

沸点131．6℃。

凝固点-45℃。

折射率1．5216(25℃)。

闪点29．4℃。

燃点637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面力33．28×10-3N ／m．溶解度参数δ＝9．5。

溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。

易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1. 3％-7．1％(vol)。

溶于大多数有机溶剂，不溶于水。

常温下不受空气、潮气及光的影响，长时间沸腾则脱氯。

蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。

有毒．在体有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。

对皮肤和粘膜有2910mg／kg，空气中最高容许浓度50mg 刺激性．对神经系统有麻醉性，LD50／m3。

遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。

质量指标：氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%，原料液中苯38%。

（以上均为质量分数）三、设计方案的确定及工艺流程的说明（一）设计方案简介1.精馏方式：本设计采用连续精馏方式。

原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。

其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。

由于所涉浓度围乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。

2.操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。

3. 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在苯和氯苯这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。

4.加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔。

5.由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。

6.再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至泡点下一部分回流入塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至储灌。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

（二）工艺流程及说明首先，苯和氯苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。

因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。

气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。

液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。

塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。

最终，完成苯与氯苯的分离。

四、全塔的物料衡算1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11和112.56kg/kmol 。