化工原理 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计

前言

塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一,他可以使气(或汽)或液液两相紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，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方面都有重大影响。

塔设备中常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却和回收、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和减湿等。

最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：1、生产能力大；2、操作稳定，弹性大；3、流体流动阻力小；4、结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；5、耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。

目录

苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 (3)

设计内容及要求 (3)

一、设计方案的确定 (4)

二、精馏塔的物料衡算 (4)

三、塔板数的确定 (5)

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7)

五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)

六、塔板主要工艺尺寸的计算 (11)

七、筛板的流体力学验算 (13)

八、塔板负荷性能图 (15)

总结 (21)

参考文献 (22)

（一）题目

试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，要求每日产纯度98.8%的苯90吨，塔顶馏出液中含苯不得高于0.2%，原料液中含苯32%（以上均为质量分数）。

（二）操作条件

（1）塔顶压强 5kPa（表压）；

（2）进料热状况泡点；

（3）回流比 R=1.4R min；

（4）单板压降≤0.7 kPa；

（5）加热蒸汽低压蒸汽；

（6）全塔效率 E T=52%；

（7）建厂地址南京地区。

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

.78/98.0404

.056

.112/68.011.78/32.011

.78/32.0=+==+==+=

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 64.9856.112)404.01(11.78404.0=⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=W D F M M M

3．物料衡算

原料处理量 h /38.02kmol 64

.98241000

90=⨯⨯=

F

总物料衡算 38.02=+W D

苯物料衡算 W 003.0986.002.38404.0⨯+=⨯D 联立解得

h /22.51kmol h /kmol 51.15==W 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。

（2）求最小回流比及操作回流比。

采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e （0.404,0.404）作垂线

0.2

0.4

b

0.6

0.8

1.0

0.2

0.40.60.8 1.0

x

W

x

F

a

f

e

d

ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为

y q=0.754

故最小回流比为

66.0404

.0754.0754

.0986.0min =--=

R

取操作回流比为

1.3266.022min =⨯==R R （3）求精馏塔的气、液相负荷

h /35.98kmol h /58.49kmol 02.3820.47h

/35.98kmol 15.51)11.32()1(h

/20.47kmol 15.511.32=='=+=+='=⨯+=+==⨯==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 425.0569.0986.035.98

15.5135.9847.20+=⨯+=+=

x x x V D x V L y D 提馏段操作线方程 002.0626.1003.035.98

22.51

35.9849.58-'=⨯-'='-'''=

'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=0.404带入精馏段操作线方程，得出y=0.655，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 5=F N 2．实际板层数的求解（试差法）