苯氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计

苯-氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计

一、设计题目

设计一苯-氯苯连续精馏塔冷凝器。工艺要求：年产纯度为99.4%的氯苯40500t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（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，料液温度为50℃t；

3.塔釜加热蒸汽压力506kPa；

4.单板压降不大于0.7kPa；

5.回流液和馏出液温度均为饱和温度；

3.冷却水进出口温度分别为25℃和30℃；

4.年工作日330天，每天24小时连续运行。

三、设计内容

1.设计方案的确定及工艺流程的说明；

2.塔的工艺计算；

3.冷凝器的热负荷；

4.冷凝器的选型及核算；

5.冷凝器结构详图的绘制；

9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。

四、基础数据

p（mmHg）

1.组分的饱和蒸汽压ο

i

2.组分的液相密度ρ（kg/m3）

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.组分的表面张力σ（mN/m ）

双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算：

A

B B A B

A m x x σσσσσ+=

（B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率）

4.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 2.359︒=c t ）

苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）

一、设计方案的确定及工艺流程的说明

原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图如下

二、全塔的物料衡算

（一）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112.61kg/kmol 。

728.061

.112/3511.78/6511

.78/65=+=

F x

986.061

.112/211.78/9811

.78/98=+=D x ０

=x w 61.112/4.9911.78/6.011

.78/6.0+=0.00863 （二）平均摩尔质量

()kg/km ol 49.8761.112728.01728.011.78=⨯-+⨯=F M ()kg/km ol 59.7861.112986.01986.011.78=⨯-+⨯=D M

3.11261.112)00863.01(00863.011.78=⨯-+⨯=M

w

kmol kg /

（三）料液及塔顶底产品的摩尔流率

依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有：kg/h 3610t/a 40500=='W ， 全塔物料衡算：

W D F W D F '

+'=''

+'='994.002..035.0 ⇒

kg/h

3610kg/h 7045kg/h

10655='='='W D F kmol/h 17.32/112.23610kmol/h 64.8959.78/7045kmol/h 78.12149.87/10655======W D F

三、塔板数的确定

（一）理论塔板数T N 的求取

苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M ·T 法）求取T N ，步骤如下：

1.根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取y x ~

依据()()

οοοB A B t p p p p x --=/，t A p x p y /ο

=，将所得计算结果列表如下：

本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对y x ~平衡关系的影响完全可以忽略。

2.确定操作的回流比R

将 1.表中数据作图得y x ~曲线及y x t ~-曲线。在y x ~图上，因1=q ，查得

923.0=e y ，而728.0==F e x x ，986.0=D x 。故有：

326.0728

.0923.0923

.0986.0=--=--=

e e e D m x y y x R

考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的1.8倍，即：

587.0326.08.18.1=⨯==m R R

3.求理论塔板数 （1）逐板计算法

提馏段操作线为过())00863.0,00863.0和()986.0,728.0两点的直线。

031

.0110.0310.0601.0810.0909.0939.0961.0977.0986.042.3142.400294

.023.113.4113.5632.037.010*********===========+=

-=+=+=y y y y y y y y y x y x x y x y x

x y x y d

0129

.0007.0027

.0092.0254.0491.0661.0.7280749.0829

.0892.0932.010

987654321<=======〈====x

x x x x x xq x x x x