【完整版】设计一座苯-氯苯连续板式精馏塔_毕业论文设计

苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务一.设计题目设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于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，自选；3.回流比，自选；4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa（表压）;5.单板压降不大于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.厂址厂址为天津地区。

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.塔板负荷性能图；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.绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）；12.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设计方案.设计方案的思考通体由不锈钢制造，塔节规格①25〜100mm高度0.5〜1.5m,每段塔节可设置1〜2个进料口测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。

整个精馏塔包括：塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。

塔压降由变送器测量，塔釜上升蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制，塔压可采用稳压阀控制，并可装载自动安全阀。

为使塔身保持绝热操作，采用现代化仪表控制温度条件，并可在室温〜300r范围内任意设定。

同时，为了满足用户的科研需要，每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均可以数字显示。

二•设计方案的特点浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到，而且更可靠。

浮阀塔更适合塔径不很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。

三•工艺流程原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热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至后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。

苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书一•设计方案的确定及工艺流程的说明本设计任务为分离苯-氯苯混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。

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。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

•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 kgkmol和112.61kgkmolX F二62/78.1162/78.11 38/11261 二0.70298/78.1198/78.11 2/112610.2/78.110.2/78.11 99.8/11261(二) 平均摩尔质量M F = 78.11 X 0.702 + (1 - 0.702) X 112.61 = 88.39kgkmolM D =78.11 0.986 1 - 0.986 112.61 二78.59kg/kmolM W =78.11 0.00288 1 -0.00288 112.61 = 1125kg/kmol (三) 料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：一年以 300天，一天以 24小时计，有： W = 50000ta =36944.4kg=0.65m s故操作弹性为：也竺=4.88Vs,min筛板塔设计计算结果序号 项目数值1 平均温度t m ,C 842 平均压力P m , kPa 107.43 气相流量V s , (m 3s) 1.804 4 液相流量L s , (m 3s) 0.00229 5 实际塔板数N 17 6 有效段高度Z , m 7.35 7 塔径D, m 1.542 8 板间距H T , m 0.459 溢流形式 单溢流 10 降液管形式 平顶弓形11 堰长1 w , m 0.96 12堰咼h w , m0.0481X D= 0.986二0.0028814 堰上液层咼度h ow，m 0.011915 降液管底隙高度h o, m 0.029816 安定区宽度W, m 0.117 边缘区宽度W, m 0.0618 . 2 开孔区面积A m 1.40819 筛孔直径d o，m 0.00520 筛孔数目n 722821 孔中心距t，m 0.01522 开孔率©，% 10.123 空塔气速u，ms 0.966524 筛孔气速比，ms 12.7025 稳定系数K 2.0426 每层塔板压降△ P p，Pa 69027 负荷上限液泛控制28 负荷下限漏液控制29 液沫夹带e V，（kg液kg气）0.01130 气相负荷上限V S,max，ms 3.1731 气相负荷卜限V S,min，ms 0.6532 操作弹性 4.877设计评述•设计原则确定工程设计本身存在一个多目标优化问题，同时又是政策性很强的工作。

设计者在进行工程设计时应综合考虑诸多影响因素，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。

1.满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。

由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。

设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。

2.满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。

回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。

冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。

因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。

3.保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆品＜塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。

二•操作条件的确定结合课程设计的需要，对某些问题作具体阐述。

1.操作压力精馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。

确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。

采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。

对于沸点低、在常压下为气态的物料, 则应在加压下进行精馏。

当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。

但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。

有时应用加压精馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少精馏的能量消耗。

对于本设计中要求分离的苯-氯苯物系，应采用常压操作。

2.进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。

在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中, 这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。

此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。

因此，本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。

3.加热方式精馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。

有时也可采用直接蒸汽加热。

若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大，便可采用直接蒸汽加热。

然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。

所以，本设计中采用间接蒸汽加热。

4.冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。

如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。

冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。

冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50C，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。

综合考虑经济成本，本设计用常温水作冷却剂。

5.热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。

选取适宜的回流比，使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降至最低。

设计感想作为一名制药专业大三的学生，一直进行着基础课程的学习，《化工原理》就是其中一门工科类的基础课程，它更偏向于实际生产的运用，而我们学习的都是书本上的理论知识，对实际工业生产中设备的设计与计算并不熟悉，这次的课程设计就给了我们一次把书本中的知识联系到实践中去的机会，通过这次课程设计使我充分认识到化工原理课程的重要性和实用性，也让我明白了书本上学习到的知识只是实际应用中的皮毛而已，有更多的实际生产问题是书本上的理论解决不了的。

化工原理课程设计的主要内容是进行有关工艺计算与设备的结构设计，还要求画出工艺流程图和设备主要构型图，它与一般的习题、大作业有着明显的不同，因为它涉及的知识范围更广，要求更高。

资料、数据的收集，流程方案的确定，操作参数的选择，工艺和设备的计算等，单凭所学教科书是难以解决的，它要求设计小组中每个成员均要去查阅一定的资料、文献，并结合在化工原理课程中所学习过的理论知识及已修课程（如化学，物理化学，工程制图、分离技术等）的基础之上做综合运用。

经过了为期数周的课程设计，可以说已经饱尝了辛酸与喜悦共进的滋味。

这次课程设计使我对精馏原理及其操作各方面有了较深入的了解并且参与了设计之后才知道，要设计好一个设备光是书上的公式还不够，还要查阅一些专门的手册和一定的实践经验，否则设计出来的设备仅仅是图纸而已，根本不能用于工业生产。

在老师和同学的帮助，我们及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和灵活整合运用知识的能力。

虽然整体设计我基本满意，但由于缺乏经验难免会有不足之处，请老师批评指正。