苯和氯苯的筛板塔课程设计

化工原理课程设计

筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计

指导老师

学生

化学化工学院

化学工程与工艺

目录

一设计任务 (2)

1.设计题目筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计 (2)

2.工艺条件 (2)

二设计内容 (2)

1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图（见附图）。 (2)

2.工艺参数的确定 (2)

2.1基础数据 (2)

2.2全塔的物料衡算 (3)

2.3塔板数的确定 (4)

2.4塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (7)

2.5塔的提馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (9)

3.主要设备的工艺尺寸计算 (12)

3.1 精馏段塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (12)

3.2 提馏段塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (14)

4.流体力学计算 (16)

4.1 精馏段塔板上的流体力学验算 (16)

4.2 提馏段塔板上的流体力学验算 (21)

5 主要附属设备设计计算及选型 (26)

5.1精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算 (26)

5.2进料管线管径 (28)

5.3原料泵的选择 (28)

三精馏塔的设计计算结果汇总一览表 (29)

四参考文献 (30)

课程设计题目——筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计

一 设计任务

1.设计题目 筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计

2.工艺条件

生产能力：70000吨/年（料液） 年工作日：300天

原料组成：60%苯，40%氯苯（摩尔分率，下同） 产品组成：馏出液 97%苯，釜液1%苯 操作压力：塔顶压强为常压 进料温度：泡点 进料状况：泡点 加热方式：间接蒸汽加热 回流比： 自选

二 设计内容

1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图（见附图）。

2.工艺参数的确定

2.1基础数据

2.1.1.组分的饱和蒸汽压οi p （mmHg ）

2.1.2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，℃。

2.1.3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）

2.1.4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

.01c 2c 38

.012t t t t r r ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=（氯苯的临界温度：C ︒=2.359c t ）

2.1.5其他物性数据可查化工原理附录。

2.2全塔的物料衡算

2.2.1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112.61kg/kmol 。

6.0=F x 9

7.0=D x

01.0=W x

2.2.2平均摩尔质量

()kg/km ol 91.9161.1126.016.011.78=⨯-+⨯=F M ()kg/km ol 145.7961.11297.0197.011.78=⨯-+⨯=D M ()kg/km ol 265.11261.11201.0101.011.78=⨯-+⨯=W M

2.2.3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：

/h 105.78kmol kg/h 2.9722t/a 70000F ===全塔物料衡算：

⇒

h

40.77kmol/W kmol/h

01.65D ==

2.3塔板数的确定

2.3.1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： 2.3.1.1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()()

ο

οοB 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。 2.3.1.2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1q =，查得935.0=e y ，而

6

.0x x F e ==，97.0x D =。故有：

326

.06.0879.0879

.097.0x y y x R e e e D m =--=--=

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2倍，即：

652.0326.02R 2R m =⨯==

2.3.1.3求理论塔板数

精馏段操作线：

587.0x 395.01R x

x 1R R y D +=+++=

提馏段操作线为过()01.0,01.0和()824.0,6.0两点的直线。

苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解