苯-氯苯溶液连续精馏塔设计

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）。

二、摘要:

氯苯作为一种重要的基本有机合成原料，广泛用于生产，由磷苯液相氯化法制中含有一定量的苯，用于分离挥发性苯和氯苯连续精馏塔的设计是不容易的。设计选择良好的合成功能的集成产品和效率，经济，安全和其他方面。这将是选择精馏塔和筛板筛板塔更好。有很多优点是结构简单，价格低廉，而且液滴板表面的小。它有一个较低的压力，但一个更大的生产能力。最后，气体在塔均匀分布，具有较高的传质效率。设计完成了塔径为1000mm和总高度为15m的工艺计算和设备设计，它定义了那个桶材料为16MnR，标称厚度为8毫米，根据钢制压

力容器（压力容器）。设计选用标准椭圆封头的直径为1000mm，表面高度200mm，直边高度是根据工艺设备的设计和jb4737-95 25mm。进口和出口的液体和气体管道的法兰都是根据汞20593-97.the丝网除沫器选用SP滤网采用rfpf。设计无具体要求，选择圆柱裙，其直径1000mm..最后的设计进行festigkeit和稳定性ueberpruefung等等，并对塔体的厚度和高度均符合要求的设计压力下。Abstract:

Chlorobenzene as an important basic organic synthesis raw material, widely used in production, the rule of law by a benzene liquid-phase chlorination of p contains a certain amount of benzene, the design for a continuous distillation column for separation volatile benzene and chlorobenzene is not easy. The design chooses the integrated product of good synthesized function with efficiency, economic, security and other aspects .It will be better that choosing rectifying tray Tower and sieve as tray.The sieve tower has mang advantages such as simple structure and low price,besides liquid drop on the surface of plate is small. It has a low pressure , but a larger capacity of production. At last gas in tower spreads evenly with a higher efficiency of mass transfer . The design completes the process calculation which defines that the tower diameter is 1000mm and the overall height is 15m, and equipment design which defines that the material of the barrel is 16MnR and the nominal thickness is 8 mm according to the Steel Pressure Vessel (GB150-1998).The design selectes the standard elliptic heads whose diameter is 1000mm, surface height is 200mm, straight flange height is 25mm according to the Process Equipment Design and

JB4737-95. The piping flanges of import and export of liquid and gas are all used the RFPF according to HG 20593-97.The wire mesh demister selects the SP filter screen. The design has no specific requirements so that the cylindrical skirt is selected, whose diameter is 1000mm..Finally the design conducts the festigkeit and stability ueberpruefung and so on, and defines the thickness and height of the tower body all conform the requirements under the design pressure.

三、设计方案的确定

（1）产品性质、质量指标

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33．28×10-3 N／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，

3 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。对皮肤和粘膜有刺激性．对神经系统有麻醉性，LD502910mg／kg，空气中最高容许浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。质量指标：塔顶产品苯纯度94%，原料液中苯40%,塔顶苯的回收率99%。（以上均为质量分数）

（2）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。

（3）设计任务

原料：苯-氯苯溶液

原料温度：30℃

处理量：7万吨/每年

原料组成（质量分数）：40%

产品要求：塔顶产品中苯的质量分,94%

塔顶产品中苯的回收率：99%

（4）符号说明：

英文字母

Aa---- 塔板的开孔区面积，m2

Af---- 降液管的截面积, m2

Ao---- 筛孔区面积, m2

A T----塔的截面积m2△P P----气体通过每层筛板的压降

C----负荷因子无因次t----筛孔的中心距

C20----表面力为20mN/m的负荷因子

do----筛孔直径u’o----液体通过降液管底隙的速度

D----塔径m Wc----边缘无效区宽度

e v----液沫夹带量kg液/kg气Wd----弓形降液管的宽度

E T----总板效率Ws----破沫区宽度

R----回流比

Rmin----最小回流比

M----平均摩尔质量kg/kmol

t m----平均温度℃

g----重力加速度9.81m/s2Z----板式塔的有效高度

Fo----筛孔气相动能因子kg1/2/(s.m1/2)

hl----进口堰与降液管间的水平距离m θ----液体在降液管停留时间

h c----与干板压降相当的液柱高度mυ----粘度

hd----与液体流过降液管的压降相当的液注高度m ρ----密度

hf----塔板上鼓层高度m σ----表面力

h L----板上清液层高度mΨ----液体密度校正系数

h1----与板上液层阻力相当的液注高度m 下标

ho----降液管的义底隙高度m max----最大的h ow----堰上液层高度m min----最小的h W----出口堰高度m L----液相的h’W----进口堰高度m V----气相的

hσ----与克服表面力的压降相当的液注高度m

H----板式塔高度m

H B----塔底空间高度m

Hd----降液管清液层高度m

H D----塔顶空间高度m

H F----进料板处塔板间距m

H P----人孔处塔板间距m

H T----塔板间距m

H1----封头高度m

H2----裙座高度m

K----稳定系数

l W----堰长m

Lh----液体体积流量m3/h

Ls----液体体积流量m3/s

n----筛孔数目

P----操作压力KPa

△P---压力降KPa

△Pp---气体通过每层筛的压降KPa

T----理论板层数

u----空塔气速m/s

u0,min----漏夜点气速m/s

u o’ ----液体通过降液管底隙的速度m/s V h----气体体积流量m3/h

V s----气体体积流量m3/s

W c----边缘无效区宽度m

W d----弓形降液管宽度m

W s ----破沫区宽度m

Z ---- 板式塔的有效高度m

希腊字母

δ----筛板的厚度m

τ----液体在降液管停留的时间s

υ----粘度mPa.s

ρ----密度kg/m3

----表面力N/m

φ----开孔率无因次

α----质量分率无因次

下标

Max---- 最大的

Min ---- 最小的

L---- 液相的

V---- 气相的

四、带控制点的工艺流程图

五、操作条件的选取

1塔顶压强：4kPa（表压）；

2.进料热状况：泡点进料q=1；

3.回流比：R=1.2Rmin

4.塔釜加热蒸汽压力：0.6MPa的饱和水蒸气