化工原理课程设计苯与氯苯的分离
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化工原理课程设计说明书
设计题目:苯—氯苯精馏过程板式塔设计
设计者:班级化工095 闫宏阳
日期: 2011年12月13号
指导教师:胜凯
设计成绩:日期:
目录
◆设计任务书 (3)
◆设计计算书 (4)
➢设计方案的确定 (4)
➢精馏塔物料衡算 (4)
➢塔板数的确定 (5)
➢精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)
➢塔体工艺尺寸计算 (13)
➢塔板主要工艺尺寸 (15)
➢塔板流体力学验算 (17)
➢浮阀塔的结构 (20)
➢精馏塔接管尺寸 (23)
➢产品冷却器选型 (25)
➢对设计过程的评述和有关问题的讨论 (25)
附图:生产工艺流程图
精馏塔设计流程图
设计任务书
(一)题目
试设计一座苯—氯苯连续精馏塔,要求年产纯度99.8%的氯苯21000吨,塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%,原料液中含氯苯45%(以上均为质量分数)。
(二)操作条件
(1)塔顶压力 4kPa(表压);
(2)进料热状况泡点;
(3)回流比 R=1.4R min;
(4)塔底加热蒸汽压力 0.5Mpa(表压);
(5)单板压降≤0.7 kPa;
(三)塔板类型
浮阀塔板(F1型)
(四)工作日
每年按300天工作计,每天连续24小时运行
(五)厂址
厂址为地区
设计计算书
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。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,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
.78/98.0638
.056
.112/45.011.78/55.011
.78/55.0=+==+==+=
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 58.9056.112)638.01(11.78638.0=⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=W D F M M M
3.物料衡算
原料处理量 h /25.93kmol 46
.112243001000
00012=⨯⨯⨯=
W
总物料衡算 25.93+=D F
苯物料衡算 25.93003.0986.0638.0⨯+=D F
联立解得
h
/73.24kmol h
/47.31kmol ==F 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1。
图1 图解法求最小回流比
(2)由于泡点进料q=1,在图上作直线x=0.986交对角线于a 点,作直线x=0.638
交平衡线于q 点,连接a 、q 两点,过q 点作横轴的平行线交纵轴于一点,读得
图1 x —y 图
y q =0.896,则最小回流比如下:
35.0638
.0896.0896
.0986.0min =--=
R
取操作回流比为
49.035.04.14.1min =⨯==R R (3)求精馏塔的气、液相负荷
h
/70.49kmol h /96.42kmol 73.2423.18h
/70.49kmol 47.31)149.0()1(h
/23.18kmol 47.3149.0=='=+=+='=⨯+=+==⨯==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 626.0283.0986.070.49
47.3170.4918.23+=⨯+=+=
x x x V D x V L y D 提馏段操作线方程 001.0693.1003.070.49
25.9370.4942.96-'=⨯-'='-'''=
'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=0.638带入精馏段操作线方程,得出y=0.871,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 4=F N 2.实际板层数的求解(试差法) 假设总板效率E T =0.49
精馏段实际板层数 4544.949.0/22≈==精N
提馏段实际板层数 71-8.1149.0/4≈=-=提N (不包括再沸器) 实际板层数为26/0.49-1=52(不包括再沸器) 试差法计算如下: N p =52
塔顶压力:105.3KPa 43.101=+=D P 塔底压力:139.984Pa 52667.03.105w =⨯+=P 已知塔底组成为