化工原理课程设计苯与氯苯的分离课程设计说明书

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

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99.5%的氯苯28000吨，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯35%（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=1.3R 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

厂址为海南洋浦工业开发区

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1.3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

007

.056

.112/995.011.78/005.011

.78/005.0986.056

.112/02.011.78/98.011

.78/98.0728

.056

.112/35.011.78/65.011

.78/65.0=+==+=

=+=

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 32.11256.112)007.01(11.78007.0kmol /kg 59.7856.112)986.01(11.78986.0kmol

/kg 48.8756.112)728.01(11.78728.0=⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=W D F M M M

3．物料衡算

原料处理量 h /34.62kmol 32

.112243001000

00082=⨯⨯⨯=

W

总物料衡算 34.62+=D F

苯物料衡算 34.62007.0986.0728.0⨯+=D F

联立解得

h

/131.37kmol h

/96.75kmol ==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=0.728

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 =0.932，则最小回流比如下：

27.0728

.0932.0932

.0986.0min =--=

R

取操作回流比为

351.027.03.13.1min =⨯==R R （3）求精馏塔的气、液相负荷

h

/130.71kmol h /165.33kmol 131.3733.96h

/130.71kmol 96.75)1351.0()1(h

/33.96kmol 96.75351.0=='=+=+='=⨯+=+==⨯==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 74.0260.0986.0130.71

96.75

130.7196.33+=⨯+=+=

x x x V D x V L y D 提馏段操作线方程 002.0265.1007.0130.71

34.62130.7133.165-'=⨯-'='-'''=

'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=0.728带入精馏段操作线方程，得出y=0.919，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（0.007，0.007），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 )(12包括再沸器=T N

进料板位置 5=F N 2．实际板层数的求解（试差法） 总板效率E T =0.54

精馏段实际板层数 2322.254.0/12≈==精N 提馏段实际板层数 91-9.26154.0/5≈=-=提N 实际总板层数为32 试差法计算如下：

四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

1．操作压力的计算

塔顶操作压力 kPa 33.10543.101=+=D P 每层塔板压降 kPa 7.0=∆P

进料板压力 21.43kPa 1237.033.105=⨯+=F P 精馏段平均压力 113.38kPa 2/)33.105121.43(1=+=m P 塔底操作压力 127.4kPa 327.033.105=⨯+=D P 提馏段平均压力 20.39kPa 12/)27.41113.38(2=+=m P 2．操作温度的计算

表1 苯、氯苯Antoine 常数数据表

（表1 苯、氯苯Antoine 常数数据表