1、化工原理课程设计 设计题目： 常压、连续精馏塔分离苯氯苯设计一、设计说明- 3 -1.1、设计题目- 3 -1.2、设计任务及条件- 3 -a. 进料状态： 泡点进料- 3 -h. 加热方式：塔釜间接蒸汽加热- 3 -二、精馏塔设计内容- 3 -2.1.1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率与摩尔流量- 3 -2.2物料衡算- 3 -三、塔板数的确定- 4 -3.1温度- 4 -3.2密度- 5 -3.3混合液体表面张力- 7 -3.4混合物的粘度- 8 -3.4操作压力- 9 -3.5精馏塔有效高度的计算- 9 -四、筛板塔工艺计算- 9 -4.1塔径计算- 9 -4.2塔径和空塔气速的计算（
2、只对精馏段做计算）- 10 -4.3塔板详细设计- 11 -4.4塔板流体力学校核- 12 -4.5负荷性能图- 14 -五、数据汇总及符号说明- 21 -六、符号说明：（英文字母）- 24 -一、设计说明1.1、设计题目 常压、连续精馏塔分离苯氯苯设计1.2、设计任务及条件进料组成： f（kg/h）= 2500a. 进料状态： 泡点进料 b. 塔顶进入全凝器 c. 回流比： d. 单板压降：0.50.7 kPae. 全塔压降：30kPa以内f. 总塔效率为： =0.60g. 分离要求：（摩尔分数),回收率为h. 加热方式：塔釜间接蒸汽加热二、精馏塔设计内容2.1.1、原料液及塔顶、塔底产品的
3、摩尔分率与摩尔流量 =0.35 =0.90 （摩尔分率） 苯的摩尔质量：M丙酮=78.11kg/kmol 氯苯的摩尔质量：M水=112.56kg/kmol2.2物料衡算原料液的平均摩尔质量原料量处理量 总物料衡算 回收率=D/F=0.95，带入数据可求得D=9.19kmol/h丙酮的物料衡算 24.875=9.19+W 联立解得 Xw=0.0277kmol/h三、塔板数的确定苯氯苯属理想物系:查得苯-氯苯相对挥发度=4.41相平衡曲线精馏段操作线提馏段操作线由y1=xD=0.9 逐板计算的下表Y10.9X10.6711 Y20.7923X20.4638Y30.6949 X30.3401Y40.
4、6729X40.3181Y50.6310 X50.2794Y60.5573X60.2221X30.35; X65s 故降液管设计合理。4） 降液管底隙高度 = 取=0.1m/s，则： =0.00692486m -=0.03898m0.006m 故降液管底隙高度设计合理。2. 塔板布置1） 塔板的分块 由于塔径800mm，故采用整块式。2） 边缘区宽度确定 取=0.08m ，=0.035m3） 开孔区面积计算 开孔区面积= 其中：=0.2208m =0.365m 故：=0.31674）筛孔计算及其排列 由于本设计所涉及的物系无腐蚀性，可选用=3mm的碳钢板，取筛孔直 径=5mm，筛孔按正三角形排
5、列，取孔中心距t为=35=15mm， 筛孔数目=3420 开孔率=15.7% 气体通过阀孔的气速=4.4575m/s4.4塔板流体力学校核1. 板压降校核1） 干板阻力计算 计算公式： 由查“干筛孔的流量系数图”可得=0.78，故 =0.013913m液柱2） 气体通过液层的阻力计 计算公式： 查“充气系数关联图”，得，故 =0.73 （0.04655+0.00344）=0.0315m液柱3） 液体表面张力的阻力计算 =0.001897m液柱 气体通过每层塔板的液柱高度的计算 =0.00545+0.0365+0.001998=0.04731011m液柱 气体通过每层塔板的压降为 =0.0439
6、5858.8999.81=404.28Pa0.7KPa2. 液沫夹带量校核 液沫夹带量 =2.50.05=0.125m，故 =0.00157kg液/kg气5s =10.28s5s 故停留时间合理。5. 漏液点的校核对筛板塔，漏液点气速 实际孔速=4.45m/s 稳定系数1.5 故本设计中无明显漏液。4.5负荷性能图4.5.1精馏段:1. 液相下限线 对于平直堰，取堰上液层高度=0.006m作为最小液体负荷标准。计算式： 取E=1，则 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线1。2. 液相上限线 以作为液体在降液管中停留时间的下限，计算式： = ， 故 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷
7、上限线2。3. 漏液线 由 ； ； 得 整理得： 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表2-6表2-6 计算结果/0.00060.00150.00300.0045/0.4650.4810.501.0.517 由上表数据即可作出漏液线3。4. 过量液沫夹带线 以=0.1kg液/kg气 为限，求关系如下： ，故 整理得 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表2-7表2-7 计算结果/0.00060.00150.00300.0045/1.7391.6681.5781.503由上表数据饥渴作出液沫夹带线4。5.溢流液泛线 令 ， ， ， 联立得 忽略，将与,与的关系
8、式代入上式，并整理得 式中 将有关数据代入，得 故 或 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出的值，计算结果列于表2-8表2-8 计算结果/0.00060.00150.00300.0045/0.8372.1512.0852.018由上表数据即可作出液泛线5。根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图2-1所示。在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，作出操作线，由图可看出，该筛板塔的操作上限为液沫夹带控制，下限为漏液控制。4.5.2提馏段:1. 漏液线 整理得：=在操作范围内，任取几个值，已上式计算 0.00060.00150.00300.00450.009 0.4610.4760.49
9、40.5080.5432.液沫夹带线以ev=0.1kg液/kg气为限，求Vs-Ls关系如下： 解得VS=1.38867-11.03LS2/3 0.00060.00150.00300.0450.009 1.4751.4161.3391.2751.115可作出液沫夹带线23.液相负荷下限线液相负荷低于此线就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降，对于平直堰，取堰上液层高度=0.006作为最小液相负荷标准。=mE=1,则 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限4.液相负荷上限线以4s 作为液体在降液管中停留时间的下限故据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上线。5.液泛线为使液体能由上
10、层塔板顺利地流入下层塔板降液管内，须维持的液层高度令 ， 联立得 整理得： 代入数据得a=0.247b=0.212c=8132d=1.716=3.325-8480.04-33.69列表计算如下 0.00060.00150.00300.00450.009 0.8942.1582.0781.9821.573由此表数据即可做出液泛线。由图可以看出该筛板塔的操作上限为液沫夹带控制，下限为漏液控制。Vs。min=0.496 Vs。max=2.396故操作弹性为4.830五、数据汇总及符号说明符号符号含义数值F进料流量24.875kmol/hD塔顶流出液流量9.19kmol/hW塔釜流出液流量15.685
11、kmol/h进料浓度0.35塔顶流出液浓度0.9塔釜流出液浓度0.027进料温度97塔顶流出液温度90.7塔釜流出液温度127精馏段平均温度93.75提馏段平均温度112.25进料气相组成0.5017塔顶气相组成0.9塔釜气相组成0.142精馏段液相组成0.6711精馏段气相组成0.9精馏段液相平均相对分子质量97.807kg/kmol精馏段气相平均相对分子质量88.429kg/kmol提馏段液相组成0.4638提馏段气相组成0.7923提馏段液相平均相对分子质量108.957kg/kmol提馏段气相平均相对分子质量102.261kg/kmol进料液的密度895.15kg 塔顶流出液的密度87
12、1.078kg 塔釜流出液的密度948.077kg 精馏段液体的平均密度 883.114kg 提馏段液体的平均密度921.6135kg 精馏段液体的平均相对分子质量 97.807kg/kmol提馏段液体的平均相对分子质量108.957kg/kmol精馏段气体的平均相对分子质量88.429kg/kmol提馏段气体的平均相对分子质量102.261kg/kmol精馏段气体的平均密度2.9365kg 提馏段气体的平均密度3.234kg 进料液的平均表面张力19.840mN/m塔顶流出液的平均表面张力20.679mN/m塔釜流出液的平均表面张力18.601mN/m精馏段的平均表面张力20.260mN/m
13、提馏段的平均表面张力19.221mN/m精馏段平均粘度0.275mPas提馏段平均粘度0.241mPas平均相对挥发度4.41mPas最小回流比 0.554R操作回流比0.886理论塔板数6实际塔板数10精馏段液体体积流量0.002931/s精馏段气体体积流量1.45/s提馏段液体体积流量0.0105/s提馏段气体体积流量1.5275/s板间距0.4m板上液层高度0.05mD塔径0.6m塔横截面积0.283空塔气速0.741m/s溢流堰堰长0.396m溢流堰高度0.0465m堰上液层高度0.00344m弓形降液管宽度0.0992m弓形降液管截面积0.036降液管底隙高度0.00463m开孔区面
14、积0.3167筛孔直径5mmn筛孔数目3420开孔率15.7%气体通过阀孔的气速 4.4575m/s干板阻力0.00545m液柱气体通过液层的阻力0.0365m液柱充气系数0.73液体表面张力的阻力0.001998m液柱液沫夹带量0.00157kg液/kg气六、符号说明：（英文字母）Aa- 塔板的开孔区面积，m2 n-筛孔数目Af- 降液管的截面积, m2 .P-操作压力 kPaAo- 筛孔区面积, m2 PP-气体通过每层筛板的压降AT-塔的截面积 m2 .t-筛孔的中心距C-负荷因子 无因次 uo-液体通过降液管底隙的速度C20-表面张力为20mN/m的负荷因子 .Wc-边缘无效区宽度do
15、-筛孔直径 .Wd-弓形降液管的宽度D-塔径 m.Ws-破沫区宽度ev-液沫夹带量 kg液/kg气 .Z-板式塔的有效高度ET-总板效率 -液体在降液管内停留时间R-回流比 -粘度Rmin-最小回流比 -密度M-平均摩尔质量 kg/kmol -表面张力tm-平均温度 -液体密度校正系数g-重力加速度 9.81m/s2 下标Fo-筛孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) max-最大的hl-进口堰与降液管间的水平距离 mmin-最小的hc-与干板压降相当的液柱高度 mL-液相的hd-与液体流过降液管的压降相当的液注高度 mV-气相的hf-塔板上鼓层高度 mhL-板上清液层高度 mh1-与板
16、上液层阻力相当的液注高度 mho-降液管的义底隙高度 mhow-堰上液层高度 mhW-出口堰高度 mhW-进口堰高度 mh-与克服表面张力的压降相当的液注高度 mH-板式塔高度 mHB-塔底空间高度 mHd-降液管内清液层高度 m HD-塔顶空间高度 m lW-堰长 m HF-进料板处塔板间距 m Lh-液体体积流量 m3/hHP-人孔处塔板间距 m Ls-液体体积流量 m3/sHT-塔板间距 mH1-封头高度 mH2-裙座高度 mK-稳定系数参考文献1陈英南，刘玉兰常用化工单元设备的设计.华东理工大学出版社.20052上海医药设计院编化工工艺设计手册(第二版).化学工业出版社.19963江体乾等化工工艺手册上海科学技术出版社.19924茅晓东，李建伟典型化工设备机械设计指导华东理工大学出版社19955化学工程手册编委化学工程手册(第1篇)化工基础数据化学工业出版社.19806化工制图8陈敏恒等化工原理(第三版)化学工业出版社2006
