1、合 肥 学 院Hefei University化 工 原 理 课 程 设 计题 目: 苯氯苯分离过程板式精馏塔 系 别: 生物与环境工程系 专 业: 12 级食品科学与工程 学 号: 1202061030 姓 名: 王影影 指导教师: 于宙 2014 年 10 月 28 日 合肥学院生物与环境工程系课程设计1目 录设计任务书一、 概述11.1 设计依据11.1.1 精馏方式11.1.2 操作压力11.1.3 塔板形式21.2 设计任务及要求21.2.1 设计题目21.2.2 设计条件21.3 设计说明21.4 图纸要求3二、计算过程2.精馏塔的物料衡算32.1 原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率
2、32.2 原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量32.3 物料衡算33.塔板数的确定43.1 理论板数 NT 的求取43.2 实际板层数的求解63.2.1 全塔理论板数的确定63.2.2 精馏段理论塔板数的确定74.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算74.1 操作压力的计算74.2 操作温度的计算74.3 平均摩尔质量的计算94.4 平均密度的计算94.4.1 气相平均密度计算9合肥学院生物与环境工程系课程设计24.4.2 液相平均密度计算104.5 液相平均表面张力的计算114.6 液体平均黏度的计算135.精馏塔的塔体工艺尺寸计算135.1 塔径的计算135.1.1 精馏段塔径的计算135
3、.1.2 提馏段塔径的计算145.2 塔高的计算155.2.1 精馏塔有效高度的计算155.2.2 全塔实际高度156.塔板主要工艺尺寸的计算156.1 溢流装置的计算156.2 塔板布置的计算176.2.1 阀孔临界速度176.2.2 精馏段塔板布置176.2.3 提馏段塔板布置176.2.4 浮阀数 与开孔率 18n7.塔板的流体力学验算207.1 塔板压降207.1.1 干板阻力207.1.2 板上充气液层阻力217.1.3 液体表面张力所造成的阻力217.2 液泛217.2.1 与气体通过塔板压降所相当的液柱高度227.2.2 液体通过降液管的压头损失227.2.3 板上液层高度227
4、.3 液沫夹带227.3.1 精馏段液沫夹带量 的验算22ve7.3.2 提馏段液沫夹带量 的验算23合肥学院生物与环境工程系课程设计37.4 漏液的验算237.4.1 精馏段漏液的验算237.4.2 提馏段漏液的验算238.塔板负荷性能图248.1 精馏段塔板负荷性能图248.1.1 液沫夹带线248.1.2 液泛线248.1.3 液相负荷上限线258.1.4 漏液线258.1.5 液限负荷下限线258.2 提馏段塔板负荷性能图278.2.1 液沫夹带线278.2.2 液泛线288.2.3 液相负荷上限线298.2.4 漏液线298.2.5 液相负荷下限线299.精馏塔接管尺寸计算319.1
5、 塔顶蒸气出口管319.2 塔顶回流液管319.3 进料管319.4 塔釜出料管329.5 加热蒸气进口管3210.主要辅助设备的选型3210.1 基本物性参数的查取3210.2 热负荷的计算3310.3 确定流体的流径3310.4 计算 R 和 P3310.5 换热器型号的选择3411.设计一览表3412.结论37合肥学院生物与环境工程系课程设计4附录37主要符号说明38参考文献42致谢42附图合肥学院生物与环境工程系课程设计0化工原理课程设计任务书一、概述课程设计是化工原理的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识来解决某一设计任务的一次训练，通过课程设计，要
6、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，在规定的时间内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内容，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，培养实事求是、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。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发
7、组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-氯苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯，采用间歇操作方式，需设计一板式塔将其分离。分离苯和氯苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。1.1 设计依据1.1.1 精馏方式：精馏塔采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量，若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液。这样操作费用和设备费用均可
8、降低。但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，使残液轻组分浓度降低，所需塔板数略有增加。综合考虑，我们采用间接蒸汽加热的方式。1.1.2 操作压力：合肥学院生物与环境工程系课程设计1本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这合肥学院生物与环境工程系课程设计2类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。1.1.3 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的浮阀塔，浮阀塔造作弹性大 ，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作；气液接触状态良好，雾沫夹来量小，并能适应常见的物料状况。1.1.4 热能利用精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效
9、率较低，通常进入再沸器的能量只有 5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。1.2 设计任务及要求1.2.1 设计题目: 苯氯苯分离过程板式精馏塔设计苯氯苯分离过程板式精馏塔设计：试设计一座苯氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为 98的氯苯，设计的产量为 9000 吨，塔顶馏出液中含氯苯不得高于 2，原料液中含氯苯 38（以上均为质量分数）。1.2.2 设计条件: (1) 操作条件1) 操作压力 4kPa（表压）2) 进料热状态 自选3) 回流比 自选 4) 采用间接蒸汽加热塔底加热 蒸汽压力
10、0.5Mpa（表压）5) 单板压降 0.7kPa。(2) 塔板类型浮阀塔（F1 型）(3) 工作日每年工作日为 300 天，每天 24 小时连续运行(4) 厂址厂址：安徽省合肥市合肥学院生物与环境工程系课程设计31.3 设计说明书的内容（1） 精馏塔的物料衡算；（2） 塔板数的确定；（3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；（4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；（5） 塔板主要工艺尺寸的计算；（6）塔板的流体力学验算；（7） 塔板负荷性能图；（8）精馏塔接管尺寸计算；（9）主要辅助设备的选型；（10）对设计过程的评述，有关问题的讨论和设计自我评价。1.4 设计图纸要求（1）绘制生产工艺流程图（A2
11、 号图纸）；（2）绘制精馏塔设计条件图（A1 号图纸）。2、精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶、塔釜产品含苯的摩尔分率苯的摩尔质量 kmol/g1.78AM氯苯的摩尔质量 562B62/.0.78131Fx98././9D2.620W2.2 原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量MF 78.110.702(1 0.702)112.6188.39kg/kmolkg/mol59.7861.298.016.78D 22W合肥学院生物与环境工程系课程设计42.3 物料衡算依题给条件：一年以 300 天，一天以 24 小时计，全塔物料衡算： 原料处理量 hkmol151243009 /.W总物料衡算 .
12、1DF苯物料衡算 10289680702 . DF联立解得 D=29.2kmol/hF=40.31kmol/h3、塔板数的确定3.1 理论板数 NT 的求取（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 yx依据 ， ，将所得计算结果列表如下：BABt ppx/ tApxy/表 3-1 相关数据计算C/oT80 90 100 110 120 130 131.8kPaAp101.33 136.66 179.99 234.60 299.99 378.65 386.65/oB19.73 27.33 39.07 53.33 72.40 95.86 101.33oBApx1.000 0.677 0.442 0.265 0.127 0.019 0.000y1.000 0.913 0.785 0.613 0.376 0.072 0.000绘出 xy 图，见图 3-1。
