1、第 1 页 共 44 页1、 设 计 题 目苯 氯 苯 填 料 精 馏 塔 设 计2、 设 计 数 据 及 条 件原 料 ： 苯 和 氯 苯 混 合 溶 液 ， 年 处 理 能 力 为 （ 7） 万 吨 （ 开 工 率 8000 小 时 /年 ） ， 原 料 中 苯 的 质 量 分 数 （ 0.34 学 号 后 两 位 ） ； 进 料 热 状 态 ： 自 选 。分 离 要 求 ： 馏 出 液 中 苯 的 质 量 分 率 不 低 于 95%釜 残 液 中 苯 的 质 量 分 率 不 大 于0.3%（ 1-10 号 ）操 作 压 力 ： 常 压建 厂 地 址 ： 家 乡 地 区单 板 压 降 ：
2、0.7kpa。全 塔 效 率 ： ET58%。3、 设 计 要 求 （ 1） 编 制 一 份 设 计 说 明 书 ， 主 要 内 容 包 括 ：1. 前 言 ；2. 流 程 与 方 案 的 选 择 说 明 与 论 证 （ 附 流 程 简 图 ）3. 精 馏 塔 主 要 工 艺 结 构 尺 寸 设 计 计 算 （ 包 括 塔 径 、 填 料 层 高 度 、 塔 高 的 计 算等 ）4. 附 属 设 备 的 选 型 和 计 算 （ 包 括 冷 凝 器 、 再 沸 器 、 塔 内 构 件 ： 接 管 管 径 、 除沫 器 、 液 体 分 布 器 、 液 体 再 分 布 器 、 支 撑 板 、 手 孔
3、 、 裙 座 等 ）5. 填 料 塔 流 体 力 学 计 算 （ 压 力 降 、 泛 点 率 、 气 体 动 能 因 子 等 ）6. 设 计 结 果 列 表7. 设 计 评 价8. 主 要 符 号 和 单 位 表9. 参 考 文 献10. 致 谢（ 2） 绘 制 带 控 制 点 的 工 艺 流 程 图 （ 3 号 图 纸 ， CAD 绘 图 ）第 2 页 共 44 页绘 制 精 馏 塔 的 工 艺 条 件 图 （ 2 号 图第 3 页 共 44 页第 1页 共 0页目 录前 言 .3符 号 说 明1概 述 与 设 计 方 案 简 介 .5.操 作 条 件 的 确 定 .操 作 压 力 .1.2
4、进 料 状 态 . 53加 热 方 式 4冷 却 剂 与 出 口 温 度15热 能 的 利 用 .6.2确 定 设 计 方 案 的 原 则满 足 工 艺 和 操 作 的 要 求 1.满 足 经 济 上 的 要 求 . 623保 证 安 全 生 产 .7.流 程 的 确 定 和 说 明1物 料 衡 算 .82.原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 摩 尔 分 率全 塔 物 料 衡 算 理 论 塔 板 数 估 算 82气 液 平 衡 线 .10.3进 料 热 状 况 参 数4求 最 小 回 流 比 Rmin.2.5最 佳 回 流 比 126精 馏 段 提 馏 段 操 作 线 4.7图 解
5、 法 求 理 论 板 数 523各 种 操 作 条 件 及 相 关 的 物 性 估 算 .16.1操 作 温 度 估 算 平 均 摩 尔 质 量 估 算 72.3液 相 平 均 粘 度 估 算 184相 对 挥 发 度 估 算 .20.5操 作 压 力 估 算 .236平 均 密 度 估 算 .1.4气 液 相 负 荷 估 算 . 231精 馏 段 气 液 相 负 荷 2.提 馏 段 气 液 相 负 荷 . 43设 备 设 计 .2.1填 料 的 选 择 . .2塔 径 的 设 计 . .53.精 馏 段 塔 径 . .2提 馏 段 塔 径 . .6.填 料 层 高 度 计 算 .7第 4 页
6、 共 44 页第 1页 共 0页目 录前 言 .3符 号 说 明1概 述 与 设 计 方 案 简 介 .5.操 作 条 件 的 确 定 .操 作 压 力 .1.2进 料 状 态 . 53加 热 方 式 4冷 却 剂 与 出 口 温 度15热 能 的 利 用 .6.2确 定 设 计 方 案 的 原 则满 足 工 艺 和 操 作 的 要 求 1.满 足 经 济 上 的 要 求 . 623保 证 安 全 生 产 .7.流 程 的 确 定 和 说 明1物 料 衡 算 .82.原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 摩 尔 分 率全 塔 物 料 衡 算 理 论 塔 板 数 估 算 82气 液 平
7、 衡 线 .10.3进 料 热 状 况 参 数4求 最 小 回 流 比 Rmin.2.5最 佳 回 流 比 126精 馏 段 提 馏 段 操 作 线 4.7图 解 法 求 理 论 板 数 523各 种 操 作 条 件 及 相 关 的 物 性 估 算 .16.1操 作 温 度 估 算 平 均 摩 尔 质 量 估 算 72.3液 相 平 均 粘 度 估 算 184相 对 挥 发 度 估 算 .20.5操 作 压 力 估 算 .236平 均 密 度 估 算 .1.4气 液 相 负 荷 估 算 . 231精 馏 段 气 液 相 负 荷 2.提 馏 段 气 液 相 负 荷 . 43设 备 设 计 .2.
8、1填 料 的 选 择 . .2塔 径 的 设 计 . .53.精 馏 段 塔 径 . .2提 馏 段 塔 径 . .6.填 料 层 高 度 计 算 .7第 5 页 共 44 页目 录前 言 .3符 号 说 明 .31 概 述 与 设 计 方 案 简 介 51.1 操 作 条 件 的 确 定 .51.1.1 操 作 压 力 .51.1.2 进 料 状 态 .51.1.3 加 热 方 式 .51.1.4 冷 却 剂 与 出 口 温 度 51.1.5 热 能 的 利 用 .61.2 确 定 设 计 方 案 的 原 则 61.2.1 满 足 工 艺 和 操 作 的 要 求 .61.2.2 满 足 经
9、济 上 的 要 求 61.2.3 保 证 安 全 生 产 .71.3 流 程 的 确 定 和 说 明 .72.1 物 料 衡 算 82.1.1 原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 摩 尔 分 率 .82.1.2 全 塔 物 料 衡 算 .82.2 理 论 塔 板 数 估 算 .82.2.2 气 液 平 衡 线 .102.2.3 进 料 热 状 况 参 数 112.2.4 求 最 小 回 流 比 Rmin.112.2.5 最 佳 回 流 比 .122.2.6 精 馏 段 提 馏 段 操 作 线 .142.2.7 图 解 法 求 理 论 板 数 152.3 各 种 操 作 条 件 及
10、相 关 的 物 性 估 算 .162.3.1 操 作 温 度 估 算 162.3.2 平 均 摩 尔 质 量 估 算 172.3.3 液 相 平 均 粘 度 估 算 182.3.4 相 对 挥 发 度 估 算 202.3.5 操 作 压 力 估 算 202.3.6 平 均 密 度 估 算 212.4 气 液 相 负 荷 估 算 .232.4.1 精 馏 段 气 液 相 负 荷 23第 6 页 共 44 页2.4.2 提 馏 段 气 液 相 负 荷 243 设 备 设 计 .243.1 填 料 的 选 择 .243.2 塔 径 的 设 计 .253.2.1 精 馏 段 塔 径 .253.2.2
11、提 馏 段 塔 径 .263.3 填 料 层 高 度 计 算 .273.3.1 精 馏 段 的 填 料 层 高 度 .273.3.2 提 馏 段 的 填 料 层 高 度 .273.3.3 精 馏 塔 的 填 料 层 总 高 度 .273.4 填 料 层 压 降 的 计 算 274 辅 助 设 备 的 计 算 及 选 型 .294.1 接 管 设 计 294.1.1 进 料 管 .294.1.2 回 流 管 .304.1.3 塔 底 出 料 管 .304.1.4 塔 顶 蒸 汽 出 料 管 304.1.5 塔 底 进 气 管 .314.2 法 兰 314.3 筒 体 与 封 头 .324.3.1
12、 筒 体 324.3.2 封 头 324.4 其 他 塔 附 件 .324.4.1 裙 座 324.4.2 吊 柱 324.4.3 人 孔 手 孔 .324.5 塔 总 体 高 度 设 计 .334.5.1 塔 的 顶 部 空 间 334.5.2 塔 的 底 部 空 间 334.5.3 塔 的 立 体 高 度 334.6 附 属 设 备 334.6.1 塔 顶 冷 凝 器 .334.6.2 原 料 预 热 器 .354.6.3 再 沸 器 .354.6.4 进 料 泵 .364.6.5 回 流 泵 .365 设 计 结 果 明 细 表 375.1 物 料 衡 算 计 算 结 果 375.2 精
13、 馏 塔 工 艺 条 件 及 有 关 物 性 数 据 计 算 结 果 375.3 精 馏 塔 工 艺 设 计 结 果 385.4 接 管 尺 寸 计 算 结 果 38设 计 评 述 .39参 考 文 献 .39第 7 页 共 44 页第 8 页 共 44 页前 言在 化 工 生 产 中 ， 精 馏 是 最 常 用 的 单 元 操 作 ,， 是 分 离 均 相 液 体 混 合 物 的 最 有 效 方法 之 一 ， 在 炼 油 、 化 工 、 石 油 化 工 等 工 业 中 得 到 广 泛 应 用 。 塔 设 备 一 般 分 为 级 间 接触 式 和 连 续 接 触 式 两 大 类 。 前 者 的
14、 代 表 是 板 式 塔 ， 后 者 的 代 表 则 为 填 料 塔 。 随 着 石 油化 工 的 发 展 ， 填 料 塔 日 益 受 到 人 们 的 重 视 ， 填 料 塔 技 术 有 了 长 足 的 进 步 ， 涌 现 出 不 少高 效 填 料 与 新 型 塔 。 苯 和 氯 苯 的 分 离 对 于 工 业 生 产 具 有 重 要 的 意 义 填 料 塔 是 塔 设 备的 一 种 。 塔 内 填 充 适 当 高 度 的 填 料 ， 以 增 加 两 种 流 体 间 的 接 触 表 面 。 结 构 较 简 单 ， 检修 较 方 便 。 广 泛 应 用 于 气 体 吸 收 、 蒸 馏 、 萃 取
15、 等 操 作 。 据 有 关 资 料 报 道 塔 设 备 的 资 料费 用 占 整 个 投 资 的 费 用 的 较 大 比 例 。 因 此 ， 塔 设 备 的 设 计 和 研 究 ， 受 到 化 工 和 炼 油 行业 的 极 大 重 视 。 根 据 设 计 任 务 书 ， 此 塔 设 计 为 填 料 精 馏 塔 。符 号 说 明英 文 字 母Aa- 塔 板 的 开 孔 区 面 积 ， m2Af- 降 液 管 的 截 面 积 ， m2Ao- 筛 孔 区 面 积 ， m2 PPAT-塔 的 截 面 积 ， m2C-负 荷 因 子 ， 无 因 次C20-表 面 张 力 为 20mN/m 的 负 荷
16、因子do-筛 孔 直 径t-筛 孔 的 中 心 距 Wc-边 缘 无 效 区 宽 度Wd-弓 形 降 液 管 的 宽 度Ws-破 沫 区 宽 度uo-液 体 通 过 降 液 管 底 隙 的 速 度D-塔 径 ， mev-液 沫 夹 带 量 ， kg 液 /kg 气ET-总 板 效 率R-回 流 比Rmin-最 小 回 流 比 M-平 均 摩 尔 质 量 kg/kmoltm-平 均 温 度 g-重 力 加 速 度 9.81m/s2Z-板 式 塔 的 有 效 高 度-液 体 在 降 液 管 内 停 留 时 间Fo-筛 孔 气 相 动 能 因 子 kg1/2/(s.m1/2)hl-进 口 堰 与 降
17、 液 管 间 的 水 平 距 离 m hc-与 干 板 压 降 相 当 的 液 柱 高 度 m hd-与 液 体 流 过 降 液 管 的 压 降 相 当 的第 9 页 共 44 页液 注 高 度 m hf-塔 板 上 鼓 层 高 度 m hL-板 上 清 液 层 高 度 mh1-与 板 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 m-气 体 通 过 每 层 筛 板 的 压 降H-板 式
18、塔 高 度 mHB-塔 底 空 间 高 度 mHd-降 液 管 内 清 液 层 高 度 mHD-塔 顶 空 间 高 度 mHF-进 料 板 处 塔 板 间 距 mHP-人 孔 处 塔 板 间 距 mHT-塔 板 间 距 mH1-封 头 高 度 mH2-裙 座 高 度 mK-稳 定 系 数lW-堰 长 mLh-液 体 体 积 流 量 m3/hLs-液 体 体 积 流 量 m3/sn-筛 孔 数 目 P-操 作 压 力 KPaP-压 力 降 KPaPp-气 体 通 过 每 层 筛 的 压 降 KPaT-理 论 板 层 数u-空 塔 气 速 m/su0,min-漏 夜 点 气 速 m/suo -液
19、体 通 过 降 液 管 底 隙 的 速 度 m/sVh-气 体 体 积 流 量 m3/hVs-气 体 体 积 流 量 m3/sWc-边 缘 无 效 区 宽 度 mWd-弓 形 降 液 管 宽 度 mWs -破 沫 区 宽 度 mZ - 板 式 塔 的 有 效 高 度 m 下 标max-最 大 的min-最 小 的L-液 相 的V-气 相 的希 腊 字 母-筛 板 的 厚 度 m-液 体 在 降 液 管 内 停 留 的 时 间 s-粘 度 mPa.s-密 度 kg/m3-表 面 张 力 N/m-开 孔 率 无 因 次-质 量 分 率 无 因 次 第 10 页 共 44 页1 概 述 与 设 计
20、方 案 简 介1.1 操 作 条 件 的 确 定确 定 设 计 方 案 是 指 确 定 整 个 精 馏 装 置 的 流 程 、 各 种 设 备 的 结 构 型 式 和 某 些 操 作 指标 。 例 如 组 分 的 分 离 顺 序 、 塔 设 备 的 型 式 、 操 作 压 力 、 进 料 热 状 态 、 塔 顶 蒸 汽 的 冷 凝方 式 、 余 热 利 用 方 案 以 及 安 全 、 调 节 机 构 和 测 量 控 制 仪 表 的 设 置 等 。 下 面 结 合 课 程 设计 的 需 要 ， 对 某 些 问 题 作 些 阐 述 。1.1.1 操 作 压 力蒸 馏 操 作 通 常 可 在 常 压
21、 、 加 压 和 减 压 下 进 行 。 确 定 操 作 压 力 时 ， 必 须 根 据 所 处 理物 料 的 性 质 ， 兼 顾 技 术 上 的 可 行 性 和 经 济 上 的 合 理 性 进 行 考 虑 。 例 如 ， 采 用 减 压 操 作有 利 于 分 离 相 对 挥 发 度 较 大 组 分 及 热 敏 性 的 物 料 ， 但 压 力 降 低 将 导 致 塔 径 增 加 ， 同 时还 需 要 使 用 抽 真 空 的 设 备 。 对 于 沸 点 低 、 在 常 压 下 为 气 态 的 物 料 ， 则 应 在 加 压 下 进 行蒸 馏 。 当 物 性 无 特 殊 要 求 时 ， 一 般 是
22、 在 稍 高 于 大 气 压 下 操 作 。 但 在 塔 径 相 同 的 情 况 下 ，适 当 地 提 高 操 作 压 力 可 以 提 高 塔 的 处 理 能 力 。 有 时 应 用 加 压 蒸 馏 的 原 因 ， 则 在 于 提 高平 衡 温 度 后 ， 便 于 利 用 蒸 汽 冷 凝 时 的 热 量 ， 或 可 用 较 低 品 位 的 冷 却 剂 使 蒸 汽 冷 凝 ， 从而 减 少 蒸 馏 的 能 量 消 耗 。1.1.2 进 料 状 态进 料 状 态 与 填 料 层 高 度 、 塔 径 、 回 流 量 及 塔 的 热 负 荷 都 有 密 切 的 联 系 。 在 实 际 的生 产 中 进
23、 料 状 态 有 多 种 ， 但 一 般 都 将 料 液 预 热 到 泡 点 或 接 近 泡 点 才 送 入 塔 中 ， 这 主 要是 由 于 此 时 塔 的 操 作 比 较 容 易 控 制 ， 不 致 受 季 节 气 温 的 影 响 。 此 外 ， 在 泡 点 进 料 时 ，精 馏 段 与 提 馏 段 的 塔 径 相 同 ， 为 设 计 和 制 造 上 提 供 了 方 便 。这 里 根 据 任 务 要 求 选 用 饱 和 蒸 汽 进 料 。1.1.3 加 热 方 式这 里 根 据 任 务 要 求 选 用 间 接 蒸 汽 加 热 。1.1.4 冷 却 剂 与 出 口 温 度冷 却 剂 的 选
24、择 由 塔 顶 蒸 汽 温 度 决 定 。 如 果 塔 顶 蒸 汽 温 度 低 ， 可 选 用 冷 冻 盐 水 或 深井 水 作 冷 却 剂 。 如 果 能 用 常 温 水 作 冷 却 剂 ， 是 最 经 济 的 。 水 的 入 口 温 度 由 气 温 决 定 ，出 口 温 度 由 设 计 者 确 定 。 冷 却 水 出 口 温 度 取 得 高 些 ， 冷 却 剂 的 消 耗 可 以 减 少 ， 但 同 时温 度 差 较 小 ， 传 热 面 积 将 增 加 。 冷 却 水 出 口 温 度 的 选 择 由 当 地 水 资 源 确 定 ， 但 一 般 不第 11 页 共 44 页宜 超 过 50，
25、 否 则 溶 于 水 中 的 无 机 盐 将 析 出 ， 生 成 水 垢 附 着 在 换 热 器 的 表 面 而 影 响传 热 。1.1.5 热 能 的 利 用精 馏 过 程 是 组 分 反 复 汽 化 和 反 复 冷 凝 的 过 程 ， 耗 能 较 多 ， 如 何 节 约 和 合 理 地 利 用精 馏 过 程 本 身 的 热 能 是 十 分 重 要 的 。选 取 适 宜 的 回 流 比 ， 使 过 程 处 于 最 佳 条 件 下 进 行 ， 可 使 能 耗 降 至 最 低 。 与 此 同 时 ，合 理 利 用 精 馏 过 程 本 身 的 热 能 也 是 节 约 的 重 要 举 措 。若 不
26、计 进 料 、 馏 出 液 和 釜 液 间 的 焓 差 ， 塔 顶 冷 凝 器 所 输 出 的 热 量 近 似 等 于 塔 底 间接 蒸 汽 所 输 入 的 热 量 ， 其 数 量 是 相 当 可 观 的 。 然 而 ， 在 大 多 数 情 况 ， 这 部 分 热 量 由 冷却 剂 带 走 而 损 失 掉 了 。 如 果 采 用 釜 液 产 品 去 预 热 原 料 ， 塔 顶 蒸 汽 的 冷 凝 潜 热 去 加 热 能级 低 一 些 的 物 料 ， 可 以 将 塔 顶 蒸 汽 冷 凝 潜 热 及 釜 液 产 品 的 余 热 充 分 利 用 。1.2 确 定 设 计 方 案 的 原 则确 定 设
27、 计 方 案 总 的 原 则 是 在 可 能 的 条 件 下 ， 尽 量 采 用 科 学 技 术 上 的 最 新 成 就 ， 使生 产 达 到 技 术 上 最 先 进 、 经 济 上 最 合 理 的 要 求 ， 符 合 优 质 、 高 产 、 安 全 、 低 消 耗 的 原则 。 为 此 ， 必 须 具 体 考 虑 如 下 几 点 ：1.2.1 满 足 工 艺 和 操 作 的 要 求所 设 计 出 来 的 流 程 和 设 备 ， 首 先 必 须 保 证 产 品 达 到 任 务 规 定 的 要 求 ， 而 且 质 量 要稳 定 ， 这 就 要 求 各 流 体 流 量 和 压 头 稳 定 ， 入
28、塔 料 液 的 温 度 和 状 态 稳 定 ， 从 而 需 要 采 取相 应 的 措 施 。其 次 所 定 的 设 计 方 案 需 要 有 一 定 的 操 作 弹 性 ， 各 处 流 量 应 能 在 一 定 范 围 内 进 行 调节 ， 必 要 时 传 热 量 也 可 进 行 调 整 。 因 此 ， 在 必 要 的 位 置 上 要 装 置 调 节 阀 门 ， 在 管 路 中安 装 备 用 支 线 。 计 算 传 热 面 积 和 选 取 操 作 指 标 时 ， 也 应 考 虑 到 生 产 上 的 可 能 波 动 。再 其 次 ， 要 考 虑 必 需 装 置 的 仪 表 (如 温 度 计 、 压
29、强 计 ， 流 量 计 等 )及 其 装 置 的 位置 ， 以 便 能 通 过 这 些 仪 表 来 观 测 生 产 过 程 是 否 正 常 ， 从 而 帮 助 找 出 不 正 常 的 原 因 ， 以便 采 取 相 应 措 施 。1.2.2 满 足 经 济 上 的 要 求要 节 省 热 能 和 电 能 的 消 耗 ， 减 少 设 备 及 基 建 费 用 。 如 前 所 述 在 蒸 馏 过 程 中 如 能 适当 地 利 用 塔 顶 、 塔 底 的 废 热 ， 就 能 节 约 很 多 生 蒸 汽 和 冷 却 水 ， 也 能 减 少 电 能 消 耗 。 又如 冷 却 水 出 口 温 度 的 高 低 ，
30、 一 方 面 影 响 到 冷 却 水 用 量 ， 另 方 面 也 影 响 到 所 需 传 热 面 积第 12 页 共 44 页的 大 小 ， 即 对 操 作 费 和 设 备 费 都 有 影 响 。 同 样 ， 回 流 比 的 大 小 对 操 作 费 和 设 备 费 也 有很 大 影 响 。降 低 生 产 成 本 是 各 部 门 的 经 常 性 任 务 ， 因 此 在 设 计 时 ， 是 否 合 理 利 用 热 能 ， 采 用哪 种 加 热 方 式 ， 以 及 回 流 比 和 其 他 操 作 参 数 是 否 选 得 合 适 等 ， 均 要 作 全 面 考 虑 ， 力 求总 费 用 尽 可 能 低
31、 一 些 。 而 且 ， 应 结 合 具 体 条 件 ， 选 择 最 佳 方 案 。 例 如 ， 在 缺 水 地 区 ，冷 却 水 的 节 省 就 很 重 要 ； 在 水 源 充 足 及 电 力 充 沛 、 价 廉 地 区 ， 冷 却 水 出 口 温 度 就 可 选低 一 些 ， 以 节 省 传 热 面 积 。1.2.3 保 证 安 全 生 产例 如 苯 属 易 燃 物 料 ， 不 能 让 其 蒸 汽 弥 漫 车 间 ， 也 不 能 使 用 容 易 发 生 火 花 的 设 备 。又 如 ， 塔 是 指 定 在 常 压 下 操 作 的 ， 塔 内 压 力 过 大 或 塔 骤 冷 而 产 生 真
32、空 ， 都 会 使 塔 受 到破 坏 ， 因 而 需 要 安 全 装 置 。以 上 三 项 原 则 在 生 产 中 都 是 同 样 重 要 的 。 但 在 化 工 原 理 课 程 设 计 中 ， 对 第 一 个 原则 应 作 较 多 的 考 虑 ， 对 第 二 个 原 则 只 作 定 性 的 考 虑 ， 而 对 第 三 个 原 则 只 要 求 作 一 般 的考 虑 。1.3 流 程 的 确 定 和 说 明图 1-1 工 艺 流 程 简 图第 13 页 共 44 页2.1 物 料 衡 算2.1.1 原 料 液 及 塔 顶 、 塔 底 产 品 的 摩 尔 分 率苯 的 摩 尔 质 量 为 ：氯 苯
33、 的 摩 尔 质 量 为 ：塔 顶 采 出 液 中 苯 的 摩 尔 分 率 ：原 料 液 中 苯 的 摩 尔 分 率 ：塔 釜 液 中 苯 的 摩 尔 分 率 ：2.1.2 全 塔 物 料 衡 算每 小 时 处 理 原 料 量 ：原 料 混 合 液 的 摩 尔 流 量 ：联 列 ：塔 顶 产 品 的 摩 尔 流 量 ：塔 底 产 品 的 摩 尔 流 量 ：2.2 理 论 塔 板 数 估 算本 次 设 计 采 用 图 解 法 计 算 精 馏 塔 的 理 论 塔 板 数 。 因 为 该 塔 是 常 压 塔 ， 所 以 精 馏 塔第 14 页 共 44 页塔 内 各 处 的 压 强 仅 仅 比 常
34、压 略 高 ， 根 据 常 压 下 苯 -氯 苯 汽 液 平 衡 数 据 来 计 算 ， 即 可求 出 精 馏 塔 的 理 论 板 数 。3.2.1 常 压 下 苯 -氯 苯 汽 液 平 衡 数 据根 据 苯 -氯 苯 饱 和 蒸 汽 压 数 据 ， 计 算 得 到 常 压 下 苯 -氯 苯 气 液 平 衡 数 据 ， 及 相 对挥 发 度 数 据 ， 计 算 方 法 如 下 ：气 液 平 衡 数 据 的 计 算 （ 苯 -A、 氯 苯 -B， 在 101.325kPa 760mmHg 下 ） ， 以100 为 例 ， 换 算 得 ：kPapoA10.8761350179.50kPapoB10
35、.8762938.96xpoBoAo10.83.9679.5.0.42ypoAx1.0.8.420.785以 此 类 推 ， 得 出 101.325kPa 下 苯 氯 苯 的 气 液 平 衡 数 据 如 下 表 所 示 ， 并 记 录 于 下 表1：表 1 常 压 下 苯 -氯 苯 汽 液 平 衡 数 据温 度 / 80 90 100 110 120 130 131.8苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900poimmHg氯 苯 148 205 293 400 543 719 760苯 101.325 136.325 179.550 234.080 299.250
36、 377.720 385.700poikPa 氯 苯 19.684 27.265 38.969 53.200 72.219 95.627 101.325xpoBoAo1.0 0.677 0.442 0.265 0.127 0.019 0ypoAx1.0 0.913 0.785 0.614 0.376 0.071 0相 对 挥 发 度5.135 5.000 4.608 4.400 4.144 3.950 3.816第 15 页 共 44 页根 据 表 1 中 苯 -氯 苯 气 液 平 衡 数 据 绘 制 出 t-x-y 图 ， 见 下 图 2：图 2-1 常 压 下 苯 -氯 苯 气 液 平 衡
37、 相 图2.2.2 气 液 平 衡 线绘 制 气 液 平 衡 线 ， 如 下 图 所 示 ：第 16 页 共 44 页图 2-2 气 液 平 衡 线2.2.3 进 料 热 状 况 参 数(1) 判 断 进 料 热 状 况任 务 要 求 饱 和 液 体 进 料 。(2) 进 料 热 状 况 参 数 q2.2.4 求 最 小 回 流 比 Rmin本 次 设 计 采 用 泡 点 进 料 ， 则 从 图 中 测 得 ， 在 图 2-1 中 作 出 ， 塔 顶 ， 进料 及 塔 釜 摩 尔 分 率 线 ， 分 别 与 对 角 线 相 交 于 点 A、 E、 C， 进 料 摩 尔 分 率 线 与 气 液
38、平衡 线 相 交 与 Q 点 ， 连 接 AQ 并 延 长 至 Y 轴 ， 交 点 记 为 P 得 到 下 图 2-3：第 17 页 共 44 页图 2-3 求 最 小 回 流 比 作 图在 图 中 测 出 Q 点 的 坐 标 ， 即 ，又 ， 则 ：2.2.5 最 佳 回 流 比最 小 理 论 塔 板 数 ：利 用 吉 利 兰 关 联 图 ， 计 算 R NT 如 下 ：X Y第 18 页 共 44 页R/Rmin R (R-Rmin)/(R+1) (N-Nmin)/(N+1) NT N(R+1)1.1 0.6080 0.0344 0.630 18.7720 30.1848 1.2 0.66
39、32 0.0665 0.589 16.7997 27.9420 1.3 0.7185 0.0965 0.557 15.5178 26.6675 1.4 0.7738 0.1246 0.529 14.5335 25.7793 1.5 0.8291 0.1511 0.504 13.7468 25.1435 1.6 0.8843 0.1760 0.481 13.1029 24.6900 1.7 0.9396 0.1995 0.461 12.5660 24.3728 1.8 0.9949 0.2216 0.442 12.1113 24.1603 1.9 1.0501 0.2426 0.425 11.7
40、211 24.0297 2 1.1054 0.2625 0.409 11.3824 23.9644 2.1 1.1607 0.2814 0.395 11.0854 23.9519 2.2 1.2159 0.2993 0.381 10.8228 23.9826 2.3 1.2712 0.3164 0.369 10.5887 24.0492 2.4 1.3265 0.3326 0.357 10.3788 24.1460 2.5 1.3818 0.3481 0.346 10.1893 24.2683 2.6 1.4370 0.3629 0.336 10.0173 24.4124 2.7 1.4923
41、 0.3770 0.327 9.8605 24.5753 2.8 1.5476 0.3905 0.318 9.7169 24.7545 2.9 1.6028 0.4035 0.309 9.5849 24.9479 3 1.6581 0.4159 0.301 9.4631 25.1538 3.1 1.7134 0.4278 0.293 9.3503 25.3708 3.2 1.7686 0.4392 0.286 9.2455 25.5975 3.3 1.8239 0.4502 0.279 9.1480 25.8330 3.4 1.8792 0.4607 0.273 9.0569 26.0764
42、3.5 1.9345 0.4709 0.267 8.9716 26.3267 3.6 1.9897 0.4807 0.261 8.8916 26.5834 3.7 2.0450 0.4901 0.255 8.8164 26.8459 3.8 2.1003 0.4992 0.250 8.7456 27.1136 3.9 2.1555 0.5079 0.244 8.6788 27.3861 4 2.2108 0.5164 0.239 8.6156 27.6629 4.1 2.2661 0.5246 0.235 8.5558 27.9437 4.2 2.3213 0.5325 0.230 8.499
43、0 28.2282 4.3 2.3766 0.5402 0.226 8.4452 28.5160 4.4 2.4319 0.5476 0.222 8.3939 28.8070 4.5 2.4872 0.5547 0.217 8.3452 29.1008 4.6 2.5424 0.5617 0.214 8.2987 29.3973 4.7 2.5977 0.5684 0.210 8.2543 29.6963 4.8 2.6530 0.5749 0.206 8.2119 29.9976 4.9 2.7082 0.5813 0.203 8.1713 30.3011 第 19 页 共 44 页5 2.
44、7635 0.5874 0.199 8.1325 30.6065 2.2.6 精 馏 段 提 馏 段 操 作 线取 实 际 回 流 比 ： ， 则精 馏 段 操 作 线 方 程 为 ：即泡 点 进 料 ， q=1， 那 么提 馏 段 操 作 线 方 程 为 ：即第 20 页 共 44 页2.2.7 图 解 法 求 理 论 板 数由 塔 顶 点 A 开 始 ， 泡 点 回 流 ， 于 是 ，在 图 2-3 中 分 别 作 出 q 线 、 气 液 平 衡 线 、 精 馏 段 操 作 线 和 提 馏 段 操 作 线 ， 然 后 从点 (0.9648， 0.9648)开 始 在 操 作 线 和 气 液
45、 平 衡 线 之 间 作 梯 级 。然 后 ， 将 图 解 法 的 结 果 记 录 在 图 2-5 中 ：图 2-3 梯 级 图由 上 图 2-5 可 以 看 出 ， 精 馏 段 的 理 论 板 数 N 精 =3 块 ， 提 馏 段 的 理 论 板 数 N 提=6 块 (不 包 含 再 沸 器 )， 另 外 ， 梯 级 数 为 全 塔 的 理 论 板 数 ， 即 NT=9 块 (不 包 含 再 沸器 )， 进 料 板 位 置 NF=4。另 外 ， 由 上 图 2-3 得 ，塔 顶 的 气 相 组 成 ： ， 液 相 组 成 ： ；第 21 页 共 44 页进 料 板 的 气 相 组 成 ： ，
46、 液 相 组 成 ： ；塔 釜 的 气 相 组 成 ： ， 液 相 组 成 ： 。2.3 各 种 操 作 条 件 及 相 关 的 物 性 估 算2.3.1 操 作 温 度 估 算因 为 塔 内 压 强 仅 略 高 于 常 压 ， 所 以 可 以 利 用 常 压 下 的 苯 -氯 苯 气 液 平 衡 数 据 估算 出 精 馏 塔 各 部 位 的 的 物 料 温 度 。下 面 作 出 T-x-y 图 ， 记 录 在 下 图 2-4：图 2-4 t-x-y 图在 图 2-4 中 读 出 塔 顶 塔 顶 、 进 料 板 和 塔 釜 温 度(1)求 塔 顶 塔 顶 温 度第 22 页 共 44 页(2)
47、求 进 料 板 温 度(3)求 塔 釜 温 度(4)精 馏 段 的 平 均 温 度 估 算(5)提 馏 段 的 平 均 温 度 估 算(6)全 塔 的 平 均 温 度 估 算2.3.2 平 均 摩 尔 质 量 估 算2.3.2.1 塔 内 液 相 估 算塔 顶 ：进 料 板 ：塔 釜 ：精 馏 段 ：提 馏 段 ：2.3.2.2 塔 内 气 相 估 算塔 顶 ：进 料 板 上 ：塔 釜 ：精 馏 段 ：第 23 页 共 44 页提 馏 段 ：2.3.3 液 相 平 均 粘 度 估 算2.3.3.1 纯 液 体 粘 度 估 算由 塔 顶 温 度 、 进 料 板 、 塔 釜 温 度 。查 苯 的
48、粘 度 数 据 如 表 2 所 示 ：表 2 苯 的 粘 度 数 据温 度 ( ) 80 100 120 140粘 度 (mPas) 0.308 0.255 0.215 0.184查 氯 苯 的 粘 度 数 据 如 表 3 所 示 ：表 3 氯 苯 的 粘 度 数 据温 度 ( ) 80 100 120 140粘 度 (mPas) 0.428 0.363 0.313 0.274利 用 插 值 法 分 别 估 算 塔 顶 、 进 料 板 和 塔 底 的 液 相 粘 度 ：(a)塔 顶 液 相 粘 度 估 算塔 顶 温 度 下 苯 的 粘 度 估 算 ：塔 顶 温 度 下 氯 苯 的 粘 度 估
49、算 ：(b)进 料 板 上 液 相 粘 度 估 算进 料 板 温 度 下 苯 的 粘 度 估 算 ：第 24 页 共 44 页进 料 板 温 度 下 氯 苯 的 粘 度 估 算 ：(c)塔 釜 液 相 粘 度 估 算塔 釜 温 度 下 苯 的 粘 度 估 算 ：塔 釜 温 度 下 氯 苯 的 粘 度 估 算 ：2.3.2.2 混 合 液 粘 度 估 算塔 顶 温 度 下 混 合 液 粘 度 ：进 料 温 度 下 混 合 液 粘 度 ：塔 釜 温 度 下 混 合 液 粘 度 ：2.3.2.3 平 均 粘 度 估 算精 馏 段 的 平 均 粘 度 ：第 25 页 共 44 页提 馏 段 的 平 均 粘 度 ：2.3.4 相 对 挥 发 度 估 算塔 顶
