—苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计。
工艺计算书。
目录。苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 2
一．设计题目 2
二．操作条件 2
三．塔板类型 2
四．工作日 2
五．厂址 2
六．设计内容 2
七．设计基础数据 3
设计方案 7
一．设计方案的思考 7
二．设计方案的特点 7
三．工艺流程 7
苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书 7
一．设计方案的确定及工艺流程的说明 8
二．全塔的物料衡算 8
三．塔板数的确定 9
四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 12
五．精馏段的汽液负荷计算 15
六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 15
七．塔板负荷性能图 20
八．附属设备的的计算及选型 23
筛板塔设计计算结果 33
设计评述 34
一．设计原则确定 34
二．操作条件的确定 34
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计。
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务。
设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯21600t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%（以上均为质量分数）。
1.塔顶压强 4kpa（表压）；
2.进料热状况自选；
3.回流比自选；
4.塔底加热蒸汽压力 0.5mpa(表压)；
5.单板压降不大于0.7kpa；
筛板或浮阀塔板（f1型）。
每年300天，每天24小时连续运行。
厂址为天津地区。
六．设计内容
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.绘制生产工艺流程图；
10.绘制精馏塔设计条件图；
11.绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）；
12.对设计过程的评述和有关问题的讨论。
苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据。
其他物性数据可查有关手册。
设计方案。一．设计方案的思考。
通体由不锈钢制造，塔节规格φ25～100mm、高度0.5～1.5m，每段塔节可设置1～2个进料口/测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。
整个精馏塔包括：塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。塔压降由变送器测量，塔釜上升蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制，塔压可采用稳压阀控制，并可装载自动安全阀。
为使塔身保持绝热操作，采用现代化仪表控制温度条件，并可在室温～300℃范围内任意设定。同时，为了满足用户的科研需要，每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均可以数字显示。
二．设计方案的特点。
浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，，而且更可靠。浮阀塔更适合塔径不很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。
原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。
本设计任务为分离苯-氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。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入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
一）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率。
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11 kg/kmol和112.61kg/kmol。
二）平均摩尔质量。
mf ＝78.11×0.702＋(1－0.702)×112.61＝88.39kg/kmol
三）料液及塔顶底产品的摩尔流率。
依题给条件：氯苯的产量是3t/h,总物料衡算： f′＝d′＋w′
氯苯物料衡算0.38f′＝0.02d′＋0.998w＇
f′＝8150kg/hf＝8150/88.39＝92.21kmol/h
d′＝5150kg/hd＝5150/78.59＝65.53kmol/h
w′＝3000kg/hw＝3000/112.5＝26.68kmol/h
一）理论塔板数的求取。
苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级**法（m·t法）求取，步骤如下：
1.：平均相对挥发度α的求取。
依据已经算出的相对挥发度α，假设一系列的x值，用平衡方程算出对应的y值，见下表。
可在x～y坐标图上绘制出平衡线与对角线。
图3-1 苯—氯苯混合液的x—y图。
在图上，因泡点进料，查得yg=0.912，而，。故有：
最小回流比rmin=﹙xd-yg﹚／﹙yg-xg﹚=0.352
考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍，即：r=2rmin =0.704
求精馏塔的汽、液相负荷。
l=rd=0.704×65.53=46.13kmol/h
v=(r+1)d=(0.704+1)×65.53=111.66kmol/h
l′=l+f=46.13+92.21=138.34kmol/h
v′=v=111.66kmol/h
3.求理论塔板数。
精馏段操作线：y=l·x／v +d·xd／v=46.13x／116.66+65.33×0.986／111.66=0.413x+0.579
提馏段操作线：
提馏段操作线为过和两点的直线。
图3-2 苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的**。
**得块（不含釜）。其中，精馏段块，提馏段块，第4块为加料板位置。
二）实际塔板数。
1.全塔效率。
选用公式计算。该式适用于液相粘度为0.07～1.4mpa·s的烃类物系，式中的为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
塔的平均温度为0.5×(80+131.8)=106℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录11得：，。
2.实际塔板数（近似取两段效率相同）
精馏段：块，取块。
提馏段：块，取块。
总塔板数块。
一）平均压强。
取每层塔板压降为0.7kpa计算。
塔顶： 加料板：
平均压强。二）平均温度。
依据操作压力，由泡点方程通过试差法，计算出泡点温度，其中苯、氯苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算结果如下：
塔顶温度80℃
加料板88℃。
三）平均分子量。
塔顶： ，查相平衡图）
加料板：，（查相平衡图）
精馏段： 四）平均密度。
1.液相平均密度。
表4-1 组分的液相密度（kg/m3）
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算。
苯 : 氯苯 :
式中的t为温度，℃
塔顶： 进料板：
精馏段： 2.气相平均密度。
五）液体的平均表面张力。
附表4-2 组分的表面张力（mn/m）
双组分混合液体的表面张力可按下式计算：
为a、b组分的摩尔分率）
计算得，塔顶：；（80℃）
进料板：；（88℃）
精馏段： 六）液体的平均粘度。
塔顶：查化工原理附录11，在80℃下有：
加料板： 精馏段：
汽相摩尔流率。
汽相体积流量。
汽相体积流量。
液相回流摩尔流率。
液相体积流量。
液相体积流量。
一）塔径。1.初选塔板间距及板上液层高度，则：
2.按smith法求取允许的空塔气速（即泛点气速）
查smith通用关联图得。
负荷因子。泛点气速：
m/s3.取安全系数为0.7，则空塔气速为。
4.精馏段的塔径。
圆整取，此时的操作气速。
5.精馏塔有效高度的计算。
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