化工原理课程设计

精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程时应考虑余热的利用，注意节能。

苯—氯苯混合液（原料）经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续的从再沸器取出部分液体气化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。

塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。

二）流程图。

如右图所示：

操作压力：精馏操作可在常压、减压和加压下进行。塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，本设计中已制定为塔顶压力为4kpa。

进料热状态：进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示。本设计中已制定为气液混合进料：液：气1：2。

加热方式：蒸馏一般采用间接蒸汽加热，设置再沸器，但也可采用直接蒸汽加热。但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需在提留段增加塔板以达到生产要求。

回流比的选择：对于一定的生产能力，即馏出量d一定时，v的大小取决于回流比。一般取操作回流比为最小回流比的1.1～2倍，即＝。

已知参数：苯、甲苯混合液处理量，f＝5000kg/h；；；回流比r（自选）；进料热状况，；塔顶压强，；单板压降不大于。由《化学化工物性数据手册》p174可知：

表1 苯和氯苯的物理性质。

由《石油化工基础数据手册》p457及内插计算可知：

表2 苯和氯苯的饱和蒸汽压。

由《化学化工物性数据手册》p305可知：

表3 液体的表面张力。

由《化学化工物性数据手册》p299、p300可知：

表4 苯与氯苯的液相密度。

由《化学化工物性数据手册》p303、p304可知：

表5 液体粘度。

1）料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率。

2）平均分子量。

总物料衡算1）

易挥发组分物料衡算2）

联立上式（1）、（2）解得。

则。塔板数的计算。

在本设计中，因苯—氯苯属于理想物系，可用**法计算理论板数。其计算方法如下：

1）根据苯－氯苯的气液平衡数据作x-y图及t -x-y图（如上一页所示）。通过气液平衡关系计算，计算结果列于上表2，通过表在t -x-y图直角坐标系中做出平衡曲线和对角线，并标出c点（、）e点（、）a点（、）三点；

2）求最小回流比及操作回流比。因气液混合进料（液：气1：

2）即，所以其q线方程为：，在x-y图中对角线上自点e作出进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为（），此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。依最小回流比计算式：

取操作回流比：

精馏段操作线方程：

其截距为0.485即点，连接点和点可以作出精馏段操作线方程，与q线交于点，连接点、点可作出提馏段操作线方程。

按照常规的**法作梯级可得：层（不包括再沸器），其中精馏段理论板数为3层，提馏段为4层（不包括再沸器），第4层为加料板图如上一页所示。

2. 全塔效率。

依式：，根据塔顶、塔底液相组成查t -x-y图，求得塔平均温度为：℃，温度下进料液相平均粘度为：

其中：104.9℃下的。

则。3. 实际塔板数。

精馏段：提馏段：

故实际塔板数：（层）

1. 操作压强。

塔顶压强，取每层板的压降为0.7kpa，则进料板的压强为：，塔底压强为：，故精馏段平均操作压强为：，提馏段平均操作压强为：

2. 温度。

根据操作压强，由下式试差计算操作温度：，经试差得到塔顶：，进料板温度，塔底：，则精馏段的平均温度：，提馏段的平均温度：。

3. 平均分子量。

塔顶：，进料板：，

塔底： ,则精馏段平均分子量：

提精馏段平均分子量：

4. 平均密度。

1）液相密度。

根据主要基础数据表4，由内插法得：塔顶：，，塔底：，，由（为质量分率）

故塔顶：，即；

塔底：，即；

进料板，由加料板液相组成。

故。故精馏段平均液相密度：

提馏段平均液相密度：

2）气相密度。

5. 液体表面张力。

根据主要基础数据表3，由内插法得：,，

则精馏段平均表面张力：

提馏段平均表面张力：

6. 液体粘度。

根据主要基础数据表3，由内插法得：,，

故精馏段平均液相粘度。

提馏段平均液相粘度。

精馏段：提馏段：

1. 塔径。

塔板间距ht的选定很重要，可参照下表所示经验关系选取。

表6 板间距与塔径关系。

根据上表，初选板间距，取板上液层高度，故；精馏段：

查《化工原理》--天津出版社（下册）图3—5史密斯关联图，可得。

依式。校正物系表面张力为时。

可取安全系数为0.7（安全系数0.6—0.8），则。

故。按标准，塔径圆整为1.2m,则空塔气速0.743m/s。

提馏段：查《化工原理》--天津出版社（下册）图3—5史密斯关联图，可得；依式。

校正物系表面张力为时。

可取安全系数为0.7（安全系数0.6—0.8），则。

故。按标准，塔径圆整为1.2m,则空塔气速0.434m/s。

2. 溢流装置。

选用单溢流、弓形降液管、平行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。各项计算如下：

1)溢流堰长：单溢流取（0.6-0.8）d，取堰长为0.65d，即。

2)出口堰高：

由，精馏段：；

提馏段：查《化工原理》--天津出版社（下册）图3—8液流收缩系数计算可知：ｅ为1.025,由得，精馏段：

故；查《化工原理》--天津出版社（下册）图3—8液流收缩系数计算可知：ｅ为1.03,因此可得，提馏段：

故。3)降液管的宽度与降液管的面积：

由查（《化工原理》：图3—10弓形降液管的宽度与面积）得：，

故，，利用式计算液体在降液管中停留时间以检验降液管面积，即。

s（＞5s，符合要求）

4)降液管底隙高度：取液体通过降液管底隙的流速。

则降液管底隙高度为：精馏段。

提馏段。3. 塔板布置。

1)取边缘区宽度，安定区宽度。

2)由式：计算开空区面积，其中：

；所以。因此塔板布置图如下页所示。

4. 筛孔数与开孔率：

精馏段：取筛空的孔径为，正三角形排列，一般碳钢的板厚为，取，故孔中心距。

筛孔数孔，在图1中排4098孔，与理论相差1孔，其开孔率（在5％—15％范围内），则每层板上的开孔面积为，气体通过筛孔的气速为：

提馏段：取筛空的孔径为，正三角形排列，一般碳钢的板厚为，取，故孔中心距。

筛孔数孔，在图2中排得2262孔，与理论相差25孔，因此每层板上的开孔面积为，气体通过筛孔的气速为：

5.塔的精馏段有效高度。

精馏段：提馏段：

1. 气体通过筛板压降相当的液柱高度。

1)干板压降相当的液柱高度：依，查《干筛孔的流量系数》图得，由式。

2)气体穿过板上液层压降相当的液柱高度：

精馏段，由与关联图查得板上液层充气系数＝0.63，所以。

提馏段，由与关联图查得板上液层充气系数＝0.68，所以。

3)克服液体表面张力压降相当的液柱高度：

精馏段，故。

则单板压强：

提馏段，故。

则单板压强：

2. 雾沫夹带量的验算。

精馏段：提馏段：

故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。

3. 漏液的验算。

精馏段：筛板的稳定性系数，故在设计负荷下不会产生过量漏液。

提馏段：筛板的稳定性系数，故在设计负荷下不会产生过量漏液。

4. 液泛验算。

为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度由计算，而精馏段：

所以取。则故在设计负荷下不会发生液泛。

提馏段：所以取，则故在设计负荷下不会发生液泛。

根据以上塔板的各项液体力学验算，可认为精馏段塔径及各项工艺尺寸是适合的。

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