化工原理课程设计

衢州学院。

课题名称分离苯氯苯混合液的浮阀塔设计。

班级 12化工本2班

姓名。指导教师姚方。

时间。衢州学院。

一．设计课题。

苯－氯苯双组分混合液连续精馏。

二．设计原始数据：

1. 原料液处理量： 50000 吨/年。

2. 原料液含苯40 ％（质量分率）

3. 塔釜馏出液中含苯≥ 99 ％（质量分率）

4. 塔顶馏出液中含苯≤ 1.5 ％（质量分率）

三．传质设备型式：板式塔或填料塔。

四．厂址：自选。

五．设计要求：

1. 设计工艺方案的选定及论证。

2. 精馏装置的物料衡算。

3. 精馏装置的能量衡算。

4. 塔结构主要工艺尺寸的设计。

5. 附属设备的选型设计及主要管线计算。

6. 编写设计说明书和设计计算书。

7. 绘制带控制点的工艺流程图、塔板板面结构布置简图。

六．设计时间：2023年1月19日～2023年1月31日。

七．指导教师：姚方。

八．设计者姓名班级。

衢州学院。九．设计课题。

苯－氯苯双组分混合液连续精馏。

一十．设计原始数据：

5. 原料液处理量： 50000 吨/年。

6. 原料液含苯40 ％（质量分率）

7. 塔釜馏出液中含苯≥ 99 ％（质量分率）

8. 塔顶馏出液中含苯≤ 1.5 ％（质量分率）

一十一．传质设备型式：板式塔或填料塔。

一十二．厂址：自选。

一十三．设计要求：

8. 设计工艺方案的选定及论证。

9. 精馏装置的物料衡算。

10. 精馏装置的能量衡算。

11. 塔结构主要工艺尺寸的设计。

12. 附属设备的选型设计及主要管线计算。

13. 编写设计说明书和设计计算书。

14. 绘制带控制点的工艺流程图、塔板板面结构布置简图。

一十四．设计时间：2023年1月19日～2023年1月31日。

一十五．指导教师：姚方。

一十六．设计者姓名班级

二．原料及产品物性参数。

1.组分的饱和蒸汽压（mmhg）

2.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，℃。

3.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）

4.氯苯的汽化潜热。

常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kj/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：

氯苯的临界温度：）

三．精馏方案的说明论证。

1.精馏方案选定。

1.1蒸馏方式的选定。

当混合物各组分的挥发度相差不大，而又有较高的分离要求时，宜采用精馏。

本次方案要求设计苯-氯苯双组份溶液分离连续操作。苯-氯苯两组分挥发度相差较大，但本工艺有很高的组分分离要求，故必须连续精馏。

1.2操作压力的选定。

本方案中两组分苯沸点为80.10℃（101.33kpa），氯苯沸点为131.

8℃（101.33kpa）。通常，对常压下沸点在室温至150℃左右混合液，宜采用常压精馏。

且常压下对设备要求较低，便于维护，经济。

1.3塔型的选定。

塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其优点是操作弹性较大，液气比范围较大，不易堵塞；但其生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。

筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底，有生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高等优点。

而且浮阀塔应用广泛，其本身构造特点会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到，而且更可靠。因此，本次设计方案选用浮阀式板式精馏塔。

1.4加料方式的确定。

设计中考虑到实际生产中，可能发生泵故障，停电等突发事故，故采用将原料通过原料输送泵送至高位槽，在加入到精馏塔中能有在上述事故出现，保证精馏塔一段时间内进料仍保持稳定，也能保证正常单元操作原料进料流量的稳定。（即平稳操作）

加料方式流程：原料储槽→原料输送泵→高位槽→精馏塔。

1.5进料状态的确定。

由精馏方案两条主要原则：1.考虑经济合理性，2.考虑工艺要求和平稳操作问题。

已知在冷料进料时，塔板数量接近理论板层数，塔板费用较低，即但对反应设备再沸器和冷凝器热负荷有很高要求，其费用显著升高，使得总费用较高。而总费用呈倒抛物型，因而选择在泡点进料，即q=1，此时塔板费用和再沸器，冷凝器费用均较低。并且将冷料预热至泡点温度再送入塔内，则不仅可以避免季节气温变化的影响，使塔较易控制，而且也为精馏、提馏两段采用相同塔径提供方便。

2.流程简述。

精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等，为保持塔的操作稳定性，流程中用泵将原料从储槽送至高位槽，苯、氯苯混合原料液从高位槽经位差经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。

表苯-氯苯的相平衡数据。

四。全塔的物料衡算。

f：原料液流量 (kmol/h原料组成(kmol%)

d：塔顶产品流量(kmol/h塔顶组成(kmol%)

w：塔底残液流量(kmol/h塔底组成(kmol%)

料液及塔顶、塔底产品含苯的摩尔分数计算。

苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78g/mol和112.5g/mol。

平均摩尔质量。

料液及塔顶底产品的摩尔流率。

依题给条件：一年以300天。一天以24小时计，有。

常压下苯-氯苯气、液平衡组成与温度关系。

1）温度。

精馏段平均温度。

提馏段平均温度。

2）密度。

已知：混合液密度：（a为质量分率，为平均相对分子质量），不同温度下苯和氯苯密度见表。

混合液密度：

2.1精馏段：

液相组成：

气相组成：

所以 2.2提馏段：

液相组成：

气相组成：

所以求得在和温度下苯和氯苯的密度。

同理可得：在精馏段，液相密度：

气相密度：在提馏段，液相密度：

气相密度：3）混合液体表面张力。

不同温度下苯和氯苯的表面张力见下表。

精馏段℃苯的表面张力：

氯苯的表面张力；

提馏段℃

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