化工原理课程设计

设计题目：苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设计学生姓名：马中强。

指导教师：刘成佐。

学院：化学生物与材料科学学院。

学号：201120100206

专业班级：1121002

完成时间：2014.5.31

一、设计任务书1

二、设计方案的确定及流程说明1

三、塔的工艺计算2

四、、精馏塔的物料衡算4

五、塔板数的确定5

六、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算… …7

七、精馏塔的塔体的工艺尺寸计算12

八、塔板主要工艺尺寸的计算13

九、筛板的流体力学验算16

十、板负荷性能图18

十。一、附属设备及主要附件的选型和计算22

十。二、设计结果列表24

十。三、设计结果与讨论和说明25

十。四、参考文献25

1、设计说明。

试设计一座苯-氯苯分离过程筛板式精馏塔设，要求年产纯度为98%的氯苯10000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) 塔顶压强：

2)进料热状况：泡点蒸汽进料。

3)回流比：

4)单板压降不大于、

5)全塔效率。

筛板塔。每年320天，每天24小时连续运行。

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。

苯—氯苯混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，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作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。

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作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽。塔釜采用间接蒸汽和再沸器。

高径比很大的设备称为塔器。用于蒸馏（精馏）和吸收的塔器分别称为蒸馏塔和吸收塔。塔器在石化工艺过程中的作用主要是分馏、吸收、汽提、萃取、洗涤、**、再生、脱水及气体净化和冷却等。

常用的有板式塔和填料塔，国外塔器主要是在塔盘和填料技术上不断改进。我国近20年开发了许多性能优良的板式塔和填料塔，已在石化、炼油装置中得到了广泛应用，性能处于国际先进水平。其中具有代表性的主要有适宜于处理高液体通量的dt塔盘、适宜于处理高气体通量的旋流塔盘、具有高操作弹性及高效率的立体传质塔盘以及筛板一填料复合塔等。

为洛阳和大庆500万吨／年的润滑油型炼油厂分别配置的大型板式塔型和大型填料塔型的减压塔直径达~p8400mm，由国内研制的‘p10000mm大型精馏塔即将投入使用。根据塔内气、液接触构件的结构形式，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔大致可分为两类：

一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、s型、多降液管塔板等；另一类是无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如筛板、浮阀、泡罩塔板等。

已知参数：苯、氯苯混合液处理量，；回流比r（自选）；进料热状况：泡点进料；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。

苯的摩尔质量

氯苯的摩尔质量

塔釜产品：

总物料衡算：

氯苯物料衡算：

解得：苯—氯苯为理想物系，可采用**法求理论板层数。

由任务书给定的苯、氯苯组分的饱和蒸气压数据，可得苯—氯苯物系的气液平衡数据，如下表所示：

表6 相关数据计算。

根据气液平衡数据，可绘出x—y图，如下图（1）

图1苯—氯苯的平衡曲线。

根据平衡曲线图，可求出理论板数：

图2 **法求理论板数。

求最小回流比及操作回流比。

采用作图法求最小回流比。在图1中对角线上，自点e(0.702,0.702)作垂线（q线），该线与平衡线的交点坐标为：

故最小回流比为。

取操作回流比为。

求精馏塔的气、液负荷。

求操作线方程。

精馏段操作线方程为。

提馏段操作线方程为。

**法求理论板层数。

采用**法求理论板层数，如图1—2所示。求解结果为。

总理论板层数=11(包括再沸器)

进料板位置4

精馏段实际板层数

提馏段实际板层数

塔顶操作压力：

每层塔板压降：

进料板压力：

精馏段平均压力：

塔底操作压力：

提馏段平均压力：

根据苯—氯苯在不同温度下的饱和蒸汽压数据，可知在不同温度下的气液平衡数据，可绘得苯—氯苯的t—x—y图，见下图。

图3苯-氯苯的气液平衡相图。

由图可知：塔顶因是泡点温度：

进料板温度：

塔底温度：

精馏段平均温度：

提馏段平均温度：

塔顶平均摩尔质量计算。

查平衡曲线（见图1），得。

进料板平均摩尔质量计算。

查=0.678 =0.912

塔底平均摩尔质量计算。

精馏段平均摩尔质量。

提馏段平均摩尔质量。

由理想气体状态方程计算，则。

精馏段：提馏段：

液相平均密度依下式计算。

塔顶液相平均密度的计算。

由查手册得。

进料板液相平均密度的计算。

进料板液相质量分率。

精馏段液相平均密度为。

提馏段液相平均密度。

液体平均表面张力依下式计算。

塔顶液相平均表面张力的计算

由查手册得。

进料板液相平均表面张力的计算。

由。查手册得。

则精馏段平均表面张力：

液体平均黏度依下式计算。

塔顶液相平均粘度的计算：

查手册得。进料板液相平均粘度的计算。

由。查手册得。

解出。精馏段的汽、液相体积流率为。

由。式中c由计算，其中的c20由附图1师史密斯关联图查取。图的横坐标为。

板间距与塔径关系表5-5

根据上表，取板间距ht=0.4m,板上液层高度，则。

查附图1—1得

取安全系数为0.7，则空塔气速为。

按标准塔径园整后为

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