摘 要
化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。
本设计书对苯和氯苯的分离设备─浮阀精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：工艺计算，辅助设备计算等。
采用浮阀精馏塔，塔高14.23米，塔径1.0米，计算理论板数为8.5。算得全塔效率为0.52。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为6，提馏段实际板数为11。通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。对塔的流体力学进行验证后，符合浮阀塔的操作性能。经过对塔设备的强度计算，壁厚8mm，满足设计要求。
关键词：分离 提纯或回收 苯__氯苯 精馏 浮阀塔 设备结构
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一．苯-氯苯分离过程浮阀板式精馏塔设计任务
1.1设计题目
设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯15000t，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%）。 1.2操作条件
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； 1.3塔板类型
浮阀塔板（F1型）。 1.4工作日
每年300天，每天24小时连续运行。 1.5厂址
厂址为天津地区。 1.6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；
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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。 1.7设计基础数据
苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据
温度，（℃） 80 90 100 110 120 130 131.8 p?i×苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 0.133-1k氯苯 148 205 293 400 543 719 760 Pa 其他物性数据可查有关手册。
二、工艺流程草图及说明
2.1.1 工艺草图 2.1 工艺流程草图
图 2-1 工艺流程简图
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2.2 工艺流程说明
一整套精馏装置应该包括精馏塔、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，连续地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。塔釜采用再沸器加热。塔底产品经冷却后送入贮槽。
三、精馏塔工艺的设计及计算
3.1 塔的物料衡算：
3.1.1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。
62/78.11?0.702
62/78.11?38/112.6198/78.11xD??0.986
98/78.11?2/112.610.2/78.11xW??0.00288
0.2/78.11?99.8/112.613.1.2平均摩尔质量
xF?MF ＝78.11×0.702＋(1－0.702)×112.61＝88.39kg/kmol
MD?78.11?0.986??1?0.986??112.61?78.59kg/kmol
??112.61?112.5kg/kmol MW?78.11?0.00288??1?0.002883.1.3料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率
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依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，有：全塔物料衡算：
F′＝D′＋W′
0.38F′＝0.02D′＋0.998W′
F′＝5659.6kg/h F＝5659.6/88.39＝64.03kmol/h
，
? D′＝3576.3kg/h D＝3576.3/78.59＝45.51kmol/h
W′＝2083.3kg/h W＝2083.3/112.5＝18.52kmol/h
3.2 塔板数的确定： 3.2.1理论塔板数NT的求取
苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M·T法）求取NT，步骤如下： 1.根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取x~y
???依据x?pt?pB/p?A?pB，y?pAx/pt，将所得计算结果列表如下：
???? 表3-1 相关数据计算 温度，（℃） 80 90 1025 205 100 1350 293 110 1760 400 120 2250 543 130 2840 719 131.8 2900 760 0 0 苯 760 氯苯 两相摩尔分率 y 1 x 148 1 0.677 0.442 0.265 0.127 0.019 0.913 0.785 0.614 0.376 0.071 本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对x~y平衡关系的影响完全可以忽略。 2确定操作的回流比R
将表3-1中数据作图得x~y曲线。
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