1.4设计方案的确定及工艺流程的说明
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（q=1），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。 1.5符号说明：
22
Aa——塔板开孔区面积，m g——重力加速度，9.8m/s
2
Af——降液管截面积，m h——填料层分段高度，m
2
A0——阀孔总面积，m h1——进口堰与降液管间的水平距离，m
2
At——塔截面积，m hc——与干板压降相当的液柱高度，m液柱 c0——流量系数，无因次 hd——与液体流过降液管的压降相当的液C——计算umax时的负荷系数，m/s 柱高度，m d ——填料直径，m hf——塔板上鼓泡层高度，m d0——筛孔直径，m hl——与板上液层阻力相当的液柱高度，mD ——塔径，m 液柱
2
DL——液体扩散系数，m/s hL——板上清液层高度，m
2
DV——气体扩散系数，m/s hmax——允许的最大填料层高度，m ev——液沫夹带量，kg(液)/kg(气) h0——降液管的低隙高度，m E——液流收缩系数，无因次 hOW——堰上液层高度，m ET——总板效率，无因次 hW——出口堰高度，m
1/21/2
F——气相动能因子，kg/(s.m) h’W——进口堰高度，m F0——阀孔气相动能因子， hδ——与克服表面张力的压降相当的液柱
6
高度，m液柱
H——板式塔高度，m HB——塔底空间高度，m
Hd——降液管内清液层高度，m HD——塔顶空间高度，m HF——进料板处塔板间距，m HOG——气相总传质单元高度，m HP——人孔处塔板间距，m HT——塔板间距，m H1——封头高度， H2——裙座高度， lW——堰长，m
L3
h——液体体积流量，m/h
L3
s——液体体积流量，m/h
L——润湿速率，m3
w/（m?h） m——相平衡常数，无因次 n——阀孔数目 NT——理论板层数 P——操作压力，Pa △P——压力降，Pa
△PP——气体通过每层筛板的压降， Pa
r——鼓泡区半径，m u——空塔气速，m/s uF——泛点气速，m/s
u0——气体通过阀孔的速度，m/s u0，min——漏液点气速，m/s
u’0——液体通过降液管底隙的速度，m/s
V3
h——气体体积流量，m/h
V——气体体积流量，m3
s/h wL——液体质量流量，㎏/h wV——气体质量流量，㎏/h Wc——边缘无效区宽度，m Wd——弓形降液管宽度，m x——液相摩尔分数 X——液相摩尔比 y——气相摩尔分数 Y——气体摩尔比 Z——填料层高度 ，m β——充气系数，无因次 ε——空隙率，无因次
θ——液体在降液管内停留时间 s
μ——粘度，Pa?s
ρ——密度，kg/m3
ζ——表面张力，N/m
φ——开孔率或孔流系数，无因次 Φ——填料因子，l/m
ψ——液体密度校正系数，无因次 下标
max——最大的 min——最小的 L——液
7
二、塔的工艺计算 2.1物料衡算
2.1.1全塔的物料衡算
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。
x48/78.11F?48/78.11?52/112.61?0.571
x?99/78.11D99/78.11?1/112.61?0.993
x?2/78.11W2/78.11?99/112.61?0.028
2.1.2 平均摩尔质量
MF ＝78.11×0.571＋(1－0.571)?112.61＝92.91kg/kmol MD?78.11?0.993??1?0.993??112.61?78.35kg/kmol
MW?78.11?0.028??1?0.028??112.61?111.65kg/kmol
2.1.3 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
W,?70000000kg/(300?24h)?9722.22kg/h,全塔物料衡算：
釜液处理量 W?9722.22111.65?87.08kmol/h
总物料衡算 F?D?W
苯物料衡算 0.571F?0.993D?0.028W 联立解得 D ? 112.05kmol/h F ? 199.13 kmol/h
24
小时计，有： 8
2.2理论塔板数NT的求取
2.2.1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/℃ 80 760 148 1 1 90 1025 205 100 1350 293 110 1760 400 120 2250 543 130 2840 719 140 2900 760 0 0 pi? 两相摩尔分率 苯 氯苯 x y 0.677 0.442 0.265 0.127 0.019 0.913 0.785 0.614 0.376 0.071 相对挥发度
PAo??oPB 5.135135 5 4.607509 4.4 4.143646 3.94993 3.815789 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。 平均相对挥发度??4.436，则，汽液平衡方程为：
y??x4.436x?
1?(??1)x1?3.436x2.2.2 确定操作的回流比R
将表3-1中数据作图得x~y曲线。
9
10.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.10.20.30.40.5x0.60.70.80.91y=xf(x)y
图3-1 苯—氯苯混合液的x—y图
在x~y图上，因q?1，查得ye?0.842，而xe?xF?0.571，xD?0.993。故有：
Rm?xD?ye0.993?0.842??0.557
ye?xe0.842?0.571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?2Rm?2?0.557?1.114
2.2.3求精馏塔的汽、液相负荷
L?RD?1.114?112.05?124.82kmol/h
V?(R?1)D?(1.114?1)?112.05?236.87 kmol/hL，?L?F?124.82?199.13?323.95 kmol/h V，?V?236.87 kmol/h
精馏段操作线：y?
Rxx?D?0.527x?0.470 R?1R?1 10