课 程 设 计 说 明 书
目 录
一、苯-氯苯分离过程板式精馏塔的设计任务书..................................................................... - 1 -
1.1设计题目 ........................................................................................................................ - 1 - 1.2操作条件 ........................................................................................................................ - 1 - 1.3塔设备型式 .................................................................................................................... - 1 - 1.4设备工作日 .................................................................................................................... - 1 - 1.5厂址 ................................................................................................................................ - 1 - 1.6主要设计内容 ................................................................................................................ - 1 - 1.7 基础数据 ....................................................................................................................... - 2 - 二、产品与设计方案简介 .......................................................................................................... - 3 -
1.产品性质、质量指标 ....................................................................................................... - 3 - 2.设计方案简介 ................................................................................................................... - 4 - 三、工艺计算及主体设备设计 .................................................................................................. - 4 -
1.精馏塔的物料衡算 ........................................................................................................... - 4 -
1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ................................................................ - 4 - 1.3物料衡算 ................................................................................................................ - 5 - 2.塔板数的确定 ................................................................................................................... - 5 -
2.1理论塔板层数NT的确定 .................................................................................... - 5 - 3.实际塔板数Np ............................................................................................................... - 7 - 3.1全塔效率 ................................................................................................................ - 7 -
3.2精馏段实际板层数 ................................................................................................ - 8 - 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ................................................................... - 8 -
4.1操作压力的计算 .................................................................................................... - 8 - 4.2操作温度的计算 .................................................................................................... - 8 - 4.3平均摩尔质量计算 .............................................................................................. - 10 - 4.4平均密度计算 ...................................................................................................... - 10 - 4.5液相平均表面张力 .............................................................................................. - 11 - 4.6液相平均粘度计算 .............................................................................................. - 12 -
四、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ............................................................................................ - 13 -
1.塔径的计算 ..................................................................................................................... - 13 -
1.1精馏段的气、液相体积流率 .............................................................................. - 13 - 1.2提馏段的气、液相体积流率 .............................................................................. - 14 - 2.塔高的计算 ..................................................................................................................... - 15 -
2.1精馏塔有效高度的计算 ...................................................................................... - 15 - 2.2全塔实际高度 ...................................................................................................... - 15 -
五、塔板工艺结构尺寸的设计与计算 .................................................................................... - 15 -
1.溢流装置 ......................................................................................................................... - 16 -
1.1溢流堰长（出口堰长）lw ................................................................................. - 16 - 1.2溢流堰高度hw?hL?how ................................................................................. - 16 -
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1.3降液管的宽度Wd和降液管的面积Af ............................................................. - 16 - 1.4液体在降液管内的停留时间 .............................................................................. - 16 - 1.5降液管的底隙高度ho ......................................................................................... - 16 - 2.塔板布置 ......................................................................................................................... - 17 -
2.1塔板的分块 .......................................................................................................... - 17 -
2.2边缘区宽度Wc与安定区宽度Ws ...................................................................... - 17 - 2.3开孔区面积Aa .................................................................................................... - 17 - 3.开孔数n和开孔率? ..................................................................................................... - 17 - 六．塔板上的流体力学验算 .................................................................................................... - 18 - 1.塔板压降 ......................................................................................................................... - 18 -
1.2气体通过板上液层的压降hl ............................................................................. - 18 - 1.3气体克服液体表面张力产生的压降hσ ............................................................. - 19 - 1.4气体通过每层筛板的压降（单板压降）hp和Δpp ........................................ - 19 - 2.液沫夹带量ev的验算 .................................................................................................... - 19 - 3.漏液的验算 ..................................................................................................................... - 19 - 4.液泛的验算 ..................................................................................................................... - 20 - 七、塔板负荷性能图 ................................................................................................................ - 21 -
1.漏液线（气相负荷下限线） ......................................................................................... - 21 - 2.液沫夹带线 ..................................................................................................................... - 21 - 3.液相负荷下限线 ............................................................................................................. - 23 - 4.液相负荷上限线 ............................................................................................................. - 23 - 5.液泛线 ............................................................................................................................. - 23 - 八、精馏塔接管尺寸计算 ........................................................................................................ - 26 -
1.塔顶蒸汽出口管 ............................................................................................................. - 26 - 2.塔顶回流液管 ................................................................................................................. - 26 - 3.进料管 ............................................................................................................................. - 27 - 4.塔釜出料管 ..................................................................................................................... - 27 - 5.加热蒸气进口管 ............................................................................................................. - 27 - 九、产品冷却器选型 ................................................................................................................ - 28 - 十、筛板塔设计计算结果一览表 ............................................................................................ - 30 - 十一、评述................................................................................................................................ - 31 - 十二、附录................................................................................................................................ - 33 -
参考文献 ............................................................................................................................ - 33 - 主要符号说明 .................................................................................................................... - 33 -
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一、苯-氯苯分离过程板式精馏塔的设计任务书
1.1设计题目
要求：设计一座苯－氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯17280吨/年，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）。其他条件见下面1.2至1.5。主要设计内容见下面1.6。
1.2操作条件
1塔顶压力 4kPa（表压） 2进料热状态 泡点进料 3回流比 R=1.8Rmin
4塔釜加热蒸汽压强 0.5Mpa（表压） 5单板压降 ≦0.7kPa
6冷却水进口温度30℃，出口温度 自选
1.3塔设备型式
塔设备型式为筛板式塔
1.4设备工作日
每年300天，每天24小时连续运行。
1.5厂址
选在天津地区
1.6主要设计内容
1设计方案的确定及流程说明 2精馏塔的物料衡算 3精馏塔塔板数确定
4精馏塔工艺条件及有关物性数据计算
5精馏塔主要工艺尺寸（塔高、塔径及塔板结构尺寸）计算 6塔板主要工艺尺寸的计算 7精馏塔塔板的流体力学验算 8精馏塔塔板的负荷性能图 9精馏塔接管尺寸计算 10精馏塔辅助设备选型与计算 11设计结果概要或设计一览表
12带控制点的生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图 13设计总结和评述
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1.7 基础数据
表1 苯和氯苯的物理性质
项目 苯 （A） 氯苯（B） 分子式 C6H6 C6H5 Cl 相对分子质量 78．11 112.5
表2 苯－氯苯的气液相平衡数据
沸点温度 t ℃ 80.02 90 100 110
表3 苯－氯苯的组成饱和蒸气压
温度℃ 80 90 100 110 120 130 131.8 液相1 0.69 0.447 0.267 苯的组成 xA沸点 80．1 131.8 临界温度/。c 288．5 359.2 临界压力/kpa 6833．4 4520 沸点温度 yA苯的组成 液相xA 气相1 t ℃ 120 130 131.8 气相yA 0.129 0.0195 0 0.378 0.0723 0 0.916 0.785 0.61 pmmhg苯 i0760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 p0immhg氯苯 148 205 293
400 543 719 760
表4 苯－氯苯的液相密度?
温度℃
80 90 - 2 -
100 110 120 130