苯-氯苯板式精馏塔的工
艺设计
学 校 专 业 姓 名 学 号
- 1 -
目 录
一、苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书———————3
（一）设计题目———————————————————————————3 （二）操作条件———————————————————————————3 （三）设计内容———————————————————————————3 （四）基础数据———————————————————————————3
二、苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）——4
（一）设计方案的确定及工艺流程的说明————————————————4 （二）全塔的物料衡算————————————————————————5 （三）塔板数的确定—————————————————————————5 （四）塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算——————————10 （五）精馏段的汽液负荷计算—————————————————————12 （六）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算————————————————12 （七）塔板上的流体力学验算—————————————————————15 （八）塔板负荷性能图————————————————————————16 （九）精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算———————————————19
三、塔的提馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算——20
（一）提馏段的物性及状态参数————————————————————20 （二）提馏段的汽液负荷计算—————————————————————22 （三）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算————————————————23 （四）塔板上的流体力学验算—————————————————————25 （五）塔板负荷性能图————————————————————————27
四、精馏塔的设计计算结果汇总一览表————————30
- 2 -
一、苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书
（一）设计题目
设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.2%的氯苯51000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%），料液温度为50℃ （二）操作条件
1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况：泡点进料； 3.回流比：R=1.8Rmin； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa；
6.年工作日330天，每天24小时连续运行。 （三）设计内容
1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算；
3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算； 4.塔内流体力学性能的设计计算； 5.塔板负荷性能图的绘制； 6.塔的工艺计算结果汇总一览表； 7.辅助设备的选型与计算；
8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 （四）基础数据
1.组分的饱和蒸汽压pi?（mmHg）
温度，（℃） 80 760 148 3
90 1025 205 100 1350 293 110 1760 400 120 2250 543 130 2840 719 131.8 2900 760 p?i 苯 氯苯 2.组分的液相密度ρ（kg/m）
温度，（℃） 80 817 1039 90 805 1028 100 793 1018 110 782 1008 120 770 997 130 757 985 ρ 苯 氯苯 - 3 -
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算
苯 ρA?912?1.187t 推荐：ρA?912.13?1.1886t 氯苯 ρB?1127?1.111t 推荐：ρB?1124.4?1.0657t 式中的t为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m）
温度，（℃） 80 21.2 26.1 85 20.6 25.7 110 17.3 22.7 115 16.8 22.2 120 16.3 21.6 131 15.3 20.4 σ 苯 氯苯 双组分混合液体的表面张力σm可按下式计算：
σm?σAσB（xA、xB为A、B组分的摩尔分率）
σAxB?σBxA4.氯苯的汽化潜热
常压沸点下的汽化潜热为35.3×10kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示：
3
r2r0.381?tc?t2????t?t???c1?0.38（氯苯的临界温度：tc?359.2?C）
5.其他物性数据可查化工原理附录。
二、苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）
（一）设计方案的确定及工艺流程的说明
原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。
典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馏塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，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（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经
- 4 -
冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。 （二）全塔的物料衡算
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和112.61kg/kmol
65/78.11?0.728
65/78.11?35/112.6198/78.11xD??0.986
98/78.11?2/112.610.008/78.11xW??0.01149
0.008/78.11?0.992/112.61xF?2.平均摩尔质量
MF?78.11?0.728??1?0.728??112.61?87.49kg/kmol
MD?78.11?0.986??1?0.986??112.61?78.59kg/kmol
MW?78.11?0.01149??1?0.01149??112.61?112.2kg/kmol
3.料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有：W??51000t/a?6439kg/h，全塔物料衡算：
F??D??W?0.35F??0.02D??0.992W? ?
F?18966/87.49?216.78kmol/hF??18966kg/hD??12527kg/h D?12527/78.59?159.40kmol/h
W?6439/112.2?57.39kmol/hW??6439kg/h（三）塔板数的确定 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/pA?pB，y?pAx/pt，将所得计算结果列表如下： 温度，（℃） 80 83 87 90 93 96 100 103 1473 ????????pi? 苯 760 839.5 945.5 1025 1122.5 1252.5 1350 - 5 -