1、- 1 -化工原理课程设计说明书设计题目： 苯氯苯精馏过程板式塔设计 设 计 者：班级 姓名 日 期： 指导教师： 设计成绩： 日期： - 2 -目 录 设计任务书3 设计计算书4设计方案的确定4精馏塔物料衡算4塔板数的确定5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算8塔体工艺尺寸计算13 塔板主要工艺尺寸15塔板流体力学验算17浮阀塔的结构20精馏塔接管尺寸23产品冷却器选型25对设计过程的评述和有关问题的讨论25附图：生产工艺流程图精馏塔设计流程图- 3 -设计任务书（一）题目试设计一座苯氯苯连续精馏塔，要求年产纯度 99.8%的氯苯 21000吨，塔顶馏出液中含氯苯不得高于 2%，原料液中含氯
2、苯 45%（以上均为质量分数） 。（二）操作条件（1）塔顶压力 4kPa（表压） ；（2）进料热状况 泡点；（3）回流比 R=1.4Rmin；（4）塔底加热蒸汽压力 0.5Mpa（表压） ；（5）单板压降 0.7 kPa；（三）塔板类型浮阀塔板（F1 型）（四）工作日每年按 300 天工作计，每天连续 24 小时运行（五）厂址厂址为天津地区- 4 -设计计算书一、设计方案的确定本任务是分离苯氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，本设计采用板式塔连续精馏。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送进精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其
3、余部分冷却后送至储物罐。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 1.4 倍，且在常压下操作。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储物罐。二、精馏塔物料衡算（以轻组分计算）1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率苯的摩尔质量 kmol/g1.78AM氯苯的摩尔质量 562B03.56.12/98.07/2.0. 9.98./.38.0.14075. WDFxx2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量kmol/g46.125.)03.1(.7803. 9789696l/. WDFM3物料衡算原料处理量 h/.9l46.1230总物料衡算 5.9DF苯物料衡算 5.30.86.
4、 - 5 -联立解得 h/73.24kmol1FD三、塔板数的确定1理论板数 NT 的求取（1）由手册查得苯氯苯物系的气液平衡数据，绘出 xy 图，见图 1。C/o80 90 100 110 120 130 131.8kPaAp101.33 136.66 179.99 234.60 299.99 378.65 386.65/oB19.73 27.33 39.07 53.33 72.40 95.86 101.33oBApx1.000 0.677 0.442 0.265 0.127 0.019 0.000xyo1.000 0.913 0.785 0.613 0.376 0.072 0.000- 6
5、 -0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 yxDxqqqy a图 1 图解法求最小回流比（2）由于泡点进料 q=1，在图上作直线 x=0.986 交对角线于 a 点，作直线x=0.638 交平衡线于 q 点，连接 a、q 两点，过 q 点作横轴的平行线交纵轴于一点，读得 图 1 xy 图yq=0.896，则最小回流比如下： 35.068.9.0minR取操作回流比为49.14.min（3）求精馏塔的气、液相负荷h/70.49kmolh/96.42kol3.21870m1)()(/.l. V
6、FLDR- 7 -（4）求操作线方程精馏段操作线方程62.083.96.074310.982xxVDxLy提馏段操作线方程01.693.10.749250.6 xxWxy（5）图解法求理论板层数如附图 1，将 x=0.638 带入精馏段操作线方程，得出 y=0.871，在图中找出该点记为 d，连接 ad 两点即得精馏段操作线；在对角线上找到 c 点（0.003，0.003） ，连接 cd 两点即得提馏段操作线。自 a 点开始在操作线和平衡线之间作阶梯线。求解结果为：总理论板层数 )(1包 括 再 沸 器TN进料板位置 4F2实际板层数的求解（试差法）假设总板效率 ET=0.49精馏段实际板层数
7、 45.9.0/2精N提馏段实际板层数 （不包括再沸器）71-84提实际板层数为 26/0.49-1=52（不包括再沸器）试差法计算如下：Np=52塔顶压力： 105.3KPa4.DP塔底压力： 9.84267w已知塔底组成为- 8 -四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1操作压力的计算塔顶操作压力 kPa3.1054.DP每层塔板压降 ka7进料板压力 .69.F精馏段平均压力 1084kPa2/)3516(mP塔底操作压力 .7.0D提馏段平均压力 653a/)(2m2操作温度的计算表 1 苯、氯苯 Antoine 常数数据表A B C 温度范围（K）6.01907 1204.682
8、-53.072 279-3776.06832 1236.034 -48.99 353-422苯6.3607 1466.083 -15.44 420-5216.10416 1431.83 -55.515 335-405氯苯6.62988 1897.41 5.21 405-597（表 1 苯、氯苯 Antoine 常数数据表A B C 温度范围（K）6.01907 1204.682 -53.072 279-3776.06832 1236.034 -48.99 353-422苯6.3607 1466.083 -15.44 420-5216.10416 1431.83 -55.515 335-405氯
9、苯6.62988 1897.41 5.21 405-597假设塔顶的泡点温度 ，则纯组分的饱和蒸气压为C2.83ot对苯 1.5kPa2.04715.3.9.401606lgo Ap- 9 -对氯苯 2.1kPa1.3465.27.8351.4046lgoBp代入泡点方程和露点方程，得DABxxpy986.03.1531.2.4o）（故假设正确，塔顶温度为 C2.oDt假设塔顶的进料板温度 ，则纯组分的饱和蒸气压为4.9对苯 kPa 154.261825.273.801603lgoAp对氯苯 3.7a.415.4.951.loB代入泡点方程和露点方程，得638.02.754.6130oBApx
10、假设正确，故进料板温度为 C9oFt假设塔底的泡点温度 ，则纯组分的饱和蒸气压为3对苯 kPa 51.4215.2739.804.1606lgo Ap对氯苯 a8. .loB代入泡点方程，得03.8.15.2-4.36o BApx- 10 -假设正确，故塔顶温度为 C137oWt精馏段平均温度 8.2/)4.98(om提馏段平均温度 1572t全塔平均温度 C.0/)3.(om3平均摩尔质量的计算塔顶：由 ，查平衡曲线得986.01Dxy 92.1xkmol/g87.056.)0.(1.72. 8LmVM进料板：由图理论板得 ，查平衡曲线得5Fy 21Fxkol/g7.96.12).0(1.7862.05LFmV塔底：由图理论板得 ，查平衡曲线得3ny 10nxkmol/53g.26.1)0.(1.780. 4LWmVM精馏段平均摩尔质量kol/g02.86/)17.98.0(34261LmV提馏段平均摩尔质量kmol/g85.102/)53.17.9(42LmVM4平均密度的计算（1）气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，得精馏段 311 m/kg90.2)15.738.(34.0mVVRTp提馏段 322 /.).(.6VVM
