1、化工原理課程設計說明書（報告）北京化工大學北方學院north college of beijing university of chemical technology設計題目苯-氯苯二元物系板式連續精餾塔 設計者：班級 化工0901 姓名 學號 ：日期 2012年9月20日 指導教師： 設計成績： 日期 一、苯-氯苯板式精餾塔的工藝設計任務書（一）設計題目設計一座苯-氯苯連續精餾塔，要求年產純度為99.7%的苯36432噸，塔底餾出液中含苯1%，原料液中含苯為65%（以上均為質量百分數）。（二）操作條件1.塔頂壓強4kpa（表壓）2.進料熱狀況：飽和蒸汽進料3.回流比：r=2rmin4.單板壓

2、降不大于0.7kpa（三）設計內容設備形式：篩板塔設計工作日：每年330天，每天24小時連續運行廠址：青藏高原大氣壓約為77.31kpa的遠離城市的郊區設計要求1.設計方案的確定及流程說明2.塔的工藝計算3.塔和塔板主要工藝尺寸的確定（1）塔高、塔徑及塔板結構尺寸的確定（2）塔板的流體力學驗算（3）塔板的負荷性能圖繪制（4）生產工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖的繪制4、塔的工藝計算結果匯總一覽表5、對本設計的評述或對有關問題的分析與討論（四）基礎數據1.組分的飽和蒸汽壓（mmhg）溫度，（）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148

3、2052934005437197602.組分的液相密度（kg/m3）溫度，（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下式計算苯 推薦：氯苯 推薦： 式中的t為溫度，。3.組分的表面張力（mn/m）溫度，（）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4雙組分混合液體的表面張力可按下式計算：5.其他物性數據可查化工原理附錄。二、苯-氯苯板式精餾塔的工藝計算書（精餾段部分）（一）設計方案的確定及工藝流程的

4、說明原料液經臥式列管式預熱器預熱至泡點后送入連續板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用強制循環式列管全凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產品經冷卻后送至苯液貯罐；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜產品經臥式列管式冷卻器冷卻后送入氯苯貯罐。典型的連續精餾流程為原料液經預熱器加熱后到指定的溫度后，送入精餾塔的進料板，在進料上與自塔上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上，回流液體與上升蒸氣互相接觸，進行熱和質的傳遞過程。操作時，連續地從再沸器取出部分液體作為塔底產品（釜殘液），部分液體汽化，產生上升蒸氣，依次通過各層塔板。塔頂蒸氣進入冷凝器中被全部冷凝，并將部

5、分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余部分經冷卻器后被送出作為塔頂產品（餾出液）。（二）全塔的物料衡算1.料液及塔頂底產品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對摩爾質量分別為78.11 kg/kmol和112.6kg/kmol2.平均摩爾質量3.料液及塔頂底產品的摩爾流率依題給條件：一年以330天，一天以24小時計，有：，全塔物料衡算： （三）塔板數的確定1.理論塔板數的求取2）確定操作的回流比r將1）表中數據作圖得曲線及曲線。在圖上，因q=0， e（0.728,0.728）查得，。故有：;3）求理論塔板數(圖解法)精餾段操作線：總理論板層數：9.5(包括再沸器)進料板位層：62.實際塔板數1）全塔效率

6、選用公式計算。該式適用于液相粘度為0.071.4mpas的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進料組成表示的平均粘度。塔的平均溫度為0.5(80.15+129.63)=104.89（取塔頂底的算術平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄得：，。2）實際塔板數（近似取兩段效率相同）精餾段：塊 提餾段：塊（四）塔的精餾段操作工藝條件及相關物性數據的計算1.平均壓強取每層塔板壓降為0.7kpa計算。塔頂：加料板：平均壓強2.平均溫度和 兩式聯立3.平均分子量塔頂： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖）精餾段：4.平均密度1）液相平均密度塔頂： 進料板：精餾段：2）汽相平均密度5.液體的平均表面張力塔

7、頂：；進料板：； 精餾段：6.液體的平均粘度塔頂：加料板：精餾段：（五）精餾段的汽液負荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量（六）塔和塔板主要工藝結構尺寸的計算1.塔徑1）初選塔板間距及板上液層高度，則：2）按smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）查smith通用關聯圖得負荷因子泛點氣速：m/s3）操作氣速取4）精餾段的塔徑圓整取塔截面積為此時的操作氣速。2.塔板工藝結構尺寸的設計與計算1）溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，且不設進口內堰。溢流堰長（出口堰長）取出口堰高降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下p147圖11-16得，即：，液體

8、在降液管內的停留時間（滿足要求）降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：故降液管設計合底隙高度設計合理選用凹形受液盤，深度為2） 塔板布置1.塔板分塊 因d=1600 故塔板分4塊2.邊緣區寬度 開孔區面積式中：3）開孔數和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數（孔）每層塔板的開孔率（應在515%，故滿足要求）氣體通過篩孔的孔速 4）精餾段的塔高；在進料板上方開一人孔，其高度為0.8m,故精餾塔的有效高度為：（七）塔板上的流體力學驗算1.塔板壓降1）氣體通過干板的壓降 。 2）氣體

9、通過板上液層的壓降 動能因子查化原圖得3）氣體克服液體表面張力產生的壓降4）氣體通過篩板的壓降（單板壓降）和（滿足工藝要求）。2.霧沫夾帶量的驗算 驗算結果表明不會產生過量的霧沫夾帶。3.漏液的驗算漏液點的氣速11.07m/s篩板的穩定性系數（無漏液）4.液泛的驗算為防止降液管發生液泛，應使降液管中的清液層高度成立，故不會產生液泛。通過流體力學驗算，可認為精餾段塔徑及塔板各工藝結構尺寸合適，若要做出最合理的設計，還需重選及，進行優化設計。（八）塔板負荷性能圖1.液沫夾帶線（1） （1）式中：將已知數據代入式（1） （1-1）在操作范圍內，任取幾個值，依式（1-1）算出對應的值列于下表：0.00

10、060.00150.00300.00453.2953.1823.0372.915依據表中數據作出霧沫夾帶線（1）2.液泛線（2） （2-2）在操作范圍內，任取幾個值，依式（2-2）算出對應的值列于下表：0.00060.00150.00300.0045 10.179.7079.0658.474依據表中數據作出液泛線（2）3.液相負荷上限線（3） （3-3）4.漏液線（氣相負荷下限線）（4）整理得： （4-4）在操作范圍內，任取幾個值，依式（4-4）算出對應的值列于下表：0.00060.00150.00300.00450.9570.9811.0111.035依據表中數據作出漏液線（4）5.液相負荷

11、下限線（5）取平堰堰上液層高度m （5-5）操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負荷與氣相允許最小負荷之比，即：操作彈性=三、塔的提餾段操作工藝條件及相關物性數據的計算1.平均壓強取每層塔板壓降為0.7kpa計算。塔頂：加料板：平均壓強2.平均溫度和 兩式聯立3.平均分子量塔底： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖）提餾段：4.平均密度1）液相平均密度塔底： 進料板：提餾段：2）汽相平均密度5.液體的平均表面張力 塔底： 進料板： 提餾段：6.液體的平均粘度塔底：加料板：提餾段：（五）精餾段的汽液負荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量（六）塔和塔板主要工藝結構

12、尺寸的計算1.塔徑1）初選塔板間距及板上液層高度，則：2）按smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）查smith通用關聯圖得負荷因子泛點氣速：3）操作氣速取4）精餾段的塔徑圓整取塔截面積為此時的操作氣速。2.塔板工藝結構尺寸的設計與計算1）溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設進口內堰。溢流堰長（出口堰長）取出口堰高m降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下p147圖11-16得，即：，液體在降液管內的停留時間（滿足要求）降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：故降液管設計合底隙高度設計合理選用凹形

13、受液盤，深度為3） 塔板布置1.塔板分塊 因d=1000 故塔板分3塊2.邊緣區寬度 開孔區面積式中：3）開孔數和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數（孔）每層塔板的開孔率（應在515%，故滿足要求）氣體通過篩孔的孔速4）精餾段的塔高（七）塔板上的流體力學驗算1.塔板壓降1）氣體通過干板的壓降 。 2）氣體通過板上液層的壓降動能因子查化原圖得3）氣體克服液體表面張力產生的壓降4）氣體通過篩板的壓降（單板壓降）和（滿足工藝要求）。2.霧沫夾帶量的驗算 驗算結果表明不會產生過量的霧沫夾帶。3.漏液的驗算漏液點的氣速篩板的穩定性系數（不會產生過量液

14、漏）4.液泛的驗算為防止降液管發生液泛，應使降液管中的清液層高度成立，故不會產生液泛。通過流體力學驗算，可認為精餾段塔徑及塔板各工藝結構尺寸合適，若要做出最合理的設計，還需重選及，進行優化設計。（八）塔板負荷性能圖1.霧沫夾帶線（1） （1）式中：將已知數據代入式（1） （1-1）在操作范圍內，任取幾個值，依式（1-1）算出對應的值列于下表：0.00060.00150.00300.00451.2621.2021.1251.060依據表中數據作出霧沫夾帶線（1）2.液泛線 （2） （2-2）在操作范圍內，任取幾個值，依式（2-2）算出對應的值列于下表：0.00060.00150.00300.00

15、451.5241.4451.3041.165依據表中數據作出液泛線（2）3.液相負荷上限線（3） （3-3）4.漏液線（氣相負荷下限線）（4）整理得： （4-4）在操作范圍內，任取幾個值，依式（4-4）算出對應的值列于下表：0.00060.00150.00300.00450.3310.3420.3550.366依據表中數據作出漏液線（4）5.液相負荷下限線（5）取平堰堰上液層高度m （5-5）操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負荷與氣相允許最小負荷之比，即：操作彈性=四、精餾塔的設計計算結果匯總一覽表精餾塔的設計計算結果匯總一覽表項 目符 號單 位計 算 結 果精餾段提餾段平均壓強kpa84.8191.11平均溫度84.18108.92平均流量m3/s1.42 0.627m3/s0.002450.00266實際塔板數塊109板間距m0.400.40塔段的有效高度m7.6 7.6塔徑m1.601.0空塔氣速m/s0.9910.856塔板液流型式單溢流單溢流溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長m1.056 0.66堰高m0.0440.043溢流堰寬度m0.1980.124底隙高度m0.0290.033板上清液層高度m0.0600.060孔徑mm55孔間距mm1515孔數個65202731開孔面積m21.270.532篩孔氣速m/s10.9111.66塔板壓降kpa0.4