苯-氯苯精馏塔工艺设计.doc
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1、 徐州工程学院化工原理课程设计说明书 设计题目:苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 设计者: 班级: 11化艺转本1班 姓名: 朱马宁 学号: 20111366134 设计日期:2014.06.03 指导老师:(签名) 设计成绩: 日期: 化工原理课程设计任务书学 院(系):化工学院专 业:化工学工程与工艺学 生 姓 名:朱马宁学 号:20111366134设 计 题 目:苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计起迄日期:2014年5月01日 06月 06日指导教师: 教研室主任: 发任务书日期:2014年6月 03日一、设计题目试设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯15万吨,塔顶馏出
2、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)。二、操作条件1、塔顶压力:4kPa(表压)。2、进料热状况:自选。3、回流比:自选。4、塔底加热蒸汽压力:0.5MPa(表压)5、单板压降:0.7kPa。三、塔板类型筛板或浮阀塔(F1型)。四、工作日每年300天,每天24小时连续运行。五、厂址厂址为徐州地区六、设计内容1、精馏塔的物料衡算;2、塔板数的确定;3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;4、精馏塔的塔体工艺尺寸计算;5、塔板主要工艺尺寸的计算;6、塔板的流体力学验算;7、塔板负荷性能图;8、精馏塔接管尺寸计算;9、绘制生产工艺流程图;10、绘制精馏塔设计条件图;11
3、、对设计过程的评述和有关问题的讨论。七、设计基础数据苯、氯苯纯组分的饱和蒸汽压数据温度,8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760其他物性参数可查有关手册。前言1.塔板与设计方案简介42.精馏塔的物料衡算42.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率42.2原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量52.3物料衡算、热量衡算53.塔板数的确定53.1理论板数NT的求取63.2实际板数的求取74.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84.2操作温度的计算84.3平均摩尔质量的计算94.4
4、平均密度的计算94.5液相平均表面张力的计算104.6液体平均粘度的计算105.精馏塔的塔体工艺尺寸计算115.1塔径的计算115.2塔高的计算116.塔板主要工艺尺寸的计算126.1溢流装置的计算126.2塔板布置的计算137.塔板的流体力学验算137.1气体通过筛板压降和的验算157.2雾沫夹带量的验算157.3漏液的验算157.4液泛的验算158.探班负荷性能图168.1漏液线(气相负荷下限线) 168.2液沫夹带线 168.3相负荷下限线 178.4相负荷上限线 178.5泛线 189.精馏塔接管尺寸计算199.1塔顶蒸汽出口管径199.2塔顶回流液管199.3加料管径199.4料液排
5、出管径199.5饱和蒸汽管径1910.设计一览表1911.结论2113.参考文献22苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计计算书前言 本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作,被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内,以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯,由塔底采出氯苯。在化工或炼油厂中,塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此,塔设备的设计和研究,受到化工炼油等行业的极大重视。1.塔板与设计方案简介1、塔板性质此设
6、计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比,筛板塔具有下列优点:生产能力大2040%,塔板效率高1015%,压力降低3050%,而且结构简单,塔盘造价减少40%左右,安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况,获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展,出现了大孔径筛板(孔径可达2025mm),导向筛板等多种形式。作为主要用于传质过程的塔设备,首先必须使气(汽)液两相充分接触,以获得较高的传质效率。此外,为了满足工业生产的需要,塔设备还得考虑下列各项传质效率。此外,为了满足工业生
7、产的需要,塔设备还得考虑生产能力大、操作弹性大、流体流动的阻力小、结构简单、耐腐蚀、方便操作等要求。事实上,对于现有的任何一种塔型,都不可能完全满足上述所有要求,仅是在某些方面具有独到之处。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分工业塔常用的筛孔孔径为38mm,按正三角形排列空间距与孔径的比为2.55近年来有大孔径(1025mm)筛板的,它具有制造容易,不易堵塞等优点,只是漏夜点低,操作弹性小。筛板塔的特点如下:(1)结构简单、制造维修方便。(2)生产能力大,比浮阀塔还高。(3)塔板压力降较低,适宜于真空蒸馏。(4)塔板效率较高,但比浮阀塔稍低。(5)合理设计的筛板塔可是具有较高的
8、操作弹性,仅稍低与泡罩塔。(6) 小孔径筛板易堵塞,故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。2、设计方案的确定1.精馏方式:本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中,并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高,可控性好,产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大,因而无须采用特殊精馏。2.操作压力:本设计选择常压,常压操作对设备要求低,操作费用低,适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温(工业低温段)物系分离。3. 塔板形式:根据生产要求,选择结构简单,易于加工,造价低廉的筛板塔,筛板塔处理能力大,塔板效率高,压降教低,在苯和氯苯这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。4.加料
9、方式和加料热状态:设计采用泡点进料,将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。5.由于蒸汽质量不易保证,采用间接蒸汽加热。6.再沸器,冷凝器等附属设备的安排:塔底设置再沸器,塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至泡点下一部分回流入塔,其余部分经产品冷却器冷却后送至储灌。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。2.精馏塔的物料衡算2.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率 苯的摩尔质量MA=78.11kg/mol 氯苯的摩尔质量MB=112.56kg/mol 原料液摩尔分率 塔顶摩尔分率塔底摩尔分率2.2原料液、塔顶以及塔釜的平均摩尔质量原料液:MF=78.110.702+(10.702)112.56=
10、88.38kg/kmol塔顶:MD=78.110.986+(10.986)112.56=78.59kg/kmol塔釜:MW=78.110.00288+(10.00288)112.56=112.46kg/kmol2.3物料衡算、热量衡算 年产量15万吨,一年300天,一天24小时原料处理量 W=(150000*1000)/(300*24*112.56)=185.09kg/mol F=D+W 0.702F=0.986D+0.00288W可得F=63.579kmol/h D=45.084kmol/h再沸器的热负荷及加热蒸汽消耗量再沸器的热负荷加热蒸汽消耗量kg/h3塔板数的确定3.1理论板数NT的求
11、取苯-氯苯物系属于理想物系,可采用梯级图解法(MT法)求取,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依据,将所得计算结果列表如下:温度,()8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y10.9130.7850.6140.3760.0710由手册查得苯-氯苯的气液平衡数据,绘出图,如下图一;图解得块(不含釜)。其中,精馏段块,提馏段8块第4块为加料板位置。2.确定操作的回流比R将1.表中数据作图得曲线及
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