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重庆三峡学院
化工原理课程设计（论文）
题 目：苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院名称:环境与化学工程学院 专业名称:过程装备与控制工程 年 级: 2013级 学 生:邱庆华、范瑜、黄言坤、何清 指导老师： 梁克中
完成论文时间2015年6月
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务书
（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99.58%的氯苯10万吨，塔顶镏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）。 （二）操作条件
（1）塔顶压力 4kPa（表压） （2）进料热状态 自选 （3）回流比 自选
（4）塔底加热蒸气压力 0.5MPa （5）单板压降 ≤0.7kPa （三）塔板类型
筛板或浮阀塔板（F1型） （四）工作日
每年300天，每天24小时连续运行。 （五）厂址
厂址为万州地区 （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）探班负荷性能图； （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）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气压数据
温度（℃） 80 90 100 110 120 130 131.8 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 2
目录
1. 设计方案的确定 ........................................................... 4 2. 精馏塔的物料衡算 ......................................................... 4
2.1原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率 ..................................... 4 2.2原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量 ..................................... 4 2.3物料衡算 ............................................................. 4 3. 塔板数的确定 ............................................................. 4
3.1理论板数NT的求取 .................................................... 4 3.2实际板数的求取 ....................................................... 5 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ....................................... 5
4.1操作压力的计算 ....................................................... 5 4.2操作温度的计算 ....................................................... 6 4.3平均摩尔质量的计算 ................................................... 7 4.4平均密度的计算 ....................................................... 8 4.5液相平均表面张力的计算 ............................................... 9 4.6液体平均粘度的计算 ................................................... 9
.................................................... 10 4.7相对挥发度的计算
5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 .................................................. 10 5.1塔径的计算 .......................................................... 10 5.2塔高的计算 .......................................................... 12 6.塔板主要工艺尺寸的计算 .................................................... 12
6.1溢流装置的计算 ...................................................... 12 6.2塔板布置的计算 ...................................................... 14 7.塔板的流体力学验算 ........................................................ 16
7.1塔板压降 ............................................................ 16 7.2液面落差 ............................................................ 17 7.3液沫夹带 ............................................................ 17 7.4漏液 ................................................................ 17 7.5液泛 ................................................................ 18 8.探班负荷性能图 ............................................................ 18
8.1精馏段塔板负荷性能图 ................................................ 18 8.2提镏段塔板负荷性能图 ................................................ 20 9.精馏塔接管尺寸计算 ........................................................ 24
9.1塔顶蒸气出口管 ...................................................... 24 9.2塔顶回流液管 ........................................................ 24 9.3进料管 .............................................................. 24 9.4塔釜出料管 .......................................................... 25 9.5塔釜进气管 .......................................................... 25 10.设计一览表 ............................................................... 25 11. 对设计过程的评述和有关问题的讨论 ........................................ 27 12.附图..................................................................... 27 13.主要符号说明 ............................................................. 28
3
14.参考文献 ................................................................. 29
1. 设计方案的确定
本设计任务为分离苯-氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全宁气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸气加热，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/kmol 氯苯的摩尔质量 MB=112.56kg/kmol
xF?0.62/78.11?0.702
0.62/78.11?0.38/112.56xD?0.9958/78.11?0.9970.9958/78.11?0.0042/112.560.0042/78.11?0.006
0.0042/78.11?0.9958/112.56
xW?2.2原料液及塔顶、塔釜的平均摩尔质量
MF?0.702?78.11?(1?0.702)?112.56?88.38kg/kmol
MD?0.997?78.11?(1?0.997)?112.56?78.21kg/kmol
MW?0.006?78.11?(1?0.006)?112.56?112.35kg/kmol
2.3物料衡算
原料处理量 W=(100000×1000)/(300×24×112.35)=123.62kmol/h 总物料衡算 F?29.67?D
苯物料衡算 F?0.702?123.62?0.006?D?0.997
k3mo/lh 联立解得 D?75.07kmol/h F?145.4
3. 塔板数的确定
3.1理论板数NT的求取
苯-氯苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。
（1）查资料得苯-氯苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图，见图1所示。 T（℃） x y
80 1.000 1.000 90 0.677 0.913 100 0.442 0.785 110 0.265 0.613 120 0.127 0.376 130 0.019 0.072 131.8 0.000 0.000 4
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