苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务书

徐州工程学院

化工设计任务书

学 院（系）： 专 业

：

化学化工学院

化学工程与工艺

徐莉萍

学 号： 20111366138

学 生 姓 名： 设 计 题 目：

起 迄 日 期

:

苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计

2014年4月28日 ~ 5月 20日

指 导 教 师

教研室主任

: 王菊

: 葛奉娟

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99.8%的氯苯15万吨，塔顶馏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、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，℃ 苯 氯苯 80 760 148 90 1025 205 100 1350 293 110 1760 400 120 2250 543 130 2840 719 131.8 2900 760 其他物性参数可查有关手册。 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 ................................................................................................................. 6 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 ................................................................................ 6

4.1操作压力的计算 ................................................................................................................. 6 4.2操作温度的计算 ................................................................................................................. 6 4.3平均摩尔质量的计算 ......................................................................................................... 8 4.4平均密度的计算 ................................................................................................................. 9 4.5液相平均表面张力的计算 ............................................................................................... 10 4.6液体平均粘度的计算 ....................................................................................................... 10 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算...................................................................................................... 11

5.1塔径的计算....................................................................................................................... 11 5.2塔高的计算....................................................................................................................... 13 6.塔板主要工艺尺寸的计算.......................................................................................................... 13

6.1溢流装置的计算 ............................................................................................................... 13 6.2塔板布置的计算 ............................................................................................................... 14 7.塔板的流体力学验算.................................................................................................................. 17

7.1塔板压降........................................................................................................................... 17 7.2液面落差........................................................................................................................... 18 7.3液沫夹带........................................................................................................................... 18 7.4漏液................................................................................................................................... 18 7.5液泛................................................................................................................................... 18 8.探班负荷性能图 ......................................................................................................................... 19

8.1精馏段塔板负荷性能图 ................................................................................................... 19 8.2提镏段塔板负荷性能图 ................................................................................................... 21 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............................................................................................................................... 25 9.4塔釜出料管....................................................................................................................... 25 9.5塔釜进气管....................................................................................................................... 25 10.绘制生产工艺流程图

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 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。 13.主要符号说明............................................................................................................................ 27 14.参考文献 ................................................................................................................................... 28

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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/k mol 氯苯的摩尔质量 MB=112.56kg/k mol

0.62/78.11?0.702

0.62/78.11?0.38/112.560.98/78.11xD??0.986

0.98/78.11?0.02/112.560.02/78.11xW??0.003

0.02/78.11?0.98/112.56xF?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?0.986?78.11?(1?0.986)?112.56?78.59kg/kmol

MW?0.003?78.11?(1?0.003)?112.56?112.46kg/kmol

2.3物料衡算

原料处理量 W?150000?1000?185.09kmol/h

300?24?112.35总物料衡算 F?29.67?D

苯物料衡算 F?0.702?29.67?0.006?D?0.986 联立解得

D?166.86kml/h F?351.94kmol/h

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 （2）求最小回流比和操作回流比。

采用作图法求最小回流比。在图1中对角线上，自点（0.702,0.702）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为：yq?0.930 xq?0.702

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