课程设计
课程名称化工原理课程设计题目名称
专业班级
学生姓名
学号
指导教师
二O一三年月日
目 录
设计任务书 ....................................................................................................................................... 1 符号说明 ........................................................................................................................................... 3 摘要及前言 ....................................................................................................................................... 6 设计内容 . (8)
一、设计方案的确定及工艺流程的说明 ............................................................................... 8 二．全塔的物料衡算 (8)
（一）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 ................................................................... 8 （二）平均摩尔质量 ....................................................................................................... 8 （三）料液及塔顶底产品的摩尔流率 ........................................................................... 8 三．塔板数的确定 . (9)
（一）理论塔板数T N 的求取 ....................................................................................... 9 （二）实际塔板数p N ................................................................................................. 11 四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 .. (12)
（一）平均压强m p ...................................................................................................... 12 （二）平均温度m t ....................................................................................................... 13 （三）平均分子量m M ................................................................................................. 13 （四）平均密度m ρ ....................................................................................................... 13 （五）液体的平均表面张力m σ .................................................................................. 14 （六）液体的平均粘度m L μ, . (15)
（七） 精馏段的汽夜负荷计算 ................................................................................... 15 五．塔体和塔板主要工艺结构尺寸的计算 . (15)
（一）塔径及精馏段有效高度 ..................................................................................... 15 （二）塔板工艺结构尺寸的设计与计算 ..................................................................... 16 （三）筛板的流体力学验算 ......................................................................................... 18 七．塔板负荷性能图 . (20)
（一）.液沫夹带线（1） ............................................................................................. 20 （二）.液泛线（2） ..................................................................................................... 21 （三）.液相负荷上限线（3） ..................................................................................... 22 （四）.漏液线（气相负荷下限线）（4） ................................................................... 22 （五）.液相负荷下限线（5） . (23)
筛板塔设计计算结果 ..................................................................................................................... 24 设计评述及相关问题的讨论 ......................................................................................................... 25 参考书目 .. (27)
设计任务书
一、设计题目
在一常压操作的连续精馏塔内分离苯－氯苯混合物。要求年处理量为5万吨，组成为苯0.35（质量分率，下同），馏出液组成为0.98，塔釜液组成为0.02。 二、操作条件
操作压力：4kPa （表压） 进料状况：自选 回流比：自选 单板压降：<0.7kPa 三、塔板类型 筛板 四、工作日
每年330天，每天24小时连续运行 五、厂址
建厂地址：蚌埠地区 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 七、设计数据基础
1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 温度，（℃）
80 90 100 110 120 130 131.8
i
p
苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯
148
205
293
400
543
719
760
其他物性数据可查有关手册。
八、工作计划
1、领取设计任务书，查阅相关资料（2天）；
2、确定设计方案，进行相关的设计计算（5天）；
3、校核验算，获取最终的设计结果（2天）；
4、编写课程设计说明书（论文），绘制草图等（2天）。
5、绘制塔设备简图（1天）
九、设计成果要求
1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及打印稿1份，并附简单的流程草图。
2、课程设计结束时，将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师：
（1）封面
（2）目录
（3）课程设计任务书
（4）课程设计说明书（论文）
（5）参考文献
（6）塔设备简图图纸（A3）
（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
十、几点说明
1、本设计任务适用班级：10应用化学、10化工工艺；
2、课程设计说明书（论文）格式也可参阅《蚌埠学院本科生毕业设计（论文）成果撰写规范》中的相关内容。
学生签名：
指导教师签名：
教研室主任签名：
符号说明
a ——填料的有效比表面积，㎡/m3
——填料的总比表面积，㎡/m3
a
t
——填料的润湿比表面积，㎡/m3
a
w
A
——塔板开孔区面积，m2
a
——降液管截面积，m2
A
f
A
——筛孔总面积，m2
——塔截面积，m2
A
t
c
——流量系数，无因次
C——计算umax时的负荷系数，m/s
d ——填料直径，m
d
——筛孔直径，m
D ——塔径，m
——液体扩散系数，m2/s
D
L
D
——气体扩散系数，m2/s
V
——液沫夹带量，kg(液)/kg(气)
e
v
E——液流收缩系数，无因次
E
——总板效率，无因次
T
F——气相动能因子，kg1/2/(s.m1/2)
——筛孔气相动能因子，
F
g——重力加速度，9.81m/s2
h——填料层分段高度，m
HETP关联式常数
——进口堰与降液管间的水平距离，m
h
1
——与干板压降相当的液柱高度，m液柱
h
c
——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m h
d
——塔板上鼓泡层高度，m
h
f
——与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱
h
l
——板上清液层高度，m
h
L
——允许的最大填料层高度，m
h
max
——降液管的低隙高度，m
h
——堰上液层高度，m
h
OW
——出口堰高度，m
h
W
h’
——进口堰高度，m
W
h
δ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱H——板式塔高度，m
溶解系数，kmol/(m3·kPa)
H
——塔底空间高度，m
B
——降液管内清液层高度，m
H
d
H
——塔顶空间高度，m
D
——进料板处塔板间距，m
H
F
H
——气相总传质单元高度，m
OG
H
——人孔处塔板间距，m
P
H
T
——塔板间距，m
H
1
——封头高度，
H
2
——裙座高度，
HETP——等板高度，m
k
G
——气膜吸收系数，kmol/（m2?h?kPa）
k
L
——液膜吸收系数，m/h
K——稳定系数，无因次
K
G
——气膜吸收系数kmol/（m2?h?kPa）
l
W
——堰长，m
L
h
——液体体积流量，m3/h
L
s
——液体体积流量，m3/h
L
w
——润湿速率，m3/（m?h）
m——相平衡常数，无因次
n——筛孔数目
N
OG
——气相总传质单元数，
N
T
——理论板层数
P——操作压力，Pa
△P——压力降，Pa
△P
P
——气体通过每层筛板的压降，Pa r——鼓泡区半径，m
u——空塔气速，m/s
u
F
——泛点气速，m/s
u
——气体通过筛孔的速度，m/s
u 0，
min
——漏液点气速，m/s
u’
——液体通过降液管底隙的速度，m/s U——液体喷淋密度，m3/（m2?h）
U
L
——液体质量通量，㎏/（m2?h）
U
min
——最小液体喷淋密度，m3/（m2?h）
U
v
——气体质量通量，㎏/（m2?h）
V
h
——气体体积流量，m3/h
V
s
——气体体积流量，m3/h
w
L
——液体质量流量，㎏/h
w
V
——气体质量流量，㎏/h
W
c
——边缘无效区宽度，m
W
d
——弓形降液管宽度，m
x——液相摩尔分数
X——液相摩尔比
y——气相摩尔分数
Y——气体摩尔比
Z——填料层高度，m
β——充气系数，无因次；
δ——筛板厚度，m
ε——空隙率，无因次
θ——液体在降液管内停留时间，s μ——粘度，Pa?s
ρ——密度，kg/m3
ζ——表面张力，N/m
φ——开孔率或孔流系数，无因次Φ——填料因子，l/m
ψ——液体密度校正系数，无因次下标
max——最大的
min——最小的
L——液相
V——气相
摘要及前言
摘要
本设计为设计一个精馏塔来进行苯-氯苯混合物的分离，采用连续操作方式的筛板精馏塔。在常压下，采用泡点进料，连续精馏方式，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内原料液连续加入精馏塔中，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。并连续收集产物和排出残液氯苯纯度不低于98%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。近年来，我国氯苯系列产品产能扩增迅猛，主要品种产能和产量已居世界第一，成为全球氯苯系列产品主要的生产国和供应国，生产能力占全球总生产能力的50%以上。氯苯系列产品的快速发展，对我国医药、农药、染料、橡胶助剂、合成新材料等行业的发展也起着举足轻重的作用。目前国外对、邻硝基氯苯的发展呈现衰减趋势，主要依靠进口国内的对、邻硝基氯苯生产下游精细化学品，如染/颜料、医药、农药等。
前言
课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。
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。氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。
高径比很大的设备称为塔器。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
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，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：
（1）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。
（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。
（3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。
（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。
（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。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20－40%，塔板效率高10－15%，压力降低30－50%，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20－25mm），导向筛板等多种形式。
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3－8mm，按正三角形排列．空间距与孔径的比为2.5－5．近年来有大孔径（10－25mm）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。
设计内容
一、设计方案的确定及工艺流程的说明
原料液经预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流用全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。
二．全塔的物料衡算
（一）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11 kg/kmol 和112.61kg/kmol 。
437.061
.112/6511.78/3511
.78/35=+=
F x
986.061
.112/211.78/9811
.78/98=+=D x
0285.061
.112/98.011.78/02.011
.78/02.0=+=W x
（二）平均摩尔质量
()kg/kmol 57.9761.112437.01437.011.78=?-+?=F M ()kg/kmol 59.7861.112986.01986.011.78=?-+?=D M ()kg/kmol 6.11161.1120285.010285.011.78=?-+?=W M （三）料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有：F ′＝50000t/a ＝6313.1kg/h ，全塔物料衡算：
F ′＝D ′＋W ′
0.35F ′＝0.98D ′＋0.02W ′
F ′＝6313.1kg/h F ＝6313.1/87.49＝64.70kmol/h D ′＝2170.14kg/h D ＝2170.14/78.59＝27.61kmol/h W ′＝4142.99kg/h W ＝4142.99/111.6＝37.12kmol/h
三．塔板数的确定
（一）理论塔板数T N 的求取
（梯级图解法）
苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M ·T 法）求取T N ，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y x ~
依据()()
B A B t p p p p x --=/，t A p x p y /
=，
将所得计算结果列表如下： 表3-1 相关数据计算 温度，（℃）
80 90 100 110 120 130 131.8
i
p
苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205
293
400
543
719
760 两相摩尔分率
x
1
0.677 0.442 0.265 0.127 0.019
y
1
0.913 0.785 0.614 0.376 0.071
本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对y x ~平衡关系的影响完全可以忽略。
2.确定操作的回流比R
将表3-1中数据作图得y x ~曲线。
图3-1 苯—氯苯混合液的x —y 图 在y x ~图上，因1=q ，查得782.0=e y ，而
437.0==F e x x ，
986.0=D x 。故有：
59.0)437.0782.0/(782.0-986.0=-=--=
）（e
e e
D m x y y x R
考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍，即：18.159.022=?==m R R
求精馏塔的汽、液相负荷
L=RD=1.18×27.61=32.58 kmol/h V=(R+1)D=(1.18+1)×27.61=60.19 kmol/h L ′=L+F=32.58+64.70=97.28 kmol/h V ′=V=60.19 kmol/h 3.求理论塔板数
精馏段操作线：452.0541.01
1+=+++=x R x
x R R y D 提馏段操作线：0176.0616.1-'='
-'''='x V W
x V L y x w
提馏段操作线为过()0286.0,0286.0和两点的直线。
图3-2 苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解
图解得5.715.8=-=T N 块（不含釜）。其中，精馏段41=T N 块，提馏段5.42=T N 块，第5块为加料板位置。 （二）实际塔板数p N 1.全塔效率T E
选用m T E μl o g 616.017.0-=公式计算。该式适用于液相粘度为0.07~1.4mPa ·s 的烃类物系，式中的m μ为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
塔的平均温度为0.5×(80.42+131)=105.71℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工手册得：s mPa 243.0?=A μ，s mPa 342.0?=B μ。
()()299.0437.01342.0437.024.01=-?+?=-+=F B F A m x x μμμ
493.0299.0log 616.017.0log 616.017.0=-=-=m T E μ 2.实际塔板数p N （近似取两段效率相同）
精馏段：1.8493.0/41==p N 块，取91=p N 块 提馏段：13.9493.0/5.42==p N 块，取102=p N 块 总塔板数1921=+=p p p N N N 块。 （逐板计算法）
计算各温度下的苯对氯苯的相对挥发度： 计算公式为：
理想状态下相对挥发度：
(1)
(1)A A A A Y X Y X α-=
-00A B P P α=或 温度（oC ）
80 90 100 110 120 130 131.8 XA
1 0.677 0.44
2 0.265 0.127 0.019 0 α
5.14
5.00
4.61
4.40
4.14
3.95
3.82
计算苯的平均相对挥发度：
苯的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，本设计中使用个温度下的几何平均值来表示。
75.14*5.00*4.61*4.40*4.14*3.95*3.82α=
≈4.41
四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算
（一）平均压强m p
取每层塔板压降为0.7kPa 计算。 塔顶：kPa 3.10543.101=+=D p
加料板：kPa 6.11197.03.105=?+=F p 平均压强()kPa 45.1082/6.1113.105=+=m p
（二）平均温度m t
查温度组成图得： 塔顶温度=t D 80.42℃ 加料板=t F 100.24℃。
()33.902/24.10042.80=+=m t ℃ （三）平均分子量m M
塔顶： 986.01==D x y ，933.01=x （查相平衡图）
()kg/kmol 59.7861.112986.0111.78986.0,=?-+?=m VD M
()kg/kmol 42.8061.112933.0111.78933.0,=?-+?=m LD M
加料板：694.0=F y ，335.0=F x （查相平衡图）
()kg/kmol 67.8861.112694.0111.78694.0,=?-+?=m VF M ()kg/kmol 05.10161.112335.0111.78335.0,=?-+?=m LD M
精馏段：()kg/kmol 63.832/67.8859.78,=+=m V M
()kg/kmol 74.902/05.10142.80,=+=m L M
（四）平均密度m ρ 1.液相平均密度m L ρ,
表4-1 组分的液相密度ρ（kg/m 3）
温度，（℃）
80 90 100 110 120 130 ρ
苯 817 805 793 782 770 757 氯苯
1039
1028
1018
1008
997
985
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算
苯 ： t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ
氯苯 ： t B 111
.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ
式中的t 为温度，℃
塔顶：3,kg/m 5.81642.801886.113.9121886.113.912=?-=-=t A LD ρ
3,kg/m 7.103842800657.14.11240657.14.1124=?-=-=。t B LD ρ
3,,,,kg/m 01.8207
.103802
.05.81698.01
=?+=
+
=
m LD B
LD B
A
LD A
m
LD a a ρρρρ 进料板：3,kg/m 79324.1001886.113.9121886.113.912=?-=-=t A LF ρ
3,kg/m 57.101724.1000657.14.11240657.14.1124=?-=-=t B LF ρ
3,,,,kg/m 81.92557
.101765
.079335.01
=?+=
+
=
m LF B
LF B
A
LF A
m
LF a a ρρρρ 精馏段：()3,kg/m 9.8722/81.9250.820=+=m L ρ 2.汽相平均密度m V ρ,
()
3,,kg/m 002.333.90273314.863
.8345.108=+??=
=
m
m V m m V RT M p ρ
（五）液体的平均表面张力m σ
附： 表4-2 组分的表面张力σ（mN/m ） 温度，（℃）
80 85 110 115 120 131 σ
苯 21.2 20.6 17.3 16.8 16.3 15.3 氯苯
26.1
25.7
22.7
22.2
21.6
20.4
双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算：
A
B B A B
A m x x σσσσσ+=
（B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率）
计算得，塔顶：mN/m 15.21,=A D σ；mN/m 07.26,=B D σ（80.42℃）
mN/m 21.21986.007.26014.015.2107.2615.21,=???
???+??=?
??? ??+=D A B B
A B A m D x x σσσσσ
进料板：mN/m 54.18,=A F σ；mN/m 86.23,=B F σ（100.24℃）
mN/m 20.21437.086.23563.054.1886.2354.18,=???
???+??=?
??? ??+=F A B B
A B A m F x x σσσσσ 精馏段：()mN/m 205.212/20.2121.21=+=m σ
（六）液体的平均粘度m L μ,
塔顶：查化手册可得相应粘度，在80℃下有：
()()s mPa ?=?+?=+=317.0014.0445.0986.0315.0,D B B D A A m LD x μx μμ 加料板：在100.24℃下有：
s mPa 318.0298.041.0702.028.0,?=?+?=m LF μ
精馏段：
()s mPa 3175.02/318.0317.0,?=+=m L μ
（七）精馏段的气液负荷计算
气相摩尔流率()h 60.19kmol/27.612.181=?=+=D R V 气相体积流量/s m 466.0002
.3360063
.8319.6036003,s ,=??=
=
m V m V VM V ρ
气相体积流量/h 1676.8m /s m 466.0360033m ,h ,===
m
V V VM V ρ
液相回流摩尔流率kmol/h 58.32h 27.61kmol/1.18=?==RD L 液相体积流量/s m 000941.09
.360087274
.9058.3236003m ,,=?=
=
m
L L S LM L ρ
五．塔体和塔板主要工艺结构尺寸的计算
（一）塔径及精馏段有效高度
1.初选塔板间距mm 400=T H 及板上液层高度mm 60=L h ，则：
m 34.006.055.0=-=-L T h H
2.按Smith 法求取允许的空塔气速max u （即泛点气速F u ）
034.0002.39.872466.0000941.05
.05
.0=?
?
? ????? ??=???
? ?????? ??V
L s s V L ρρ
查Smith 通用关联图得074.020=C
负荷因子075.020205.21074.0202
.02
.020=?
?
?
??=?
?
?
??=σC C
泛点气速：
()()277.1002.3/002.39.872075.0/max =-=-=V
V L C
u ρρρm/s
3.取安全系数为0.7，则空塔气速为
m/s 894.07.0max ==u u
4.精馏段的塔径
m 815.0894.014.3/466.04/4=??==u V D s π 圆整取mm 900=D ，
塔塔截面积为： A T =π/4×D 2=0.636m 2 实际空塔气速为:
5.精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为
m 2.34.0191H N Z T =?-=-=）（）（精精 提馏段有效高度为
m 6.34.01101H N Z T =?-=-=）（）（提提 在进料板上方开一人孔，其高度为800mm 故精馏塔的高度为
=++=8.0Z 提精Z Z 3.2+3.6+0.8=7.6m （二）塔板工艺结构尺寸的设计与计算 1.溢流装置
采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盘，且不设进口内堰。
s m A V u T S /733.0636
.0466.0===
（1）溢流堰长（出口堰长）w l
取m 63.09.07.07.0=?==D l w （2）出口堰高w h
ow L w h h h -=
对平直堰()
3
/2/00284.0w h ow l L E h =
由7.0/=D l w 及75.1063.0/387.3/5.25.2==w h l L ，查化工原理课程设计图5-5
得1=E ，于是：
m 006.0m 00872.0)63.0/387.3(100284.03/2>=??=ow h （满足要求）
m 051.000872.006.0=-=-=ow L w h h h （3）降液管的宽度d W 和降液管的面积f
A
由7.0/=D l w ，化工原理课程设计图5-7得095.0/,15.0/==T f d A A D W ，即：
m 135.0=d W ，22m 636.0785.0==D A T ，2m 0604.0=f A 。 液体在降液管内的停留时间
s 5s 67.25000941.0/4.00604.0/>=?==s T f L H A τ（满足要求）
（4）降液管的底隙高度o h
液体通过降液管底隙的流速一般为0.07~0.25m/s ，取液体通过降液管底隙的
流速m/s 07.0='o
u ，则有： m 02.007.063.0000941
.0=?='=
o
w s o u l L h （o h 不宜小于0.02~0.025m ，本结果满足要求） 2.塔板布置
塔板的分块
因D>=800mm ，故采用分块式。查表5-3得，塔板分为3块 （1）边缘区宽度c W 与安定区宽度s W
本设计取35=c W mm ，65'==S s W W mm 。
（2）开孔区面积a A
2
1
2221222m 388.0415.025.0sin 25.018025.0415.025.02sin
1802=?????
?
?+-=??
????
+-=--ππR x R x R x A a 式中：()()m 25.0065.0135.02/9.02/=+-=+-=s d W W D x
m 415.0035.02/9.02/=-=-=c W D R
3.开孔数n 和开孔率φ
取筛孔的孔径mm 5=o d ，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度mm 3=δ，且取0.3/=o d t 。故孔心距mm 1553=?=t 。
每层塔板的开孔数1992388.0151011551011552323=?????
???=???? ???=a A t n （孔） 每层塔板的开孔率()101.03907.0/907.022
===
o d t φ（φ应在5~15%，故满足要求）
每层塔板的开孔面积2m 039.0388.0101.0=?==a o A A φ 气体通过筛孔的孔速m/s 89.11039.0/466.0/===o s o A V u （三）筛板的流体力学验算 1.塔板压降 (1)干板阻力
由67.13/5/0==δd 查图5-10得c 0=0.772
m 0416.09.872002.3772.089.11051.0051.02
2
=??? ??=???? ??=L
V o o c C u h ρρ (2)气体通过液层的阻力h l 由下式计算
h h L l β= 81.00604
.0636.0466
.0=-=
-=
A
A V
u f
T
s
a m/s
苯-氯苯溶液连续精馏塔设计 一、前言 课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。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-氯苯二元混合物连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于%，塔顶产品苯纯度不低于98%。 二、摘要: 氯苯作为一种重要的基本有机合成原料，广泛用于生产，磷苯液相氯化法制中含有一定量的苯，用于分离挥发性
苯和氯苯连续精馏塔的设计是不容易的。设计选择良好的合成功能的集成产品和效率，经济，安全和其他方面。这将是选择精馏塔和筛板筛板塔更好。有很多优点是结构简单，价格低廉，而且液滴板表面的小。它有一个较低的压力，但一个更大的生产能力。最后，气体在塔内均匀分布，具有较高的传质效率。设计完成了塔径为1000mm和总高度为15m的工艺计算和设备设计，它定义了那个桶材料为16MnR，标称厚度为8毫米，根据钢制压力容器。设计选用标准椭圆封头的直径为1000mm，表面高度200mm，直边高度是根据工艺设备的设计和jb4737-95 25mm。进口和出口的液体和气体管道的法兰都是根据汞丝网除沫器选用SP滤网采用rfpf。设计无具体要求，选择圆柱裙，其直径1000mm ..最后的设计进行festigkeit和稳定性ueberpruefung等等，并对塔体的厚度和高度均符合要求的设计压力下。 Abstract: Chlorobenzene as an important basic organic synthesis raw material, widely used in production, the rule of law by a benzene liquid-phase chlorination of p contains a certain amount of benzene, the design for a continuous distillation column for separation volatile benzene and chlorobenzene is not easy. The design chooses the integrated product of good
课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 摘要：精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工﹑炼油﹑石油化工等工业中得到广泛的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图 一、简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯 苯氯苯板式精馏塔工艺设计说明书 1 2020年5月29日 苯-氯苯板式精馏塔工艺设计设计说明书 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 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60000吨,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%(以上均为质量%)。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,泡点进料; 3.回流比,2R min; 4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa(表压); 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日300天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 文档仅供参考 1 2020年5月29日 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01238.01 2??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 《化工原理》课程设计报告精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师 目录 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 (3) 一．设计题目 (3) 二．操作条件 (3) 三．塔设备型式 (3) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计内容 (3) 设计方案 (4) 一．工艺流程 (4) 二．操作压力 (4) 三．进料热状态 (4) 四．加热方式 (4) 精馏塔工艺计算书 (5) 一．全塔的物料衡算 (5) 二．理论塔板数的确定 (5) 三．实际塔板数的确定 (7) 四．精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算 (8) 五．塔体工艺尺寸设计 (10) 六．塔板工艺尺寸设计 (12) 七．塔板流体力学检验 (14) 八．塔板负荷性能图 (17) 九．接管尺寸计算 (19) 十．附属设备计算 (21) 设计结果一览表 (24) 设计总结 (26) 参考文献 (26) 苯-氯苯精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.6%的氯苯140000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于0.1%。原料液中含氯苯为22%（以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强自选； 2.进料热状况自选； 3.回流比自选； 4.塔底加热蒸汽压强自选； 5.单板压降不大于0.9kPa； 三．塔板类型 板式塔或填料塔。 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 1.设计方案的确定及流程说明 2. 精馏塔的物料衡算； 3.塔板数的确定； 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 5.精馏塔主要工艺尺寸； BeiJing JiaoTong University HaiBin College 化工原理课程设计 说明书 题目：年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续 精馏塔的设计 院（系、部）：化学工程系 姓名： 班级： 学号： 指导教师签名： 2015 年4 月12 日 摘要 目前用于气液分离的传质设备主要采用板式塔，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比较优越。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小上下浮动，自行调节。其中精馏塔的工艺设计计算包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。 关键词：气液传质分离；精馏；浮阀塔 ABSTRACT Currently，the main transferring equipment that used for gas-liquid separation is tray column. For the separation of binary, we should use a continuous process. The advantages of the float value tower lie in the flexibility of operation, efficiency of the operation, pressure drop, producing capacity, and equipment costs. Its main feature is that there is a floating valve on the hole of the plate, then the air can come into the tray plate at a steady rate and make contract with the level of liquid, so that the flow valve can fluctuate and control itself according to the size of the air. The calculations of the distillation designing include the calculation of the tower height, the tower diameter, the size of various parts of the tray and the arrangement of the tray, and the check of the hydrodynamics performance of the tray. And then draw the dray load map. Key words：gas-liquid mass transfer；rectification；valve tower 化工原理课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 工艺计算书 目录 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%<以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强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.单板压降不大于0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 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.绘制塔板施工图<可根据实际情况选作）； 12.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 × 符号说明： a ——填料的有效比表面积，㎡/m3——填料的总比表面积，㎡/m3 a t ——填料的润湿比表面积，㎡/m3 a w ——塔板开孔区面积，m2 A a ——降液管截面积，m2 A f ——筛孔总面积，m2 A ——塔截面积，m2 A t ——流量系数，无因次 c C——计算umax时的负荷系数，m/s d ——填料直径，m d ——筛孔直径，m 0 D ——塔径，m D ——液体扩散系数，m2/s L D ——气体扩散系数，m2/s V e ——液沫夹带量，kg(液>/kg(气> v E——液流收缩系数，无因次 ——总板效率，无因次 E T F——气相动能因子，kg1/2/(s.m1/2> ——筛孔气相动能因子， F g——重力加速度，9.81m/s2 h——填料层分段高度，m HETP关联式常数 ——进口堰与降液管间的水平距离，m h 1 h ——与干板压降相当的液柱高度，m液柱 c h ——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m d h ——塔板上鼓泡层高度，m f ——与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱 h l h ——板上清液层高度，m L ——允许的最大填料层高度，m h max h ——降液管的低隙高度，m ——堰上液层高度，m h OW h ——出口堰高度，m W ——进口堰高度，m h’ W h δ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱 目录 板式精馏塔设计任务书 (3) 设计题目： (3) 二、设计任务及操作条件 (3) 三、设计内容： (3) 一．概述 (5) 1.1 精馏塔简介 (5) 1.2 苯-甲苯混合物简介 (5) 1.3 设计依据 (5) 1.4 技术来源 (6) 1.5 设计任务和要求 (6) 二．设计方案选择 (6) 2.1 塔形的选择 (6) 2.2 操作条件的选择 (6) 2．2.1 操作压力 (6) 2.2.2 进料状态 (6) 2.2.3 加热方式的选择 (7) 三．计算过程 (7) 3.1 相关工艺的计算 (7) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (7) 3.1.2 物料衡算 (8) 3.1.3 最小回流比及操作回流比的确定 (8) 3.1.4精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (9) 3.1.5逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.6 全塔效率的估算 (11) 3.1.7 实际板数的求取 (13) 3.2 精馏塔的主题尺寸的计算 (13) 3.2.1 精馏塔的物性计算 (13) 3.2.2 塔径的计算 (15) 3.2.3 精馏塔高度的计算 (17) 3.3 塔板结构尺寸的计算 (18) 3.3.1 溢流装置计算 (18) 3.3.2塔板布置 (19) 3.4 筛板的流体力学验算 (21) 3.4.1 塔板压降 (21) 3.4.2液面落差 (22) 3.4.3液沫夹带 (22) 3.4.4漏液 (22) 3.4.5 液泛 (23) 3.5 塔板负荷性能图 (23) 3.5.1漏夜线 (23) 3.5.2 液泛夹带线 (24) 3.5.3 液相负荷下限线 (25) 3.5.4 液相负荷上限线 (25) 3.5.5 液泛线 (26) 3.6 各接管尺寸的确定 (29) 3.6.1 进料管 (29) 3.6.2 釜残液出料管 (29) 3.6.3 回流液管 (30) 3.6.4塔顶上升蒸汽管 (30) 四．符号说明 (30) 五．总结和设计评述 (31) 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。 3.2.2 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流 动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。而浮阀塔的优点正是： 而浮阀塔的优点正是： 1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 - 专业课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 ： 学号： 指导老师： 时间： 目录 设计任务书 (2) 一．设计题目 (2) 二．操作条件 (2) 三．塔板类型 (2) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计容 (3) 七．设计基础数据 (3) 符号说明 (4) 设计方案 (8) 一．设计方案的确定 (8) 二．设计方案的特点 (9) 三．工艺流程 (9) 工艺计算书 (12) 一．设计方案的确定及工艺流程的说明 (12) 二．全塔的物料衡算 (12) 三．塔板数的确定 (13) 四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (16) 五．精馏段的汽液负荷计算 (19) 六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (20) 七．塔板负荷性能图 (25) 八．附属设备的的计算及选型 (28) 筛板塔设计计算结果 (38) 设计评述 (41) 一．设计原则的确定 (41) 二．操作条件的确定 (41) 参考文献 (44) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 设计任务书 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯10000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯为35%（以上均为质量分数）。二．操作条件 1.塔顶压强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：0.506MPa(表压)； 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330天，每天24小时连续运行。 五．厂址 地区。 六．设计容 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.绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）； 12.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 (一）产品与设计方案简介 1.产品性质、质量指标和用途 产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1．105g/cm3。沸点131．6℃。凝固点-45℃。折射率1．5216(25℃)。闪点29．4℃。燃点637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面张力33．28×10-3N／m．溶解度参数δ＝9．5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1. 3％-7．1％(vol)。溶于大多数有机溶剂，不溶于水。常温下不受空气、潮气及光的影响，长时间沸腾则脱氯。蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。有毒．在体内有积累性，逐渐损害肝、 2910mg／kg，肾和其他器官。对皮肤和粘膜有刺激性．对神经系统有麻醉性，LD 50 空气中最高容许浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。与氯酸银反应剧烈 质量指标：氯苯纯度不低于99.8%，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯45%。（以上均为质量分数） 产品用途：作为有机合成的重要原料 2.设计方案简介 （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：F1型浮阀塔板，浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低;塔板开口率大，生产能力大；由于阀片可随气量的变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。（4）加料方式和加料热状态：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。 3工艺流程草图及说明 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分） 化学与环境工程学院 化工与材料系 2004年5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%）。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6.年工作日330天，每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算； 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算； 4.塔内流体力学性能的设计计算； 5.塔板负荷性能图的绘制； 6.塔的工艺计算结果汇总一览表； 7.辅助设备的选型与计算； 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压ο i 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3 ） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103 kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238.012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 附参考答案：苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） 《化工原理课程设计》报告 年处理5.4万吨苯-甲苯精馏装置设计 学院：化学化工学院 班级：应用化学101班 姓名：董煌杰 学号：10114308（14） 指导教师：陈建辉 完成日期：2013年1月17日 序言 化工原理课程设计是化学工程与工艺类相关专业学生学习化工原理课程必 修的三大环节之一，起着培养学生运用综合基础知识解决工程问题和独立工作能力的重要作用。 综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。 目录 一、化工原理课程设计任书 (1) 二、设计计算 (3) 1）设计方案的选定及基础数据的搜集 (3) 2) 精馏塔的物料衡算 (7) 3) 塔板数的确定 (9) 4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (15) 5) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (21) 6) 塔板主要工艺尺寸的计算 (23) 7) 塔板负荷性能图 (27) 三、个人总结 (36) 四、参考书目 (37) 课程设计说明书 题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 院(系): 化学化工学院 专业年级: 化学2012级 姓名: 王*** 学号: 121****** 指导教师: **副教授 2015年10月 目录 1绪论 (1) 2 设计方案确定与说明 (1) 2.1设计方案的选择 (1) 2.2工艺流程说明 (2) 3 精馏塔的工艺计算 (2) 3.2精馏塔的操作工艺条件和相关物性数据的计算 (3) 3.2.1精馏塔平均温度 (4) 3.2.2气、液相的密度的计算 (4) 3.2.3混合液体表面力 (6) 3.2.4混合物的黏度 (7) 3.2.5相对挥发度 (8) 3.2.6 气液相体积流量计算 (8) 3.3塔板的计算 (9) 3.3.1操作线方程的计算 (9) 3.3.2实际塔板的确定 (10) 3.4塔和塔板主要工艺结构尺寸计算 (11) 3.4.1塔径的计算 (11) 3.4.2溢流装置 (13) 3.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列 (15) 3.5 精馏塔塔板的流体力学计算 (17) 3.5.1精馏塔塔板的压降计算 (17) 3.5.2淹塔 (18) 3.6 塔板负荷性能计算 (18) 3.6.1 雾沫夹带线 (18) 3.6.2 液泛线 (19) 3.6.3 液相负荷上限 (20) 3.6.4 漏液线 (20) 3.6.5 液相负荷下限 (21) 3.6.6塔板负荷性能图 (21) 4 设计结果汇总表 (23) 5工艺流程图及精馏塔工艺条件图 (24) 6设计评述 (25) 1绪论 精馏塔作为石油化工行业最常用的化工设备之一，在当今工业中发挥了极其重要的作用。精馏塔通过物质的传质传热，将塔的进料中的物质分离，从而在塔顶和塔底分别获得人们需要的高浓度物质。苯与氯苯的分离，必须经过各种加工过程，炼制成多种在质量上符合使用要求的产品工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年，很长一段时间被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以后，石油化工的生产规模不断扩大，大型塔的直径已超过 10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。 工业生产对塔板的要求主要是：①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。②塔板效率要高。③塔板压力降要低。④操作弹性要大。⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。为了满足上述要求，近30年来，在塔板结构方面进行了大量研究，从而认识到雾沫夹带通常是限制气体通过能力的主要因素。在泡罩塔、筛板塔和浮阀塔中，气体垂直向上流动，雾沫夹带量较大，针对这种缺点，并为适应各种特殊要求，开发了多种新型塔板。 本文的主要设计容可以概括如下：1.设计方案的选择及流程；2.工艺计算； 3.浮阀塔工艺尺寸计算；4.设计结果汇总；5.工艺流程图及精馏塔工艺条件图 2 设计方案确定与说明 2.1设计方案的选择 资料 前言 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次课程设计为年处理含苯质量分数36%的苯-甲苯混合液4万吨的筛板精馏塔设计，塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气(或汽)液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。 在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 | ' 目录 第一章绪论 (1) 精馏条件的确定 (1) 精馏的加热方式 (1) 精馏的进料状态 (1) 精馏的操作压力 (1) 确定设计方案 (1) 工艺和操作的要求 (2) 满足经济上的要求 (2) 保证安全生产 (2) 第二章设计计算 (3) 设计方案的确定 (3) 精馏塔的物料衡算 (3) 原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3) 物料衡算 (3) 塔板计算 (4) 理论板数NT的求取 (4) 全塔效率的计算 (6) 求实际板数 (7) 有效塔高的计算 (7) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 操作压力的计算 (8) 操作温度的计算 (8) 平均摩尔质量的计算 (8) 平均密度的计算 (10) 液体平均表面张力的计算 (11) 液体平均黏度的计算 (12) 气液负荷计算 (13) 设计任务书 设计题目： 苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计 设计条件： 常压： 1p atm = 处理量： 100Kmol h 进料组成： 0.45f x = 馏出液组成： 98.0=d x 釜液组成： 02.0=w x （以上均为摩尔分率） 塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： min (1.1 2.0)R R =- 加料状态： 0.96q = 单板压降： 0.7a kp ≤ 设 计 要 求 ： (1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。 目录 摘要 ........................................................................................................................................................................... I 绪论 (1) 设计方案的选择和论证 (3) 第一章塔板的工艺计算 (5) 1.1基础物性数据 (5) 1.2精馏塔全塔物料衡算 (5) 1.2.1已知条件 (5) 1.2.2物料衡算 (5) 1.2.3平衡线方程的确定 (6) 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 (7) 1.2.5操作线方程 (7) 1.2.6用逐板法算理论板数 (7) 1.2.7实际板数的求取 (8) 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (9) 1.3.1进料温度的计算 (9) 1.3.2操作压力的计算 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.3平均摩尔质量的计算 (9) 1.3.4平均密度计算 (10) 1.3.5液体平均表面张力计算 (11) 1.3.6液体平均粘度计算 (12) 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 (12) 1.4.1塔径的计算 (12) 1.4.2精馏塔有效高度的计算 (14) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (14) 1.5.1溢流装置计算 (14) 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (15) 1.7塔板流体力学验算 (16) 1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (16) 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd (17) 1.7.3计算雾沫夹带量e V (18) 1.8塔板负荷性能图 (19) 1.8.1雾沫夹带线 (19) 1.8.2液泛线 (19) 1.8.3 液相负荷上限线 (21) 1.8.4漏液线 (21) 1.8.5液相负荷下限线 (21) 1.9小结 (22) 第二章热量衡算 (23) 2.1相关介质的选择 (23) 2.1.1加热介质的选择 (23) 2.1.2冷凝剂 (23) 2.2热量衡算 (23) 第三章辅助设备 (28) 苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计 算书 1 2 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书(精馏段部分) 化学与环境工程学院 化工与材料系 5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%(以上均为质量%)。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,自选; 3.回流比,自选; 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日330天,每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明; 2.塔的工艺计算; 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算; 4.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 1 2020年5月29日 2 2020年5月29日 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.辅助设备的选型与计算; 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 3 2020年5月29日 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率) 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示: 38 .01 238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 附参考答案:苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图略。 化工原理工程设计处理量为3000吨/年苯和氯苯体系精馏分离板式塔设计 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 板式精馏塔设计任务书 一、设计题目： 苯-氯苯体系精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（进料量）30000吨／年操作周期7200 小时／年 进料成分：含氯苯35%（质量分率，下同） 塔顶产品组成氯苯含量为98%;塔底产品组成含氯苯不得高于1.7%. 2、操作条件 操作压力4000Pa（表压）进料热状态q=0.7 单板压降： <或=0.7kPa 3、设备型式筛板或浮阀塔板（F1型） 4、厂址新乡地区 三、设计内容： 1、设计方案的选择及流程说明 2、工艺计算 3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及蒸馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4、辅助设备选型与计算 5、设计结果汇总 6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图 7、设计评述 目录 1.精馏塔的概述 (4) 2．设计内容................................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1.精馏塔的物料衡算........................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.塔板数的确定 (9) 2.3.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 西北师大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的意。 作者 2013年12月苯氯苯板式精馏塔工艺设计说明书
化工原理课程设计
年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续精馏塔的设计
苯氯苯板式精馏塔工艺设计方案
苯-甲苯板式精馏塔的课程设计
化工原理课程设计 苯-甲苯浮阀精馏塔共19页
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计
苯与氯苯分离化工原理课程设计
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计
苯与甲苯精馏塔课程设计
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计说明
化工原理课程设计-苯-甲苯精馏塔设计
苯-甲苯连续精馏浮阀塔课程设计
苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书
苯与氯苯精馏塔设计要点
苯甲苯精馏塔课程设计说明书
相关主题
文本预览