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: 李**副教授
2015年10月
目录
1绪论 (3)
2 设计方案确定与说明 (3)
2.1设计方案的选择
(3)
2.2工艺流程说明 (4)
3 精馏塔的工艺计算 (4)
3.2精馏塔的操作工艺条件和相关物性数据的计算 (5)
3.2.1精馏塔平均温度 (6)
3.2.2气、液相的密度的计算 (6)
3.2.3混合液体表面张力 (8)
3.2.4混合物的黏度 (9)
3.2.5相对挥发度 (10)
3.2.6 气液相体积流量计算 (10)
3.3塔板的计算 (12)
3.3.1操作线方程的计算 (12)
3.3.2实际塔板的确定 (13)
3.4塔和塔板主要工艺结构尺寸计算 (14)
3.4.1塔径的计算 (14)
3.4.2溢流装置 (15)
3.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列 (17)
3.5 精馏塔塔板的流体力学计算 (19)
3.5.1精馏塔塔板的压降计算 (19)
3.5.2淹塔 (20)
3.6 塔板负荷性能计算 (21)
3.6.1 雾沫夹带线 (21)
3.6.2 液泛线 (21)
3.6.3 液相负荷上限 (22)
3.6.4 漏液线 (22)
3.6.5 液相负荷下限 (23)
3.6.6塔板负荷性能图 (23)
4 设计结果汇总表 (25)
5工艺流程图及精馏塔工艺条件图 (26)
6设计评述 (27)
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，很长一段时间内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。
本文的主要设计内容可以概括如下：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
塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。
泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比范围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；
塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到，而且更可靠。浮阀塔更适合塔径不很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。
因此，本次设计选用浮阀式板式精馏塔。
2.2工艺流程说明
精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，苯、氯苯混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器一部分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。
3精馏塔的工艺计算
3.1全塔的物料衡算
x：原料组成(kmol%)
F：原料液流量 (kmol/s)
F
x：塔顶组成(kmol%)
D：塔顶产品流量(kmol/s)
D
x：塔底组成(kmol%)
W：塔底残液流量(kmol/s)
W
料液及塔顶、塔底产品含苯的摩尔分数计算
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11kg/mol和112.61kg/mol。
014
.011
.78/98.05.112/02.05
.112/02.097
.011
.78/02.05.112/98.05
.112/98.035
.011
.78/)44.01(5.112/44.05
.112/44.0=+==+==-+=
W D F x x x 平均摩尔质量
h kmol M h kmol M h kmol M W D F /60.7861.112014.0986.011.78/47.11161.11297.003.011.78/15.9061.11235.065.011.78=?+?==?+?==?+?=
料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：一年以300天。一天以24小时计，有
F =
全塔物料衡算：
总物料衡算 F = D + W 苯物料衡算 0.44F=0.02D+0.98W 联立解得 F=138.51kmol/h D=78.09kmol/h W=60.59kmol/h
3.2精馏塔的操作工艺条件和相关物性数据的计算
表3-1常压下苯—氯苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系
3.2.1精馏塔平均温度
利用表3-1中数据由拉格朗日插值法可求得F t 、D t 、W t 。
（1） F t ：
39.95267.035.0110
447.0267.0100110=?--=--F F t t ℃
（2） D t ：34.80198.002
.8069.019002.80=?--=--D D t t ℃
（3） W t ： 12.1290
014.08
.1310195.001308.131=?--=--W W t t ℃
（4） 精馏段平均温度：87.87234
.8039.9521=+=+=D F t t t ℃
（5） 提馏段平均温度：26.1122
12
.12939.9522=+=+=W F t t t ℃
3.2.2气、液相的密度的计算
已知：混合液密度：
B
B
A
A
L
a a ρρρ+
=
1
（a 质量分率，M 为平均相对分子质量），
不同温度下苯和氯苯的密度见表3-2。
表3-2 不同温度下苯和氯苯的密度ρ（3/m kg ）
混合气密度：0
04.22TP PM
T L =ρ
（1）精馏段： 87.871=t ℃ 液相组成1x ：
78.01
02
.8087.87169.002.809011=?--=--x x
气相组成1y ：
94.01
02
.8087.871916.002.809011=?--=--y y
所以 ()()kmol
kg M kmol kg M V L /44.11011.7894.015.11294.0/93.10411.7878.015.11278.011=?-+?==?-+?=
（2）提馏段： 26.1122=t ℃ 液相组成2x ：
24.0267.0110
26.112267.0129.011012022=?--=--x x
气相组成2y ：
56.061
.0110
26.11261.0378.011012022=?--=--y y
所以
()()kmol
kg M kmol kg M V L /37.9711.7856.015.11256.0/36.8611.7824.015.11224.022=?-+?==?-+?=
求得在1t 和2t 温度下苯和氯苯的密度。
87.871=t ℃
33
/34.10301039
80
87.87103910288090/34.808817
80
87.87103910288090m kg m kg =?--=--=?--=--氯苯氯苯苯苯ρρρρ 同理可得：
26.1122=t ℃， 3
3/51.1005/51.779m
kg m kg ==氯苯苯ρρ
在精馏段，液相密度1L ρ：
()[]3
11
/33.83334.103016
.0134.80878.0111.785.11278.0/5.11278.01m kg L L =-+
-?+??=
ρρ
气相密度1V ρ： ()
31/73.387.8715.2734.2215
.27344.110m kg V =+??=
ρ
在提馏段，液相密度2L ρ：
()[]3
22
/93.92551.1005687
.0151.77911.7824.015.11224.0/5.11224.01m kg L L =-+
?-+??=
ρρ
气相密度2V ρ： ()
32/29.326.11215.2734.2215
.27337.97m kg V =+??=
ρ
3.2.3 混合液体表面张力
不同温度下苯和氯苯的表面张力见下表。
表3-3 苯和氯苯不同温度下的表面张力（m mN /）
精馏段87.871=t ℃ 苯的表面张力：
1.203.176.203.1787.8711085110=?--=--苯苯σσ mol cm m V w w m /64.9733
.83311
.783===ρ
氯苯的表面张力；
36.257.2287.871107.257.2285110=?--=--氯苯氯苯σσ mol m m V o o o /16.3073
.35
.1123===ρ
()()()[]()()[]()
41
.016.3078.073.9322.016.3078.073.9378.0112
000020000020
2
=?+????-=
+-=+=V x V x V x V x V X V x V x xV w w w w w w w ??
387.041.0lg lg 2-==???
? ??=o w B ??
43
.104.1387.004.173.9336.25216.301.2015.27387.872441.0441.03/23
/23/23
/2-=--=+=-=???
? ???-????? ??+?=??
????-???? ???=Q B A V q V T q Q m w o o δδ 联立方程组1,lg 2=+????
??=so sw so sw A ????
代入求得：
37
.21165.21.20625.036.25375.0625
.0,375.04/14/14/1==?+?===m m so sw σσ??
提馏段26.1122=t ℃ 苯的表面张力；
mol cm m V w w m /36.8493
.92511.78,07.178.1626.1121153.178.161101153==='=?--=--ρσσ苯苯
氯苯的表面张力：
mol m m V o o o /19.3429
.35.112,47.222.227
.222.2226.1121151101153=='='=?--=--ρσσ氯苯氯苯
()[]()
057
.0783.084.0783.036.8447.22219.3407.1715.27326.1122441.084.093.6lg lg 93
.619.3424.036.8476.014.3824.036.8424.013/23
/2222
=-='+'='-=???
? ???-????? ??+?='==????
??''='=?+????-='Q B A Q B o
w o w ????
联立方程组1,lg 2='+'????
??''='so sw so sw A ???? 代入求得：37.0,63.0='='si sw ?? 求得45.19='m
σ 3.2.4混合物的黏度
查化工原理附录11可得
87.871=t ℃， s mPa s mPa ?=?=35.027.0氯苯苯，μμ 26.1122=t ℃， s mPa s mPa ?=?=26.019.0氯苯苯，μμ 精馏段黏度：
()
()s
mPa x x ?=-?+?=-+=2875.078.0135.078.027.01111氯苯苯μμμ
提馏段黏度：
()
()s
mPa x x ?=-?+?=-+=2432.024.0126.024.019.01222氯苯苯μμμ
3.2.5 相对挥发度
精馏段挥发度：由94.0,78.0==A A y x 得 06.0,22.0==B B y x 所以 相对挥发度12.478
.006.022
.094.0=??==
A B B A x y x y α 提馏段挥发度：由56.0,24.0='='A A y x 得 44.0,76.0='='B B y x
所以 相对挥发度03.424.044.076.056.0=??=''''=
A
B B A x y x y α 3.2.6 气液相体积流量计算
在y x ~图上，因1=q ，查得74.0=e y ，而35.0==F e x x ，97.0=D x 故有：59.035
.074.074.097.0min =--=--=
e e e D x y y x R 取18.159.022min =?==R R 精馏段： L =RD =
V =(R +1)D=
=0.0473kg/s
已知：3
13
111/73.3/33.833/44.110,/93.104m kg m kg kmol
kg M kmol kg M V L V L ====ρρ
则有质量流量：
体积流量：11.60m 3/h=0.0032m 3/s
1.40
提馏段：
因本设计为饱和液体进料，所以1=q 。
=
0.0473kmol/s
已知：3
23
222/29.3/93.925/37.97,/36.86m kg m kg kmol
kg M kmol kg M V L V L ====ρρ
则有质量流量：
体积流量：
s m V V s
m L L V s L s /4.129
.36
.4/00597.093.92553
.532
2
232
2
2==
=
===
ρρ
3.3塔板的计算
3.3.1操作线方程的计算
精馏段操作线方程：44.054.0111+=+++=
+n D n n x R x
x R R y 提馏段操作线方程：074.10739.01+-=-'--''=+m W m m x x W
L W
x W L L y
表3-4 相关数据表
图3-1 苯-氯苯精馏塔理论塔板数图解
3.3.2实际塔板的确定
作图得精馏段理论板数为3.7块 提馏段理论板数为5.8块
（1）精馏段
已知：s mPa L ?==2875.0,12.41μα
所以：()87.747
.07
.347
.02875.012.449.0245
.0====??=-T T P T E N N E 精块，取实际板数为8块
（2）提馏段 已知：
()
495
.02432.003.449.02432.0,03.4245
.02=??=?==-T L E s
mPa μα
所以：72.11495
.08
.5===
T T p E N N 提块 取实际板数为12块
全塔所需实际塔板数：20128=+=+=提精P P P N N N 块 全塔效率%45%10020
1
10=?-==
P T T N N E 加料板位置在第10块板。
3.4 塔和塔板主要工艺结构尺寸计算
3.4.1塔径的计算 （1）精馏段
由()V
V
L C
u u u ρρρ-=?=max max ,8.0~6.0，式中C 可由史密斯关联图查出： 横坐标数值：0344.073.333.83339.503158.112
/12
/11111=??
? ???=???
?
???V L s s V L ρρ
初取板间距：通常板间距取m 60.0~45.0，则取m H T 45.0=，板上液层高度
m h L 06.0=， 则m h H T T 39.006.045.0=-=-
图3-2 史密斯关联图
查史密斯关联图可得：089.02037.21088.020,088.02
.02
.02020=?
?
?
???=?
?
?
??==σC C C
s m u /31.173
.373
.333.833089.0max =-?
=
取安全系数为0.7，则空塔气速为 s m u u /917.031.17.07.0max =?== m u V D s 47.1917
.014.34
.144=??==
π 按标准塔径圆整为1.6m 横截面积：22201.26.1785.04
m D A T =?==
π
实际空塔气速：s m u /70.001
.24
.1== （2）提馏段
横坐标数值：0715.029.393.925504049.212
/12
/12222=??
?
???=???
?
???V L s s V L ρρ
取板间距m h m H L T
06.0,45.0='='，则有m h H T T 39.006.045.0=-=- 查图可知082.020=C ,m u V D s m u u s
m u C C s 36.196
.014.34.144/96.037.17.07.0/37.129
.329
.393.925084.0084
.02045.19084.020222max
2max 2
.02
.020=??==
=?='==-?='=?
?
?
???=?
?
?
??=πσ
根据顶标准圆整为1.60m 。横截面积：2201.26.1785.0m A T =?=' 空塔气速：s m u /70.001
.24
.12
=='
3.4.2 溢流装置
（1）堰长w l
当溢流堰为单流程并无辅堰时，堰长和塔径比一般为8.0~6.0。 取m D l w 12.16.165.065.0=?== （2）出口堰高
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。
堰上液高度ow h 按公式3
/2100084.2???
?
??=w h ow l l E h 近似取1=E
①精馏段：m h h h m
h ow L w ow 0469.00131.006.00131.012.158.11100084.23
/2=-=-==??
?
???= ②提馏段：m h h h m
h w L w ow 0396.00204.006.00204.017.149.21100084.23
/2=-='-'='=??
? ???= （3）弓形降液管的宽度和横截面积
图3-3 关系图、与T f d w A A D W D l /// 由
7.08
.112.1==D l w 查上图得
15.0,
09.0==D
W A A d
T
f ， 则：m W m A d f 24.06.115.0,181.001.209.02=?==?= 验算降液管内停留时间： 精馏段：s L H A s T f 30.2500322
.045
.0181.01=?=
=
θ
提馏段：s L H A s T f 64.1300597
.045
.0181.02
=?=
'='θ
停留时间s 5>θ，所以降液管可使用。
（4）降液管底隙高度 精馏段：
取降液管底隙的流速s m u /08.00=，则有m u l L h w s 036.008
.012.100322.0010=?== 取m h 04.00= 提馏段：
取降液管底隙的流速s m u /08.00
='，则有m u l L h w s 067.008
.012.100597
.0020=?='=' 取m h 07.00
=' 因为0
h '不小于20mm ，故0h 满足要求。
3.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列
（1） 塔板分布
本塔塔径为m D 6.1=，采用分块式塔板，查下表得。塔板为4块。 表3-5 不同塔径的分块式塔板数
（2） 浮阀数目与排列 精馏段：
取阀孔动能因子120=F ，则孔速01u 为： s m F u V /22.673
.312
1
01==
=
ρ 取浮阀塔盘的阀径mm d v 50=，一般取阀孔的直径与阀径的比值为
85.0~75.0/0=v d d ，所以取阀孔孔径mm d 408.0500=?= 每层塔板上浮阀数目为：
18022.604.0785.04
.14
2
0201=??==u d V N s π块（采用1F 型浮阀）
取边缘区宽度m W c 06.0=，破沫区宽度m W s 10.0=。
计算塔板上的鼓泡区面积，即：?????
?
+-=R x R x R x A a arcsin 1802222π
其中 ()()m
W W D x m W D R s d c 46.010.024.02
6.1274.006.026
.12=+-=+-==-=-=
所以2
22204.174.046.0arcsin 84.018014.346.074.046.02m A a =??
?????+-??= 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距mm t 75= 排间距t '一般取mm 110~65 则排间距：mm m N A t t a 77077.0075
.018004
.1==?==
' 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板。而各分块的支撑与衔接也要占去一部分豉泡面积，因此排间距不宜采用77mm ，而应小些，故取70='t mm ，按
mm t mm t 70,75='=，以等腰三角形叉排方式作图，取塔盘外围浮阀的阀孔中心
到塔壁的距离为80mm,与进口堰、溢流堰的距离为90mm,刚开孔部分的长边为
m l 64.108.026.11=?-=，短边为m W l d 94.009.0226.12=?--= 所以作图可得浮阀数为205个。
按205=N 重新计算孔速和阀孔动能因数。
50
.1073.344.5/44.520504.0785.04
.10201
=?='=??='F s
m u 阀孔动能因数变化不大，仍在9～13范围内。 塔板开孔效率%87.12%10044.57.00
=?='=u u φ 提馏段
取阀孔动能因数120=F ，则s m F u V /63.629
.312
2
02==
='ρ 每层塔板上浮阀数目为：16863
.604.0785.04
.14
2
02
202=??=
'=
'u d V N s π
块
按mm t 75=，估算排间距为mm t 5.82075
.016804
.1=?=
'
取mm t 80='，排得阀数为179个。
按179=N 重新计算孔速和阀孔动能因数
28
.1129.341.6/23.617904.0785.04
.1022
02=?==??=
F s m u 阀孔动能因数变化不大，仍在9~13范围内。 塔板开孔效率%24.11%10023
.67.00=?==u u φ
3.5 精馏塔塔板的流体力学计算
3.5.1 精馏塔塔板的压降计算
气相通过浮阀塔板的压降可根据σh h h h c p ++=1计算 ① 精馏段 干板阻力：s m u V c /11.573
.31
.731
.73825
.1825
.11
10===ρ 因为1001c u u >，故：m g u h L V c 036.08
.933.833244.573.334.5234.52
12
0111=????=?=ρρ
板上充气液层阻力：
取m h h L L 03.006.05.0,5.0010=?===εε 液体表面张力所造成的阻力：
此阻力很小，楞忽略不计，因此气体流经塔板的压降相当的高度为：
Pa
g h p m
h L P P P 00.5398.933.833066.0066.003.0036.01111=??==?=+=ρ
② 提馏段
干板阻力：s m u V c /47.529
.31
.731
.73825
.1825
.12
20===ρ 因2002c u u >，故：s m g u h L V c /029.08
.993.925247.529.334.5234.52
22
0222=????=?=ρρ
板上充气液层阻力：取m h h L L 03.006.05.0,5.0020=?===εε 液体表面张力所造成的阻力：
此阻力很小，可以忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度为： Pa
g h P m
h L P P P 37.5358.993.925065.0059.003.0029.02222=??==?=+=ρ
3.5.2 淹塔
为了防止发生淹塔的现象，要求控制降液管中清液的高度。 ()d L p d W T d h h h H H H H ++=+≤即,φ ① 精馏段
单层气体通过塔板降液管所相当的液柱高度：m h P 066.01= 液体通过液体降液管的压头损失：
m h l L h w s d 00080.004.012.100322.0153.0153.02
2
0111=??? ????=???
? ??= 板上液层高度：m H m h d L 127.006.00008.0066.0,06.01=++==则 取5.0=φ，已选定m h m H w T 0469.0,45.01== 则()()m h H w T 248.00469.045.05.01=+?=+φ 可见()11w T d h H H +<φ，所以符合防止淹塔的要求。 ② 提馏段
单板压降所相当的液柱高度：m h P 059.02= 液体通过液体降液管的压头损失：
m h l L h w s d 00089.007.012.100597.0153.0153.02
2
0222=??? ????=???
? ??= 板上液层高度：m h L 06.0=，则m H d 12.006.000089.0059.02=++= 取5.0=φ，则()()m h H w T 245.00396.045.05.02=+?=+φ 可见()22w T d h H H +<φ，所以符合防止淹塔的要求。
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。
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 化工原理课程设计 设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计 化工原理课程设计任务书 ?设计任务 分离含苯35% ，甲苯65%的二元均相混合液，要求所得单体溶液的浓度不低于97% 。（以上均为质量分率） 物料处理量：20000吨/年。（按300天/年计） 物料温度为常温（可按20℃计）。 ?设计内容 设计一常压下连续操作的板式精镏塔，设计内容应包含： 方案选择和流程设计； 工艺计算（物料、热量衡算，操作方式和条件确定等），主要设备的工艺尺寸计算（塔高、塔径）； 主体设备设计，塔板选型和布置，流体力学性能校核，操作负荷性能图，附属设备选型； 绘制工艺流程示意图、塔体结构示意图、塔板布置图； （设计图纸可手工绘制或CAD绘图） ?计算机辅助计算要求 物性计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下热容的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序。 气液相平衡计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下泡点、露点的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。 精馏塔计算 ①编制计算分离二元理想混合液最小回流比的通用程序； ②编制分离二元理想混合液精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序。 采用上述程序对设计题目进行计算 ?报告要求 设计结束，每人需提交设计说明书（报告）一份，说明书格式应符合毕业论文撰写规范，其内容应包括：设计任务书、前言、章节内容，对所编程序应提供计算模型、程序框图、计算示例以及文字说明，必要时可附程序清单；说明书中各种表格一律采用三线表，若需图线一律采用坐标纸（或计算机）绘制；引用数据和计算公式须注明出处（加引文号），并附参考文献表。说明书前后应有目录、符号表；说明书可作封面设计，版本一律为十六开(或 A4幅面)。 摘要 化工生产和现在生活密切相关，人类的生活离不开各色各样的化工产品。设计化工单元操作，一方面综合了化学，物理，化工原理等相关理论知识，根据课程任务设计优化流程和工艺，另一方面也要结合计算机等辅助设备和机械制图等软件对数据和图形进行处理。 本次设计旨在分离苯和甲苯混合物，苯和甲苯化学性质相同，可按理想物系处理。通过所学的化工原理理论知识，根据物系物理化学特性及热力学参数，对精馏装置进行选型和优化，对于设备的直径，高度，操作条件（温度、压力、流量、组成等）对其生产效果，如产量、质量、消耗、操作费用 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 - 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 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 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） 化工过程设 备设计 设计题目：设计一座处理苯——甲苯混合液的连续筛板式精馏塔设计人：旷天亮 班级：11级化工<3）班 学号：1120204009 设计时间：2018年12月 目录 课程设计任务书??????????????????2 第一章．设计概述??????????????????5 第二章．设计方案的确定及流程说明????????????????9 第三章.塔的工艺计算??????????????????12 第四章．塔和塔板主要工艺尺寸的设计????????????2?4 ??? （1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定????????????.24 （2）塔板的流体力学验算????????????????????..27 （3） 塔板的负荷性能图 ??????? （4＞设计结果概要或设计结果一览表 ?? 第五章 .对本设计的评述和有关问题的分析讨论 化工原理课程设计二》任务书 （1＞ （一） 设计题目： 试设计一座苯 —甲苯连续精馏塔，要求进料量 5 吨/小时，塔顶馏出液中苯含量不低于 99%，塔底馏出液中苯含量不高于 2%，原料液中含苯 41%＜以上均为质量 %）。 ＜二）操作条件 ＜1）塔顶压强 4kPa ＜表压） ＜2）进料热状况气液混合进料 ＜液：气 =1：2） ＜3）回流比自选 ＜4）单板压降不大于 0.7kPa ＜三）设备型式 ： 筛板塔 ＜四）设备工作日 ：每年 330天，每天 24 小时连续运行 ＜五）厂址 ： 西宁地区 ＜六）设计要求： 1、 概述 2、 设计方案的确定及流程说明 3、 塔的工艺计算 4、 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 （1） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定； .34 29 .33 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 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 (10) 2.3.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (13) 化工原理课程设计 设计题目：苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计设计人： 班级： 学号： 指导老师： 设计时间： 目录 设计任务书 (3) 前言 (4) 第一章工艺流程设计 (5) 第二章塔设备的工艺计算 (6) 第三章塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15) 第四章塔板的流体力学验算 (18) 第五章塔板负荷性能图 (21) 第六章换热器的设计计算与选型 (25) 第七章主要工艺管道的计算与选择 (28) 结束语 (30) 参考文献 (32) 附录 (33) 化工原理课程设计任务书 设计题目：苯—甲苯连续精馏塔（浮阀塔）的设计 一、工艺设计部分 （一）任务及操作条件 1. 基本条件：含苯25％(质量分数，下同)的原料液以泡点状态进入塔内，回流比为最小回流比的 1.25倍。 2. 分离要求：塔顶产品中苯含量不低于95％，塔底甲苯中苯含量不高于2％。 3. 生产能力：每小时处理9.4吨。 4. 操作条件：顶压强为4 KPa (表压)，单板压降≯0.7KPa，采用表压0.6 MPa的饱和蒸汽加热。（二）塔设备类型浮阀塔。 （三）厂址：湘潭地区（年平均气温为17.4℃） （四）设计内容 1. 设计方案的确定、流程选择及说明。 2. 塔及塔板的工艺计算塔高（含裙座）、塔径及塔板结构尺寸；塔板流体力学验算；塔板的负荷性能图；设计结果概要或设计一览表。 3. 辅助设备计算及选型（注意：结果要汇总）。 4. 自控系统设计（针对关键参数）。 5. 图纸：工艺管道及控制流程图；塔板布置图；精馏塔的工艺条件图。 6. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 二、按要求编制相应的设计说明书 设计说明书的装订顺序及要求如下： 1. 封面（设计题目，设计人的姓名、班级及学号等） 2. 目录 3. 设计任务书 4. 前言（课程设计的目的及意义） 5. 工艺流程设计 6. 塔设备的工艺计算（计算完成后应该有计算结果汇总表） 7. 换热器的设计计算与选型（完成后应该有结果汇总表） 8. 主要工艺管道的计算与选择（完成后应该有结果汇总表） 8. 结束语（主要是对自己设计结果的简单评价） 9. 参考文献（按在设计说明书中出现的先后顺序编排，且序号在设计说明书引用时要求标注） 10. 设计图纸 三、主要参考资料 [1] 化工原理；[2] 化工设备机械基础；[3] 化工原理课程设计；[4] 化工工艺设计手册 四、指导教师安排杨明平；胡忠于；陈东初；黄念东 五、时间安排第17周～第18周 《化工原理》课程设计报告 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 合作者 指导教师 化工原理设计任务书 一、设计题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 二、设计任务 1）进精馏塔的原料液中含氯苯为38%（质量百分比，下同），其余为苯。 2）塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。 3）生产能力为日产纯度为99.8%的氯苯Z吨产品。年工作日300天，每天24小时连续运行。（设计任务量为3.5吨/小时） 三、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0.5MPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6. 设备型式：自选 7．厂址天津地区 四、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五行数据的计算； 4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5.塔板的主要工艺尺寸计算； 6.塔板的流体力学计算； 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； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论 五、基础数据 1.组分的饱和蒸汽压 i 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 氯苯 t B 111.11127-= 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 .01212??? ? ??--=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。 课程设计任务书 课程名称综合课程设计1 课程代码80s06210 设计时间指导教师 专业班级 一、课程设计任务（题目）及要求 （一）设计任务：筛板塔设计 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物，原料液处理量为5500kg/h、组成为0.5(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下： 操作压力4kPa(塔顶表压) 进料热状况自选 回流比自选 单板压降≤0.7kPa 全塔效率E T=52% 气候条件忽略 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。设计基本资料见主要参考资料。 （二）设计要求 1、学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换。 2、查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。 3、最后提交的课程设计成果包括： a) 课程设计说明书纸质文件。 b) 课程设计说明书电子文件。 c) 课程设计计算电子表格文件。 二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求） 1、分析课程设计题目的要求； 2、写出详细设计说明； 3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据； 4、设计完成后提交课程设计说明书； 5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排符合要求。 6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求，设计内容按参考资料[2]121页设计示例执行。理论塔板数的求取用逐板计算法。A f和W d的求取按自己推导的公式进行。 三、主要参考资料 [1] 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,2002年6月. [2] 陈敏恒，潘鹤林.化工原理（少学时）.华东理工大学出版社，2008年8月. 指导教师（签名）：教研室主任（签名）： 第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； –––––塔内所需要的理论板层数； –––––总板效率； –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； –––––气体体积流量，m 3 u –––––空塔气速， u =（0.6~0.8） （3-3） V V L C u ρρρ-=m a x （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，3 V ρ–––––气相密度，3 C –––––负荷因子， 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子， L σ–––––操作物系的液体表面张力， 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ? ?+-=-r x r x r x A a 1 222s i n 1802π （3-11） 苯-氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计 一、设计题目 设计一苯-氯苯连续精馏塔冷凝器。工艺要求：年产纯度为99.4%的氯苯40500t/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，料液温度为50℃t； 3.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 4.单板压降不大于0.7kPa； 5.回流液和馏出液温度均为饱和温度； 3.冷却水进出口温度分别为25℃和30℃； 4.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.冷凝器的热负荷； 4.冷凝器的选型及核算； 5.冷凝器结构详图的绘制； 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/m3） 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 .012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C 2.359?=c t ） 板式精馏塔设计任务书4-3 一、设计题目： 苯―甲苯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） 6万吨／年 操作周期 7200 小时／年 进料组成 48.0％（质量分率，下同） 塔顶产品组成 98.0％ 塔底产品组成 3.0% 2、操作条件 操作压力常压 进料热状态泡点进料 冷却水 20℃ 加热蒸汽 0.19MPa 3、设备型式筛板塔 4、厂址安徽省合肥市 三、设计内容： 1、概述 2、设计方案的选择及流程说明 3、塔板数的计算(板式塔) ( 1 ) 物料衡算; ( 2 ) 平衡数据和物料数据的计算或查阅; ( 3 ) 回流比的选择; ( 4 ) 理论板数和实际板数的计算; 4、主要设备工艺尺寸设计 ( 1 ) 塔内气液负荷的计算; ( 2 ) 塔径的计算; ( 3 ) 塔板结构图设计和计算； ( 4 )流体力学校核； ( 5 )塔板负荷性能计算； ( 6 )塔接管尺寸计算； ( 7 )总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 5、辅助设备选型与计算 6、设计结果汇总 7、工艺流程图及精馏塔装配图 8、设计评述 目录 1、概述 (3) 1.1 精馏单元操作的简介 (3) 1.2 精馏塔简介 (3) 1.3 苯-甲苯混合物简介 (3) 1.4设计依据 (3) 1.5 技术来源 (3) 1.6 设计任务和要求 (4) 2、设计计算 (4) 2.1确定设计方案的原则 (4) 2.2操作条件的确定 (4) 2.2.1操作压力 (4) 2.2.2进料状态 (5) 2.2.3加热方式的选择 (5) 2.3设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 2.4板式精馏塔的简图 (6) 2.5常用数据表： (6) 3、计算过程 (8) 3.1 相关工艺的计算 (9) 3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 3.1.3 物料衡算 (9) 3.1.4 最小回流比及操作回流比的确定 (9) 3.1.5精馏塔的气、液相负荷和操作线方程 (10) 3.1.6逐板法求理论塔板数 (10) 3.1.7精馏塔效率的估算 (12) 3.1.8实际板数的求取 (12) 3.2精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 3.2.1操作压力计算 (12) 3.2.2操作温度计算 (13) 3.2.3平均摩尔质量计算 (13) 3.2.4平均密度计算 (14) 3.2.5液体平均表面张力计算 (15) 3.2.6液体平均粘度计算 (16) 3.3 精馏塔的主要工艺尺寸的计算 (17) 3.3.1 塔内气液负荷的计算 (17) 3.3.2 塔径的计算 (17) 3.3.3 精馏塔有效高度的计算 (19) 3.4 塔板结构尺寸的计算 (19) 3.4.1 溢流装置计算- (19) 3.4.2塔板布置 (21) 3.5筛板的流体力学验算 (23) 3.5.1 塔板压降相当的液柱高度计算 (23) 3.5.2液面落差 (24) 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书五 (4) 三设计计算 (5) 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 1.2 精馏塔的物料衡算 (7) 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 1.6 筛板的流体力学验算 (20) 1.7 塔板负荷性能图 (23) 四设计结果一览表 (29) 五板式塔得结构与附属设备 (30) 5.1附件的计算 (30) 5.1.1接管 (30) 5.1.2冷凝器 (32) 5.1.3 再沸器 (32) 5.2 板式塔结构 (33) 六参考书目 (35) 七设计心得体会 (35) 八附录 (37) 一序言 化工原理课程设计是综合运用《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。 课程设计题目—苯-氯苯分离过程筛板精馏塔设计2.3万吨一、设计题目 试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，已知原料液的处理量为2.3万吨，设塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，塔底馏出液中含苯不高于0.2%，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.冷却水温度：35℃； 7.年工作日300天，每天24小时连续运行。 三、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.塔板流体力学性能的计算； 7.塔板负荷性能图的绘制； 8.塔的工艺计算结果汇总一览表； 9.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 10.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 i 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.组分的表面力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面力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.液体的粘度μL 5.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 ） 6.其他物性数据可查化工原理附录。苯-甲苯体系板式精馏塔设计
苯氯苯板式精馏塔工艺设计方案
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计
年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续精馏塔的设计
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计
苯与甲苯连续精馏塔设计方案青海大学)
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计说明
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
化工原理课程设计之苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计
板式精馏塔课程设计
连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物
精馏塔工艺工艺设计计算
苯氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计
板式精馏塔设计书.doc
化工原理课程设计-苯-甲苯精馏塔设计(最终版)
苯一氯苯分离过程板式精馏塔设计说明
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