课程设计说明书
目 录
一、苯-氯苯分离过程板式精馏塔的设计任务书..................................................................... - 1 -
1.1设计题目 ........................................................................................................................ - 1 - 1.2操作条件 ........................................................................................................................ - 1 - 1.3塔设备型式 .................................................................................................................... - 1 - 1.4设备工作日 .................................................................................................................... - 1 - 1.5厂址 ................................................................................................................................ - 1 - 1.6主要设计内容 ................................................................................................................ - 1 - 1.7 基础数据 ....................................................................................................................... - 2 - 二、产品与设计方案简介 .......................................................................................................... - 3 -
1.产品性质、质量指标 ....................................................................................................... - 3 -
2.设计方案简介 ................................................................................................................... - 4 - 三、工艺计算及主体设备设计 .................................................................................................. - 4 -
1.精馏塔的物料衡算 ........................................................................................................... - 4 -
1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ................................................................ - 4 - 1.3物料衡算 ................................................................................................................ - 5 -
2.塔板数的确定 ................................................................................................................... - 5 -
2.1理论塔板层数T N 的确定 .................................................................................... - 5 -
3.实际塔板数p N ............................................................................................................... - 7 - 3.1全塔效率 ................................................................................................................ - 7 -
3.2精馏段实际板层数 ................................................................................................ - 8 -
4.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 .................................................................................................... - 8 - 4.2操作温度的计算 .................................................................................................... - 8 - 4.3平均摩尔质量计算 .............................................................................................. - 10 - 4.4平均密度计算 ...................................................................................................... - 10 - 4.5液相平均表面张力 .............................................................................................. - 11 - 4.6液相平均粘度计算 .............................................................................................. - 12 -
四、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ............................................................................................ - 13 -
1.塔径的计算 ..................................................................................................................... - 13 -
1.1精馏段的气、液相体积流率 .............................................................................. - 13 - 1.2提馏段的气、液相体积流率 .............................................................................. - 14 -
2.塔高的计算 ..................................................................................................................... - 15 -
2.1精馏塔有效高度的计算 ...................................................................................... - 15 - 2.2全塔实际高度 ...................................................................................................... - 15 -
五、塔板工艺结构尺寸的设计与计算 .................................................................................... - 15 -
1.溢流装置 ......................................................................................................................... - 16 -
1.1溢流堰长（出口堰长）w l ................................................................................. - 16 - 1.2溢流堰高度ow L w h h h -= ................................................................................. - 16 -
1.3降液管的宽度d W 和降液管的面积f A ............................................................. - 16 - 1.4液体在降液管内的停留时间 .............................................................................. - 16 - 1.5降液管的底隙高度o h ......................................................................................... - 16 -
2.塔板布置 ......................................................................................................................... - 17 -
2.1塔板的分块 .......................................................................................................... - 17 -
2.2边缘区宽度c W 与安定区宽度s W ...................................................................... - 17 - 2.3开孔区面积a A .................................................................................................... - 17 -
3.开孔数n 和开孔率 ..................................................................................................... - 17 - 六．塔板上的流体力学验算 .................................................................................................... - 18 - 1.塔板压降 ......................................................................................................................... - 18 -
1.2气体通过板上液层的压降l h ............................................................................. - 18 - 1.3气体克服液体表面张力产生的压降σh ............................................................. - 19 - 1.4气体通过每层筛板的压降（单板压降）p h 和p p Δ ........................................ - 19 -
2.液沫夹带量v e 的验算 .................................................................................................... - 19 -
3.漏液的验算 ..................................................................................................................... - 19 -
4.液泛的验算 ..................................................................................................................... - 20 - 七、塔板负荷性能图 ................................................................................................................ - 21 -
1.漏液线（气相负荷下限线） ......................................................................................... - 21 -
2.液沫夹带线 ..................................................................................................................... - 21 -
3.液相负荷下限线 ............................................................................................................. - 23 -
4.液相负荷上限线 ............................................................................................................. - 23 -
5.液泛线 ............................................................................................................................. - 23 - 八、精馏塔接管尺寸计算 ........................................................................................................ - 26 -
1.塔顶蒸汽出口管 ............................................................................................................. - 26 -
2.塔顶回流液管 ................................................................................................................. - 26 -
3.进料管 ............................................................................................................................. - 27 -
4.塔釜出料管 ..................................................................................................................... - 27 -
5.加热蒸气进口管 ............................................................................................................. - 27 - 九、产品冷却器选型 ................................................................................................................ - 28 - 十、筛板塔设计计算结果一览表 ............................................................................................ - 30 - 十一、评述................................................................................................................................ - 31 - 十二、附录................................................................................................................................ - 33 -
参考文献 ............................................................................................................................ - 33 - 主要符号说明 .................................................................................................................... - 33 -
一、苯-氯苯分离过程板式精馏塔的设计任务书
1.1设计题目
要求：设计一座苯－氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯17280吨/年，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）。其他条件见下面1.2至1.5。主要设计内容见下面1.6。
1.2操作条件
1塔顶压力4kPa（表压）
2进料热状态泡点进料
3回流比R=1.8R min
4塔釜加热蒸汽压强0.5Mpa（表压）
5单板压降≦0.7kPa
6冷却水进口温度30℃，出口温度自选
1.3塔设备型式
塔设备型式为筛板式塔
1.4设备工作日
每年300天，每天24小时连续运行。
1.5厂址
选在天津地区
1.6主要设计内容
1设计方案的确定及流程说明
2精馏塔的物料衡算
3精馏塔塔板数确定
4精馏塔工艺条件及有关物性数据计算
5精馏塔主要工艺尺寸（塔高、塔径及塔板结构尺寸）计算
6塔板主要工艺尺寸的计算
7精馏塔塔板的流体力学验算
8精馏塔塔板的负荷性能图
9精馏塔接管尺寸计算
10精馏塔辅助设备选型与计算
11设计结果概要或设计一览表
12带控制点的生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图
13设计总结和评述
1.7 基础数据
表1 苯和氯苯的物理性质
表2 苯－氯苯的气液相平衡数据
表3 苯－氯苯的组成饱和蒸气压
表4 苯－氯苯的液相密度
项目 分子式 相对分子质量
沸点 临界温度/。c
临界压力/kpa 苯 （A ） C 6H 6 78．11 80．1 288．5 6833．4 氯苯（B ）
C 6H 5 Cl
112.5
131.8
359.2
4520
沸点温度 t ℃ 苯的组成
沸点温度
t ℃ 苯的组成 液相A
x 气相A
y
液相
A
x 气相
A
y
80.02 1 1
120 0.129 0.378 90 0.69 0.916 130 0.0195 0.0723 100 0.447 0.785 131.8 0 0 110 0.267
0.61
温度℃
80
90
100
110
120
130
131.8
i
p mmhg 苯
760 1025 1350 1760 2250 2840 2900
0i
p
mmhg 氯苯
148 205 293
400 543 719 760
温度℃
80 90
100 110 120 130
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
表5 苯－氯苯液体粘度μ
表6 苯-氯苯温度表面张力关系表
二、产品与设计方案简介
1.产品性质、质量指标
产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1．105g/cm 3。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、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 502910mg ／kg ，空气中最高容许浓度50mg ／m 3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。
ρ苯3/m kg 817 805 793 782 770 757 ρ氯苯3/m kg
1039
1028
1018
1008
997
985
温度(℃) 60 80 100 120 140 苯（mP a .s ） 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184 氯苯（mP a .s ） 0.515
0.428
0.363
0.313
0.274
温度℃ 0 20 40 60 80 100 120 140 氯苯表面张力
mN/m 32.8
30.49
28.21
25.96
23.75
21.57
19.42
17.32
苯表面张力mN/m
31.60
28.80
26.25
23.74
21.27
18.85
16.49
14.17
质量指标：氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%，原料液中苯38%。（以上均为质量分数）
2.设计方案简介
2.1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。 2.2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。 2.3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。
2.4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。 2.5由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。 2.6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。
三、工艺计算及主体设备设计
1.精馏塔的物料衡算
1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量 M A =78.11 kg/kmol 氯苯的摩尔质量 M B =112.56 kg/kmol
702.056
.112/38.011.78/62.011
.78/62.0=+=F x
986.056
.112/2.011.78/98.011
.78/98.0=+=D x
1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
()kg/kmol 376.8856.112702.01702.011.78=?-+?=F M ()kg/kmol 592.7856.112986.01986.011.78=?-+?=D M
00288
.056
.112/998.011.78/002.011
.78/002.0=+=W x
()kg/kmol 46.11256.11200288
.0100288.011.78=?-+?=W M 1.3物料衡算
h Kmol W /34.2146.11210004.2=?=，
全塔物料衡算：
W
D F W
D F 00288.0986.0702.0+=+= ?
h
21.34kmol/kmol/h 53.52kmol/h 87.73===W D F 2.塔板数的确定
2.1理论塔板层数T N 的确定
苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法求取T N ，步骤如下： 1）由手册查得苯-氯苯的气液平衡数据，绘出y x t ~-图；
表7 苯-氯苯物系气液平衡数据
C /o T
80 90 100 110 120 130 131.8
kPa /o
A p 101.33 136.66 179.99 234.60 299.99 378.65 386.65 kPa /o
B p
19.73 27.33 39.07 53.33 72.40 95.86 101.33 o
o
o B
A B
p p p p x --= 1.000
0.677
0.442
0.265
0.127
0.019
0.000
x p
p y A
o =
1.000 0.913 0.785 0.613 0.376 0.072 0.000
图1（常压下t-x~y 曲线图）
2）求最小回流比及操作回流比。
在y x ~图上，因1=q ，查得924.0=q y ，而702.0==F q x x ，986.0=D x 。故有：
2793.0702
.0924.0924
.0986.0=--=
--=
q
q q D in m x y y x R
50374.02793.08.18.1=?==in m R R
3）求精馏塔的气液相负荷
L=RD=0.50374?52.53=26.46kmol/h ； V=(R+1)D=(0.50374+1)?52.53=78.99kmol/h ； L ’=L+F=100.33Kmol/h V ’=V=78.99 Kmol/h 4）求操作线方程 精馏段操作线：656.0335.01
1+=+++=
x R x
x R R y D 提馏段操作线为过()00288.0,00288
.0和()891.0,702.0两点的直线。
00078.0'270.1'''''-=-=
X X V W
X V L y w
5）图解法求理论板层数
图2（苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解）
总理论板层数 N T =10（包括再沸器） 进料板位置 N F =4
3.实际塔板数p N
3.1全塔效率 公式
245.0)(49.0-=μαL
T
E
进料状况为泡点液体，则()??
?
???----=F D F D R χχαχχα1111min
把R min =0.2793 986.0=D χ 702.0=F χ 代入上式中，得16.5=α
塔的平均温度为0.5(80+131.8)=106℃（取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录11得：
0.24mPa s A μ=
0.34mPa s
B μ=
(1)0.240.382+0.34(10.382)0.302L A F B F x x μμμ=+-=??-=
由此可知 E T =0.49×(5.16×0.302)-0.245=0.440
3.2精馏段实际板层数 782.6440.0/3≈==精N 提留段实际板层数： 1691.15440.0/7≈==提N 实际总塔板数为
23167=+=+=提精N N N p （包括再沸器）
4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
4.1操作压力的计算
塔顶操作压力：3.1053.1014=+=D P KPa 每层塔板压降：pa 7.0K P =?
进料板压力： k P a P F 2.11077.03.105=?+= 精馏段平均压力：kPa P m 75.1072/)2.1103.105(1=+= 塔底操作压力：kPa P w 4.121237.03.105=?+= 提馏段平均压力：()kPa P m 8.1152/4.1212.1102=+=
4.2操作温度的计算 依据操作压力，由泡点方程通过试差法算出泡点温度，其中苯和氯苯的饱和蒸汽压，由安托尼方程（)/(log C t B A P +-= 式中P 为温度t 时的蒸汽压，KPa ；t 为温度，℃；A B C 为常数）计算，计算结果如下：
表8 苯-氯苯Antoine 常数数据表
A B C 温度范围（K ） 苯
6.01907 1204.682 -53.072 279-377 6.06832 1236.034 -48.99 353-422 6.3607
1466.083 -15.44 420-521 氯苯
6.10416 1431.83 -55.515 335-405 6.62988
1897.41
5.21
405-597
由图1看出y=x D =0.986时，温度大概在83℃.
1）设塔顶的泡点温度t=83.2℃=356.35k ，则纯组分的饱和蒸汽压为 苯：
kPa p p A A 40.111
04687
.299
.4835.356034
.123606832.6lg ==--=
氯苯：
kPa
p p B B 11.223446
.1515
.5535.35683
.143110416.6lg ==--= 代入方程，得
D A
B A B x x p p y p p p p x ==?==
=--=--=986.03
.105932.040.111932.011
.2240.11111.223.105
故假设正确，塔顶温度为t D =83.2℃
2）设塔顶的进料温度t=92.0℃=365.15k ，则纯组分的饱和蒸汽压为 苯：
kPa p p A A 14.144
1588
.299
.4815.365034
.123606832.6lg ==--= 氯苯：
kPa
p p B B 19.304799
.1515
.5515.36583
.143110416.6lg ==--=
代入方程，得
F B A B x p p p p x ==--=--=702.019
.3014.14419
.302.110
假设正确，进料板温度t F =92.0℃ 精馏段平均温度t m1=(83.2+92.0)/2=87.6℃
3）设塔底的泡点温度t=138.8℃=411.95k ，则纯组分的饱和蒸汽压为 苯：
kPa p p A A 15.460
6629
.299
.4895.411034
.123606832.6lg ==--= 氯苯：
kPa
p p B B 64.1200815
.221
.595.41141
.189762988.6lg ==+-=
代入方程，得
w B A B x p p p p x ≈=--=--=00224.064
.12015.46064
.1204.121
故假设正确，塔顶温度为8.138=w t ℃ 提馏段平均温度()4.1152/8.1380.92=+=t ℃
全塔平均温度()1112/8.1382.83=+=m t ℃ 4.3平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算：
由986.01==y x D ，查平衡曲线，得 962.01=x kmol kg M VD m 59.7856.112)986.01(11.78986.0=?-+?= k m o l kg M LD m 42.7956.112)962.01(11.78962.0=?-+?= 进料板平均摩尔质量计算：
由图解理论板，得921.0=F y ，查平衡曲线，得693.0=F x k m o l kg M VFm 87.8056.112)921.01(11.78921.0=?-+?= k m o l kg M LFm 69.8856.112)693.01(11.78693.0=?-+?= 塔底平均摩尔质量计算：
由图理论板得0111.0=w y ，查平衡曲线得00288.0=w x k m o l kg M VWm 18.11256.112)0111.01(11.780111.0=?-+?= k m o l kg M LWm 46.11256.112)00288.01(11.7800288.0=?-+?= 精馏段平均摩尔质量计算：
k m o l kg M Vm 73.792)87.8059.78(1=+= k m o l kg M Lm 05.842)69.8842.79(1=+= 提馏段平均摩尔质量
k m o l kg M Vm 52.962)87.8018.112(2=+= k m o l kg M Lm 57.1002)69.8846.112(2=+= 4.4平均密度计算 1）气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即 精馏段 3186.2)15.2736.87(314.873
.7975.107m111m kg RT M P Vm m V m =+??==
ρ 提馏段 3246.3)
15.2734.115(314.852
.968.11522m kg RT M P Vm m V m =+??==
ρ
2）液相平均密度计算
液相平均密度依计算，即 ∑=i i L a ρρm 1
由2.83=D t ℃得：3kg 2.8132.83187.1912m A =?-=ρ 3kg 6.10342.83111.11127m B =?-=ρ
37.8166
.103402.02.81398.01
m kg LDm
=+=
ρ
由0.92=F t ℃得：3kg 8.8020.92187.1912m A =?-=ρ 3kg 8.10240.92111.11127m B =?-=ρ 进料板液相的质量分率
610.056
.112307.011.78693.011
.78693.0=?+??=A α
39.8768
.1024390.08.802610.01
m kg LF m
=+=
ρ
由8.138=W t ℃得：3kg 2.7478.138187.1912m A =?-=ρ 3kg 8.9728.138111.11127m B =?-=ρ 39.9718
.972/99712.02.74700288.01
m kg LW m =+=
ρ
精馏段液相平均密度为
38.8462)9.8767.816(1
m kg L m =+=ρ
提馏段液相平均密度为
34.9242)9.8769.971(2
m kg L m =+=ρ
4.5液相平均表面张力
塔顶液相的平均表面张力：（83.2℃） m N /m 88.20=A σ；mN/m 40.23=B σ
m N /m 92.2040.23014.088.20986.0=?+?=LD m σ 进料板液相的平均表面张力：(92.0℃) m N /m 82.19=A σ；mN/m 44.22=B σ
m N /m 62.2044.22307.082.19693.0=?+?=LFm σ 塔底液相的平均表面张力：（138.8℃）
m N /m 31.14=A σ； mN/m 45.17=B σ
m N /m 44.1745.1799712.031.1400288.0=?+?=LWm σ 精馏段液相的平均表面张力：
m N /m 77.202/)62.2092.20(1=+=m σ 提馏段液相的平均表面张力：
m N /m 03.192/)62.2044.17(2=+=m σ 4.6液相平均粘度计算 ∑=i i m x μμlg lg
塔顶液相平均粘度计算：（83.2℃）
s m P a A ?=300.0μ s m P a B ?=418.0μ )418.0l g (014.0)300.0l g (986.0lg +=LD m μ
解出 301.0=LD m μs m P a
? 进料板液相平均粘度计算 （92.0℃） s m P a A ?=276.0μ 389.0=B μs m P a ? )389.0l g (307.0)276.0l g (693.0lg +=LFm μ 解出 307.0=LFm μs mPa ?
塔底液相平均粘度计算：（138.8℃）
s m P a A ?=186.0μ s m
P a B ?=276.0μ )276.0l g (99712.0)186.0l g (00288.0lg +=LWm μ
解出 276.0=LWm μs m P a
? 精馏段液相平均粘度计算
304.02/)307.0301.0(1=+=Lm μs m P a
? 提馏段液相平均粘度计算
291
.02/)307.0276.0(=+=μs m P a ?
全塔液相平均粘度计算
288.02/)276.0301.0(=+=Lm μs m P a
? 四、精馏塔的塔体工艺尺寸计算
1.塔径的计算
1.1精馏段的气、液相体积流率
s m VM V V m S Vm 31612.086
.2360073
.7999.78360011=??==
ρ
s m LM L Lm S Lm 3100073.08
.846360005
.8446.26360011=??==
ρ
由V
V
L C
u ρρρ-=max 式中C 由公式2
.02020???
??=L C C σ计算，其中20C 可由史密斯关联图查出，图的横坐
标为
0205.086.28.8463600612.0360000073.02
12
11111=??
?
????=???
? ??V L s s V L ρρ
取板间距m H T
40.0=，板上液层高度m h L 06.0=，则
m h H L T 34.006.040.0=-=-
故查表可得： 071.020=C
0715
.02077.20071.0202
.02
.020=?
?
? ??=?
??
??=L C C σ s m C
u V
V
L
3228.186
.286
.28.8460715.0m ax =-=-=ρρρ 取安全系数为0.7，则空塔气速为
s m u 3860.0228.17.07.0m a x =?= m u V D S 952.0860
.0612.04411=??==
ππ 按标准塔径圆整后为 m D 0.11= 塔截面积为 222785.00.14
4
m D A T =?=
=
π
π
实际空塔气速为 s m u 780.0785
.0612
.01==
1.2提馏段的气、液相体积流率
s m M V V V m S Vm 32612.046.3360052
.9699.78360022=??='=
ρ
s m M L L Lm S Lm 3200303.04
.924360057
.10033.100360022=??='=
ρ
由V
V
L C
u ρρρ-=max 式中C 由公式2
.02020???
??=L C C σ计算，其中20C 可由史密斯关联图查出，图的横坐
标为
0809.046.34.9243600612.0360000303.02
12
12222=??
?
????=???
? ??V L s s V L ρρ
取板间距m H T 40.0=，板上液层高度m h L 06.0=，则
m h H L T 34.006.040.0=-=-
故查表可得： 070.020=C
0693.02003.1907.0202
.02
.020=?
?
? ??=?
??
??=L C C σ
s m C
u V
V
L
3131.146
.346.34.9240693.0m ax =-=-=ρρρ 取安全系数为0.7，则空塔气速为
s m u 3791.0131.17.07.0m ax =?= m u V D S 992.0791
.0612
.04422=??==
ππ 按标准塔径圆整后为 m D 0.12= 塔截面积为 222785.00.14
4
m D A T =?=
=
π
π
实际空塔气速为 s m u 780.0785
.0612
.02==
2.塔高的计算
2.1精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为 Z 精=(N-1)H=(7-1)×0.4=2.4m 提馏段有效高度为 Z 提=(N-1)H=(16-1)×0.4=6.0m
在进料板上方开一人孔，提馏段中开三个人孔，其高度为0.8m 故精馏塔的有效高度为 Z=精Z +提Z +0.8×4=2.4+6.0+3.2=11.6m
2.2全塔实际高度
取进料板板间距为0.8m ，人孔处的板间距为0.8m ，塔底空间高度为2.0m ，塔顶空间高度为0.7m ，封头高度为0.6m ，裙座高度为2.0m ，则全塔高为
()()m
H H H H H n H n H n n n H S D P P F F T p F 1.160
.26.00.27.08.048.04.014123121=++++?++?---=++++++---=
五、塔板工艺结构尺寸的设计与计算
溢流装置：由降液管、溢流堰和受液盘组成。
根据塔径及流体流量等条件全面考虑，参考表 预选塔板流型式为单流型。
表9 选择液体流型式参考表 单位：m 3/h
塔径/mm U 形流型 单流型 双流型
阶梯流型
600 5以下 5~25 900 7以下 7~50 1000 7以下 45以下 1400 9以下 70以下 2000 11以下 90以下 90~160 3000 11以下 110以下 110~200 200~300 4000 11以下 110以下 200~230 230~350 5000 11以下 110以下 110~250 250~400 6000
11以下 110以下 110~250 250~450 应用场合 用于较低
液气比
一般应用
用于高液气比或大型
塔板
用于极高液气比或极
大型塔板
降液管的布置确定了液体在塔板上的流径以及液体的溢流形式。降液管常见的有弓形和圆形降液管。由于弓形降液管有较大容积，能充分利用塔板面积，方便之后对塔年产量进行提产，且对于采用整块式塔盘的小直径塔，为了尽量增大降液截面积，可采用固定在塔盘上的弓形降液管，故此处采用单溢流弓形降液管。
为了保证降液管出口处的液封，在塔盘上设置受液盘，受液盘有平型和凹型两种。由于凹型受液盘对液体流动有缓冲作用，可降低塔盘入口处的液封高度，
使液流平稳，有利于塔盘入口区更好地鼓泡，故选用凹型受液盘。
1.溢流装置
1.1溢流堰长（出口堰长）w l
取m 66.00.166.066.0=?==D l w 1.2溢流堰高度ow L w h h h -= 对平直堰，由Francis 公式3
2100084.2???
?
??=
W h OW l L E h ，近似取E=1得堰上液层高度 精馏段：m 00713.0)66
.0360000073.0(
100284.03
/21=???=ow h
m 05287.000713.006.011=-=-=ow L w h h h 提馏段：m 0184.0)66
.0360000303.0(
100284.03
/22=???=ow h
m 0416.00184.006.022=-=-=ow L w h h h 1.3降液管的宽度d W 和降液管的面积f A
由66.0/=D l w ，查图得0722.0/,124.0/==T f d A A D W ，即：
m 124.0=d W ，2m 0567.0785.00722.0=?=f A 1.4液体在降液管内的停留时间
精馏段：s 5s 07.31360000073.040
.00567.03600/11>=???=
=s T f L H A θ 提馏段：s 5s 485.73600
00303.040
.00567.03600/22>=???=
=s T f L H A θ 故降液管设计合理。
1.5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 15.0='o
u ，则有： 精馏段：
006
.00455.000737.005287.0h m 00737.015.066.000073
.001w 11>=-=-=?='=
h u l L h o
w s o
提馏段：
006
.00110.00306.00416.0h m 0306.015
.066.000303.002w 22>=-=-=?='=
h u l L h o w s o
故降液管底系高度设计合理
选用凹形受液盘，深度mm h W
50='。 2.塔板布置
2.1塔板的分块
因m m D D 8.0121≥==，故塔板采用分块式。查表得，塔板分为3块。 2.2边缘区宽度c W 与安定区宽度s W
取35=c W mm ，65'==S s W W mm 。 2.3开孔区面积a A
2
12221222m 532.0465.0311.0sin 465.0180311.0465.0311.02sin
1802=??????
?+-=??
????
+-=--ππR x R x R x A a 式中：()()m 311.0065.0124.05.02/=+-=+-=s d W W D x
m 465.0035.05.02/=-=-=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，且精馏段：
取0.3/=o d t 。故孔心距mm 15531=?=t 。 每层塔板的开孔数2731015.0532
.0155.1155.12
21
1=?==
a A t n （孔） 每层塔板的开孔率101.031907.0907.02
2
01=???
??=??? ??=t d φ（φ应在5~15%，故
满足要求）
每层塔板的开孔面积21010537.0m A A a ==φ
气体通过筛孔的气速m/s 40.110537.0/612.0/111===o s o A V u 提馏段：
取8.2/0=d t 。故孔心距mm 1458.22=?=t 。
一、塔设备课程设计任务书 ㈠设计课题 筛板式精馏塔机械设计 ㈡工艺条件 物料名称：甲醇-水 设计压力：0.1a MP 设计温度：C 100 物料平均密度：3 957m kg 产品特性：易燃、有毒 设计基本风压值：2 300m N 地震烈度：7度 ㈢工艺尺寸 塔内径 精馏段板数 提留段板数 板间距 堰长 1400 33 17 500 980 堰高 筛孔直径 孔间距 塔顶蒸汽出口管径 50 6 24 200D g 管口 符号 公称尺寸 用途 a Dg273 进料管口 b Dg38 出料管口 c Dg325 塔顶蒸汽出口 d Dg38 回流液口 e Dg20 液面计接口 f Dg38 釜液出口 设计要求 1、筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。 2、绘制筛板式精馏塔装配图（一张一号图纸） 二、设计方法及步骤 1、材料选择 设计压力MPa p 1.0 ，属于低压分离设备，一类容器，未提技术要求；产品特性为易燃、易挥发；设计温度为C 100,介质为甲醇和水，年腐蚀欲度很小，考虑到设备材料经济性，筒体，封头和补强圈材料选用R Q 245，裙座选用A Q 235。 2、塔设备主要结构尺寸的确定
㈠塔高 1）塔主体高度 ()mm H Z 2450050011733=?-+= 2）塔的顶部空间高度 mm H a 1500= 3）塔的底部空间高度 mm H b 2000= 4）裙座高度 mm H S 3000= 5）封头高度 mm H c 390= 6）塔高 mm H H H H H H c S b a Z 3139039030002000150024500=++++=++++= 取m mm H 3232000== m mm H H H H H S b a Z 3131000300020001500245001==+++=+++= ㈡塔径 1）筒体厚度计算 []mm p pD t i 56.01 .085.014721400 1.02=-???= -= φσδ 式中：[]t σ——材料的许用应力。R Q 245在C 100厚度为3~16mm 时， []MP a t 147=σ。 φ——塔体焊接接头系数。采用双面对接焊，局部无损探伤，85.0=φ 名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ 厚度附加量mm C C C 3.223.021=+=+= 1C ——厚度负偏差。按709T JB 中的B 类要求R Q 245负偏差取mm C 3.01=。 2C ——腐蚀裕量。取mm C 22=。 对于碳素钢、低合金钢制容器mm 3min ≥δ，故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm ，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度=n δ10mm 。
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。
筛板式精馏塔课程设计说明
第一章绪论 1.1 化工原理课程设计的目的和要求 课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养独立工作能力的重要作用。 1.2 精馏操作对塔设备的要求 为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： (１) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 (２) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 (３) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 (４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 (５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 (６) 塔内的滞留量要小。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。 1.3板式塔类型 在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。 塔设备一般分为级间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，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。 筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，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。然而筛板塔也存在着一些缺点： （1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀； （2）操作弹性较小(约2～3)； （3）小孔筛板容易堵塞。 本次设计就是针对水甲醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。 1.4精馏塔的工作原理和工艺流程 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。 精馏原理 (Principle of Rectify) 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，α）的特性，实现分离目的的单元操作。
板式精馏塔设计方案 一、设计方案确定 1.1 精馏流程 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，乙醇、水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。 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。但浮阀塔板也有缺点，即不易处理易结焦、高粘度的物料，而设计的原料是乙醇-水溶液，不属于此类。故总结上述，设计时选择的是浮阀塔板。 1.2设计方案论证及确定 1.2.1 生产时日及处理量的选择：设计要求塔年处理11.5万吨乙醇—水溶液系统，年工作日300d，每天工作24h。 1.2.2 选择用板式塔不用填料塔的原因：因为精馏塔精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）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。
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 1.概述 本设计为分离乙醇-水混合物，采用筛板式精馏塔。 1.1本设计在生产上的实用意义 乙醇的结构简式为C2H5OH，俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。乙醇是一种很好的溶剂，既能溶解许多无机物，又能溶解许多有机物，所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分，也常用乙醇作为反应的溶剂，使参加反应的有机物和无机物均能溶解，增大接触面积，提高反应速率。乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、染料等，是农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料。医疗上也常用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。 工业上一般用淀粉发酵法或乙烯直接水化法制取乙醇。 1.发酵法制乙醇是在酿酒的基础上发展起来的，在相当长的历史时期内，曾是生产乙醇的唯一工业方法。发酵法的原料可以是含淀粉的农产品，如谷类、薯类或野生植物果实等；也可用制糖厂的废糖蜜；或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经一定的预处理后，经水解（用废蜜糖作原料不经这一步）、发酵，即可制得乙醇。 2.乙烯直接水化法，就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下，是乙烯与水直接反应，生产乙醇：CH2═CH2 + H─OH→C2H5OH（该反应分两步进行，第一步是与醋酸汞等汞盐在水-四氢呋喃溶液中生成有机汞化合物，而后用硼氢化钠还原）。 若想要获得不同浓度的乙醇，可以采取精馏这种方法。譬如，75%的乙醇可以用蒸馏的方法蒸馏到95.5%，此后形成恒沸物，不能提高纯度。 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。互溶液体混合物的分离有多种方法，精馏是其中最常用的一种。精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，精馏操作其基本原理是利用互溶液体混合物相对挥发度的不同，实现各组分分离的单元操作，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。 1.2 流程、设备及操作条件的确定 流程可由以下5个方面来确定。 （一）加料方式 加料分两种方式：泵加料和高位槽加料。高位槽加料通过控制液位高度，可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础建设费用；泵加料属于强制进料方式，本次加料可选泵加料，泵和自动调节装置配合控制进料。 （二）加料状态 进料方式一般有冷液进料，泡点进料，气液混合物进料，露点进料，加热蒸汽进料五种。泡点进料对塔操作方便，不受季节温度影响。由于泡点进料时塔的制造比较方便，而其他进料方式对设备的要求高，设计起来难度相对加大，所以采用泡点进料。 （三）冷凝方式 选全凝器，塔顶出来的气体温度不高。冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，且本次分离是为了分离乙醇和水，制造设备较为简单，为节省资金，选全凝器。 （四）回流方式 宜采用重力回流，对于小型塔，冷凝液由重力作用回流如塔。优点：回流冷凝器无需支撑结构；缺点：回流控制较难安装，但强制回流需用泵，安装费用、点耗费用大，故不用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝回流入塔内。 （五）加热方式 - 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 食品工程原理课程设计说明书 筛板式精馏塔设计 目录 第一部分概述 一、设计题目 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计条件 (3) 四、工艺流程图 (3) 第二部分工艺设计计算 一、设计方案的确定 (4) 二、精馏塔的物料衡算 (4) 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4) 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 3.物料衡算原料处理量 (4) 三、塔板数的确定 (4) N的求取 (4) 1.理论板层数 T 2.实际板层数的求取 (6) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6) 1.操作压力计算 (6) 2.操作温度计算 (6) 3.平均摩尔质量计算 (6) ⑴塔顶摩尔质量计算 (6) ⑵进料板平均摩尔质量计算 (6) ⑶提馏段平均摩尔质量 (7) 4.平均密度计算 (7) ⑴气相平均密度计算 (7) ⑵液相平均密度计算 (7) 5.液相平均表面张力计算 (7) ⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7) ⑵进料板液相平均表面张力计算 (7) 6.液相平均粘度计算 (8) ⑴塔顶液相平均粘度计算 (8) ⑵进料板液相平均粘度计算 (8) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 1.塔径的计算 (8) 2.精馏塔有效高度计算 (9) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 1.溢流装置计算 (9) l (9) ⑴堰长 W h (9) ⑵溢流堰高度 W ⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A ..........................9 2.塔板布置....................................................................................................9 ⑴塔板的分块.............................................9 ⑵边缘区宽度确定.........................................9 ⑶ 开孔区面积计算........................................9 ⑷筛孔计算及其排列 (10) 七、筛板的流体力学验算 (11) 1.塔板压降....................................................................................................11 ⑴干板阻力c h 计算........................................11 ⑵气体通过液层的阻力L h 计算..............................11 ⑶液体表面张力的阻力 h 计算..............................11 2.液面落差...................................................................................................12 3.液沫夹带...................................................................................................12 4.漏液...........................................................................................................12 5.液泛.. (12) 八、塔板负荷性能图 (13) 1.漏液线.......................................................................................................13 2.液沫夹带线...............................................................................................13 3.液相负荷下限线.......................................................................................14 4.液相负荷上限线.......................................................................................14 5.液泛线.......................................................................................................14 九、设计一览表.. (16) 十、参考文献 (17) 《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。 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 课程设计说明书 筛板式精馏塔设计 姓名高江超 班级化工102 学号2010012075 指导老师朱宪荣 目录 第一部分概述 一、设计题目 (3) 二、设计任务 (3) 三、设计条件 (3) 四、工艺流程图 (3) 第二部分工艺设计计算 一、设计方案的确定 (4) 二、精馏塔的物料衡算 (4) 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (4) 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (4) 3.物料衡算原料处理量 (4) 三、塔板数的确定 (4) N的求取 (4) 1.理论板层数 T 2.实际板层数的求取 (6) 四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6) 1.操作压力计算 (6) 2.操作温度计算 (6) 3.平均摩尔质量计算 (6) ⑴塔顶摩尔质量计算 (6) ⑵进料板平均摩尔质量计算 (6) ⑶提馏段平均摩尔质量 (7) 4.平均密度计算 (7) ⑴气相平均密度计算 (7) ⑵液相平均密度计算 (7) 5.液相平均表面张力计算 (7) ⑴塔顶液相平均表面张力计算 (7) ⑵进料板液相平均表面张力计算 (7) 6.液相平均粘度计算 (8) ⑴塔顶液相平均粘度计算 (8) ⑵进料板液相平均粘度计算 (8) 五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 1.塔径的计算 (8) 2.精馏塔有效高度计算 (9) 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 1.溢流装置计算 (9) ⑴堰长W l (9) ⑵溢流堰高度W h (9) ⑶弓形降液管宽度d W 和截面积f A (9) 2.塔板布置 (9) ⑴塔板的分块 (9) ⑵边缘区宽度确定 (9) ⑶ 开孔区面积计算 (9) ⑷筛孔计算及其排列 (10) 七、筛板的流体力学验算 (11) 1.塔板压降 (11) ⑴干板阻力c h 计算 (11) ⑵气体通过液层的阻力L h 计算 (11) ⑶液体表面张力的阻力 h 计算 (11) 2.液面落差 (12) 3.液沫夹带 (12) 4.漏液 (12) 5.液泛 (12) 八、塔板负荷性能图 (13) 1.漏液线 (13) 2.液沫夹带线 (13) 3.液相负荷下限线 (14) 4.液相负荷上限线 (14) 5.液泛线 (14) 九、设计一览表 (16) 十、参考文献 (17) 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 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) 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) 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）筛板式精馏塔的设计
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