化工课程设计-苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计ddpv.docx

成绩 课程设计计说明书书题 目：苯-氯氯苯分离离过程板板式精馏馏塔设计计 课课程名称称： 化工工原理课课程设计计 学 院： 化学与与环境工工程学院院 学生姓名名： 袁袁 海 梅 学 号： 2011105501000233 专业班级级： 化学学工程与与工艺一一班 指导教师师： 路 有 昌昌 20113年 11月月22日日课 程 设 计计 任 务 书书设计题目目苯-氯苯苯分离过过程板式式精馏塔塔设计学生姓名名袁海梅所在学院院化学与环环境工程程学院专业、年年级、班班化学工程程与工艺艺11-1设计要求求：1.处理能能力;产产纯度为为99.8%的的氯苯44 2.设设备形式式：板式式精馏塔塔 3.塔顶顶压强44kPaa（表压压）； 44.进料料热状况况，自选选； 5.回流比比，自选选； 66.塔釜釜加热蒸蒸汽压力力5066kPaa（表压压）； 77.单板板压降不不大于00.7kkPa学生应完完成的任任务：通通过一系系列的工工艺计算算来确定定设备主主体的设设计尺寸寸 附附加详细细的计算算过程 设设计流程程简图 设设备大图图工作计划划：先仔仔细的计计算出设设计的各各项数据据 参考各各项数据据画大图图任务下达达日期： 20113 年年 11 月 18 日任务下达达日期： 年 月 日日 指导教教师（签签名）： 学学生（签签名）： 苯苯-氯苯苯板式精精馏塔工工艺设计计摘要：精精馏是分分离液体体混合物物最常用用的一种种单元操操作，在在化工，炼炼油，石石油化工工等工业业得到广广泛应用用。精馏馏过程在在能量计计的驱动动下，使使气，液液两相多多次直接接接触和和分离，利利用液相相混合物物中各相相分挥发发度的不不同，使使挥发组组分由液液相向气气相转移移，难挥挥发组分分由气相相向液相相转移。实实现原料料混合物物中各组组成分离离该过程程是同时时进行传传质传热热的过程程。板式精馏馏塔也是是很早出出现的一一种板式式塔，220世纪纪50年年代起对对板式精精馏塔进进行了大大量工业业规模的的研究，逐逐步掌握握了筛板板塔的性性能，并并形成了了较完善善的设计计方法。与与泡罩塔塔相比，板板式精馏馏塔具有有下列优优点：生生产能力力（200%40%）塔板板效率（110%500%）而而且结构构简单，塔塔盘造价价减少440%左左右，安安装，维维修都较较容易。化工原理理课程设设计是培培养学生生化工设设计能力力的重要要教学环环节，通通过课程程设计使使我们初初步掌握握化工设设计的基基础知识识、设计计原则及及方法；学会各各种手册册的使用用方法及及物理性性质、化化学性质质的查找找方法和和技巧；掌握各各种结果果的校核核，能画画出工艺艺流程、塔塔板结构构等图形形。在设设计过程程中不仅仅要考虑虑理论上上的可行行性，还还要考虑虑生产上上的安全全性、经经济合理理性。关键字：苯、氯氯苯、连连续精馏馏、板式式精馏塔塔目录 目 录1.设计计背景·······························································62.设计计方案·······························································63.方案案实施·······························································73.1.精馏塔塔物料衡衡算····················································73.2.塔板数数确定··························································8 3.22.1理理论塔板板数的求求取···········································8 3.22.2实际塔塔板数的的求取···········································93.3精精馏塔有有关物性性条件的的计算·······································1003.3.1 操操作压力力的计算算103.3.2 操操作温度度的计算算103.3.3 平平均摩尔尔质量的的计算1113.3.4 平平均密度度的计算算1223.3.5 液液相平均均表面张张力的计计算1333.3.6 液液相平均均粘度的的计算1443.4汽汽液负荷荷计算153.5塔塔体工艺艺尺寸计计算1153.5.1 塔塔径的计计算1553.5.2 塔塔高的计计算 1163.6塔塔板主要要工艺尺尺寸计算算1773.6.1溢流流装置的的计算1773.6.2塔板板布置的的计算1993.7筛筛板的流流体力学学验算 2003.7.1塔板板压降的的验算2003.7.2液面面落差的的验算2223.7.3液沫沫夹带的的验算2223.7.4漏液液的验算算2333.7.5液泛泛的验算算2333.8塔塔板负荷荷性能图图计算 2243.8.1精馏馏段塔板板性能图图244 3.88.2提提馏段塔塔板性能能图2294 附属设备备的计算算及选型型332 44.1接接管直径径32 44.2符符号说明明34 44.3筛筛板设计计计算结结果表365. 结论收获获和致谢谢····················································376. 参考文献献····························································381、设计计背景化工原理理课程设设计是综综合运用用化工工原理课课程和有有关先修修课程（物物理化学学，化化工制图图等）所所学知识识，完成成一个单单元设备备设计为为主的一一次性实实践教学学，是理理论联系系实际的的桥梁，在在整个教教学中起起着培养养学生能能力的重重要作用用。通过过课程设设计，要要求更加加熟悉工工程设计计的基本本内容，掌掌握化工工单元操操作设计计的主要要程序及及方法，锻锻炼和提提高学生生综合运运用理论论知识和和技能的的能力，问问题分析析能力，思思考问题题能力，计计算能力力等。       精馏是是分离液液体混合合物（含含可液化化的气体体混合物物）最常常用的一一种单元元操作，在在化工，炼炼油，石石油化工工等工业业中得到到广泛应应用。精精馏过程程在能量量剂驱动动下（有有时加质质量剂），使使气液两两相多次次直接接接触和分分离，利利用液相相混合物物中各组组分的挥挥发度的的不同，使使易挥发发组分由由液相向向气相转转移，难难挥发组组分由气气相向液液相转移移，实现现原料混混合液中中各组分分的分离离。根据据生产上上的不同同要求，精精馏操作作可以是是连续的的或间歇歇的，有有些特殊殊的物系系还可采采用衡沸沸精馏或或萃取精精馏等特特殊方法法进行分分离。本本设计的的题目是是苯-氯氯苯连续续精馏筛筛板塔的的设计，即即需设计计一个精精馏塔用用来分离离易挥发发的苯和和不易挥挥发的氯氯苯，采采用连续续操作方方式，需需设计一一板式塔塔将其分分离。2、 设计方案案 本设计任任务为分分离苯-氯苯混混合物。对对于二元元混合物物的分离离，应采采用连续续精馏过过程。设设计中采采用泡点点进料，将将原料液液通过预预热器加加热至泡泡点后送送入精馏馏塔内。塔塔顶上升升蒸汽采采用全凝凝器冷凝凝，冷凝凝液在泡泡点下一一部分回回流至塔塔内，其其余部分分经产品品冷却器器冷却后后送至储储罐。该该物系属属易分离离物系，最最小回流流比较小小，故操操作回流流比取最最小回流流比的22倍。塔塔釜采用用间接蒸蒸汽加热热，塔底底产品经经冷却后后送至储储罐。3全塔塔的物料料衡算3.1（一一）料液液及塔顶顶底产品品含苯的的摩尔分分率苯和氯苯苯的相对对摩尔质质量分别别为788.111 kgg/kmmol和和1122.611kg/kmool。 （二）平平均摩尔尔质量kg/kkmoll（三）料料液及塔塔顶底产产品的摩摩尔流率率依题给条条件：氯氯苯的产产量是44t/hh,总物料衡衡算： FFDW氯苯物料料衡算00.355F0.02DD0.9988WF1118554.55kg/h F1118554.55/877.4991335.4495kkmoll/hD778544.5kkg/hh D778544.5/78.5999.9433kmool/hhW440000kg/h W440000/1112.661335.5556kkmoll/h3.2塔板数数的确定定3.2.1理论论塔板数数的求取取苯-氯苯苯物系属属于理想想物系，可可采用梯梯级图解解法（MM·T法）求求取，步步骤如下下：=77600/1448×10225/2205××13550/2293××17660/4400××22550/5543××28440/7719××29000/7760=4.41 依据据已经算算出的相相对挥发发度，假设设一系列列的x值值，用平平衡方程程算出对对应的yy值，见见下表x00.01190.12270.26650.44420.67770.5000.7001y=4.41xx/1+1+33.411x00.077110.377610.611340.788490.911290.8220.9111可在xy坐标标图上绘绘制出平平衡线与与对角线线 氯苯苯混合液液的xy图在图上，因因泡点进进料，查查得ygg=0.93113，而而，。故有有：最小回流流比Rmmin=xD-ygyg-xg=0.2699考虑到精精馏段操操作线离离平衡线线较近，故故取实际际操作的的回流比比为最小小回流比比的2倍倍，即：R=22Rmiin =0.5538 精馏段段操作线线：提馏段操操作线：提馏段操操作线为为过和两点的的直线。 图33-2 苯-氯苯物物系精馏馏分离理理论塔板板数的图图解图解得-1=110块（不不含釜）。其其中，精精馏段块块，提馏馏段块，第第4块为为加料板板位置。3.2.2实际际塔板数数1.全塔塔效率选用公式式计算。该该式适用用于液相相粘度为为0.00711.4mmPa··s的烃烃类物系系，式中中的为全全塔平均均温度下下以进料料组成表表示的平平均粘度度。塔的平均均温度为为0.55×(800+1331.88)=1106（取塔塔顶底的的算术平平均值），在在此平均均温度下下查化工工原理附附录111得：，。2.实际际塔板数数（近似似取两段段效率相相同）精馏段：块，取取块提馏段：块，取取块总塔板数数块3.3塔的操操作工艺艺条件及及相关物物性数据据的计算算（一）平平均压强强取每层塔塔板压降降为0.7kPPa计算算。塔顶：kkPa加料板：kPaa塔底：kkPa精馏段平平均压降降：kPPa提馏段平平均压降降：kPPa（二）平平均温度度依据操作作压力，由由泡点方方程通过过试差法法，计算算出泡点点温度，其其中苯、氯氯苯的饱饱和蒸汽汽压由安安托尼方方程计算算，计算算结果如如下：苯： 氯苯：塔顶温度度81.8加料板994塔底精馏段平平均温度度提馏段平平均温度度（三）平平均分子子量塔顶： ，（查相相平衡图图） =80.14555kgg/kmmol加料板：，（查相相平衡图图） kgg/kmmol kgg/kmmol塔底：， kg/kmool kgg/kmmol 精馏段段：kgg/kmmol kgg/kmmol提馏段：kg/kmool kgg/kmmol（四）平平均密度度1.液相相平均密密度 表4-1 组分的的液相密密度（kkg/mm3）温度，（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯10399102881018810088997985纯组分在在任何温温度下的的密度可可由下式式计算苯 :氯苯 :式中的tt为温度度，塔顶:kkg/mm3 kgg/m33 kkg/mm3进料板：kg/m3kg/mm3 kkg/mm3塔底:kkg/mm3 kgg/m33kg/mm3精馏段：kg/m3提馏段：kg/m32.气相相平均密密度精馏段：kg/m3提馏段：kg/m3（五）液液体的平平均表面面张力附： 表44-2 组分分的表面面张力（mmN/mm）温度，（）8085110115120131苯21.2220.6617.3316.8816.3315.33氯苯26.1125.7722.7722.2221.6620.44双组分混混合液体体的表面面张力可可按下式式计算：（为A、BB组分的的摩尔分分率）计算得，塔塔顶：mmN/mm；mNN/m（81.8）mN/mm 进料料板：mmN/mm；mNN/m（94）mN/mm塔底：mmN/mm ;mmN/mmmN/mm 精馏段：mN/m提馏段：mN/m（六）液液体的平平均粘度度温度6080100120140苯0.38810.30080.25550.21150.1884氯苯0.51150.42280.36630.31130.2774塔顶：mmPass,mPPas（811.8）mPass 进进料板：mPaas，mPPas (944 )mPass 塔底：mmPass ，mmPass(1336.11)mPass 精馏段：mPaas 提馏段段：mPPas 3.5、汽汽液负荷荷计算 精馏馏段汽液液负荷计计算汽相摩尔尔流率VV=(RR+1)D=(0.5583+1)999.9943=1533.711kmool/hh汽相体积积流量VV=m/s汽相体积积量 液液相回流流摩尔流流率L=RD=0.5538999.9943=53.77mm/h液相体积积流量LL=0.0001448877m/ss液相体积积流量LL=0.0001448877m/ss=5.3599m/hh提馏段汽汽液负荷荷计算汽相摩尔尔流率VV=(RR+1)D=(0.5583+1)999.9943=1533.711kmool/hh汽相体积积流量VV=m/s汽相体积积流量VV=1.220099m/ss=43323.2999液相回流流摩尔流流率L=RD+F=00.5338999.9443+1135.4955=1889.2264kkmoll/h液相体积积流量LL=0.0005771m/s液相体积积流量LL=0.0005771m/s=220.554466m/hh 3.66、 主要工工艺结构构尺寸的的计算精馏段：（一）塔塔径1.初选选塔板间间距H=4000mm及及板上液液层高度度，则：H-h=0.440-00.066=0.34mm2. 按Smiith法法求取允允许的空空塔气速速0.000214478mm/s查Smiith通通用关联联图得CC=0.69负荷因子子C=CC0.006900.06695556 泛点气气速：0.69955661.119177m/ss3. 取安全系系数为00.7，则则空塔气气速为=0.8834224. 精馏段的的塔径D=1.34778m圆整取DD=14400mmm，此此时的操操作气速速u=00.0.77331m/s。5.精馏馏段有效效高度的的计算=（7-1）00.4=2.44m提馏段：1.初选选塔板间间距H=4000mm及及板上液液层高度度，则：H-h=0.440-00.066=0.34mm2. 按Smiith法法求取允允许的空空塔气速速0.07788558m/s查Smiith通通用关联联图得CC=0.07负荷因子子C=CC0.007=00.0668244 泛泛点气速速：C0.00682241.1166m/ss3.取安安全系数数为0.7，则则空塔气气速为=0.77812213mm/s4.提馏馏段的塔塔径D=1.399938mm圆整取DD=14000mmm，此时时的操作作气速uu=0.0.778055m/ss。5. 提馏段的的塔高Z=(ZZ-1)H=(13-1)00.4=4.88m在进料板板上方开开一人孔孔，其高高度为6600mmm（二）塔塔板工艺艺结构尺尺寸的设设计与计计算1.溢流流装置采用单溢溢流型的的平顶弓弓形溢流流堰、弓弓形降液液管、凹凹形受液液盘，且且不设进进口内堰堰。 （1）溢溢流堰长长（出口口堰长）L=0.6D=0.661.44=0.84mm （2）出出口堰高高 对平直堰堰精馏段由及查化工原原理课程程设计图图5-55得.002，于于是：（满足要要求）提馏段：由及查化工原原理课程程设计图图5-55得.008，于于是：（满足要要求）（3）降降液管的的宽度和和降液管管的面积积精馏段：由，查化化原下PP1477图111-166得，即即：，。液体在降降液管内内的停留留时间（满足要要求）提馏段：由，查化化原下PP1477图111-166得，即即：，。液体在降降液管内内的停留留时间（满足要要求）（4）降降液管的的底隙高高度液体通过过降液管管底隙的的流速一一般为00.0770.25mm/s，取取液体通通过降液液管底隙隙的流速速，则有有：精馏段（不宜小小于0.020.0025mm，本结结果满足足要求）提馏段：（不宜小小于0.020.0025mm，本结结果满足足要求）2.塔板板布置 （1）边边缘区宽宽度与安安定区宽宽度边缘区宽宽度：一一般为550775mmm，D >2mm时，可达达1000mm。安定区宽宽度：规规定m时时mm；m时mmm；本设计取取mm，mmm。 （2）开开孔区面面积式中：3.开孔孔数和开开孔率取筛孔的的孔径，正正三角形形排列，筛筛板采用用碳钢，其其厚度，且且取。故故孔心距距。每层塔板板的开孔孔数（孔孔）每层塔板板的开孔孔率（应在55155%，故故满足要要求）每层塔板板的开孔孔面积气体通过过筛孔的的孔速精馏段提馏段3.7筛筛板的流流体力学学验算1.塔板板压降 (1)由查图图5-110得=0.884精馏段：提馏段： (2)气体通通过液层层的阻力力由下式式计算 精馏段： m/s 查表5-11，得得=0.62.提馏段 m/ss 查表5-11，得得=0.6. （3）液液体表面面张力的的阻力计计算液体表面面张力所所产生的的阻力 由下式式计算精馏段：气体通过过每层塔塔板的液液柱高度度为气体通过过每层塔塔板的压压降为（满足工工艺要求求）提馏段：气体通过过每层塔塔板的液液柱高度度为气体通过过每层塔塔板的压压降为（满足工工艺要求求）2.液面面落差对于筛板板塔，液液面落差差很小，且且本案例例的塔径径和液流流量均不不大，故故可忽略略液面落落差的影影响。3. 液沫夹带带精馏段：式中：=2.55×0.006=00.155提馏段：在本设计计中液沫沫夹带量量在允许许范围中中。4. 漏液精馏段：漏液点的的气速筛板的稳稳定性系系数（不不会产生生过量液液漏）提馏段：漏液点的的气速筛板的稳稳定性系系数（不不会产生生过量液液漏）5.液泛泛为防止降降液管发发生液泛泛，应使使降液管管中的清清液层高高度苯氯苯苯物系属属于一般般物系，取取=0.5精馏段：而板上不设设进口堰堰，则成立，故故不会产产生液泛泛。提馏段：而板上不设设进口堰堰，则成立，故故不会产产生液泛泛。3.8.塔板负负荷性能能图精馏段：1.雾沫沫夹带线线（1）以气为限限，求关关系如下下 （7-1）式中：将已知数数据代入入式（77-1） （77-2）在操作范范围内，任任取几个个值，依依式（77-2）算算出对应应的值列列于下表表：表7-110.00000660.000150.00030.000452.499792.299492.1662.04466依据表中中数据作作出雾沫沫夹带线线（1）2.液泛泛线（22） （7-4）在操作范范围内，任任取几个个值，依依式（77-4）算算出对应应的值列列于下表表：表7-220.00000660.000150.00030.000452.61132.46662.33392.20001依据表中中数据作作出液泛泛线（22）3.液相相负荷上上限线（33）以 （77-5）4.漏液液线（气气相负荷荷下限线线）（44）漏液点气气速 整理得： （77-6）在操作范范围内，任任取几个个值，依依式（77-6）算算出对应应的值列列于下表表： 表77-30.00000660.000150.00030.000450.70010.733970.766420.78841依据表中中数据作作出漏液液线（44）5.液相相负荷下下限线（55）取平堰堰堰上液层层高度mm，。 图7-11精馏段段筛板负负荷性能能图 在在负荷性性能图上上，作出出操作点点A，连连接OAA，即作作出操作作线。由由图可看看出，该该筛板的的操作上上线为液液泛控制制，下限限为漏液液控制。由由上图查查得 操作作弹性：提馏段：1.雾沫沫夹带线线（1）以气为限限，求关关系如下下 （7-1）式中：将已知数数据代入入式（77-1） （77-2）在操作范范围内，任任取几个个值，依依式（77-2）算算出对应应的值列列于下表表：表7-110.00000660.000150.00030.000452.711422.511012.377442.26606依据表中中数据作作出雾沫沫夹带线线（1）2.液泛泛线（22） （77-3） （7-4）在操作范范围内，任任取几个个值，依依式（77-4）算算出对应应的值列列于下表表：表7-220.00000660.000150.00030.000452.666082.566532.4552.44433依据表中中数据作作出液泛泛线（22）3.液相相负荷上上限线（33）以 （77-5）4.漏液液线（气气相负荷荷下限线线）（44）漏液点气气速 整理得： （77-6）在操作范范围内，任任取几个个值，依依式（77-6）算算出对应应的值列列于下表表： 表77-30.00000660.000150.00030.000450.544660.577510.599340.60082依据表中中数据作作出漏液液线（44）5.液相相负荷下下限线（55）取平堰堰堰上液层层高度mm，。 在在负荷性性能图上上，作出出操作点点A，连连接OAA，即作作出操作作线。由由图可看看出，该该筛板的的操作上上线为液液泛控制制，下限限为漏液液控制。由由上图查查得 操作弹性性：4附属属设备的的计算及及选型1.接管管直径 各接接管直径径由流体体速度及及其流量量，按连连续性方方程决定定，即： 式中：VVS流体体体积流流量，mm3/ ss； u流体体流速，m/ s； d管子子直径，m。(1)进进料管本设计中中采用直直管进料料，则体体积流量量 管管内流速速则管径选用的无无缝钢管管，则实实际流速速(2)回回流管.则液体流流量取管内流流速则回流管管直径选用的无无缝钢管管，则回流流管内实实际流速速(3)塔塔顶蒸汽汽接管则蒸气体体积流量量：取管内蒸蒸汽流速速则可取回流流管规格格的无缝缝钢管，则塔顶蒸蒸汽接管管实际流流速(4)釜釜液排出出管体积流量量：取管内流流速则 可取回流流管规格格的无缝缝钢管,则塔顶蒸蒸汽接管管实际流流速 (5) 则塔釜蒸蒸汽体积积流量：取管内流流速 可取回流流管规格格的无缝缝钢管,则塔顶蒸蒸汽接管管实际流流速2、符号号说明：a 填料的的有效比比表面积积，/m3at填料料的总比比表面积积，/m3aw填料的的润湿比比表面积积，/m3Aa塔板开开孔区面面积，mm2Af降液管管截面积积，m22A0筛孔总总面积，mm2At塔截面面积，mm2c0流量系系数，无无因次C计计算ummax时时的负荷荷系数，mm/sdd 填料直直径，mmd0筛孔孔直径，mmD 塔径，mmDL液体体扩散系系数，mm2/sDV气体体扩散系系数，mm2/sev液沫夹夹带量，kkg(液液)/kkg(气气)E液流流收缩系系数，无无因次ET总板效效率，无无因次F气气相动能能因子，kkg1/2/(s.mm1/22)F0筛孔气气相动能能因子，g重重力加速速度，99.811m/ss2h填料料层分段段高度，mm HETTP关联联式常数数h1进口堰堰与降液液管间的的水平距距离，mmhc与干板板压降相相当的液液柱高度度，m液液柱hd与液体体流过降降液管的的压降相相当的液液柱高度度，mhf塔板上上鼓泡层层高度，mmhl与板上上液层阻阻力相当当的液柱柱高度，mm液柱hL板上清清液层高高度，mmhmaxx允许许的最大大填料层层高度，mmh0降液管管的低隙隙高度，mmhOW堰上上液层高高度，mmhW出口堰堰高度，mmhW进口口堰高度度，mh与克服服表面张张力的压压降相当当的液柱柱高度，mm液柱HH板式式塔高度度，m溶解系数数，kmmol/(m33·kPPa)HB塔底空空间高度度，mHd降液管管内清液液层高度度，mHD塔顶空空间高度度，mHF进料板板处塔板板间距，mmHOG气相总总传质单单元高度度，mHP人孔处处塔板间间距，mmHT塔板间间距，mmH1封头高高度，H2裙座高高度，HETPP等板板高度，mmkG气膜膜吸收系系数，kkmoll/（mm2hkPaa）kL液膜膜吸收系系数，mm/hKK稳定定系数，无无因次KG气膜吸吸收系数数kmool/（mm2hkPaa）lW堰长，mmLh液体体体积流量量，m33/hLs液体体体积流流量，mm3/hLw润湿湿速率，mm3/（mmh）m相平平衡常数数，无因因次n筛孔孔数目NOG气相相总传质质单元数数，NT理论板板层数PP操作作压力，PPaP压力力降，PPaPP气体体通过每每层筛板板的压降降，Paar鼓鼓泡区半半径，mmu空空塔气速速，m/suF泛点气气速，mm/su0气体通通过筛孔孔的速度度，m/su0，mmin漏液液点气速速，m/su0液体体通过降降液管底底隙的速速度，mm/sUU液体体喷淋密密度，mm3/（mm2h）UL液体体质量通通量，/（mm2h）Uminn最小小液体喷喷淋密度度，m33/（mm2h）Uv气体体质量通通量，/（mm2h）Vh气体体体积流流量，mm3/hVs气体体体积流量量，m33/hwL液体体质量流流量，/hwwV气体体质量流流量，/hWc边缘无无效区宽宽度，mmWd弓形降降液管宽宽度，mmx液液相摩尔尔分数XX液相相摩尔比比y气相相摩尔分分数Y气体体摩尔比比Z填料料层高度度 ，mm充气系系数，无无因次；筛板厚厚度，mm空隙率率，无因因次液体体在降液液管内停停留时间间，s粘粘度，PPas密度，kkg/m