2022年苯氯苯板式精馏塔工艺设计方案——产%氯苯万吨 .pdf
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1、个人资料整理仅限学习使用化工原理课程设计说明书设计题目:苯 - 氯苯板式精馏塔工艺设计设计者 : 日期: 组员:指导老师:设计成绩:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用课程设计题目苯- 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, 2Rmin;4. 塔釜加热蒸汽压力0.
2、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1. 组分的饱和蒸汽压mmHg )温度, )80 90 100 110 120 130 131.8 苯760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯148 205
3、293 400 543 719 760 2. 组分的液相密度kg/m3)温度, )80 90 100 110 120 130 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推荐:氯苯推荐:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用式中的t为温度,。3. 组分的表面张力mN/m )温度, )80 85 110 115 120 131 苯21.2 20.6 17.3 16.8 16.3 15.3 氯苯2
4、6.1 25.7 22.7 22.2 21.6 20.4 双组分混合液体的表面张力可按下式计算: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:氯苯的临界温度:)5. 其他物性数据可查化工原理附录。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用目录一、前言 . 1 二、产品与设计方案简介. 2 一)产品性质、质量指标 . 2 二)设计方案简介 . 3 三)工艺流程及说明 . 3 三、工艺计算及主体设备设计.
5、4 一)全塔的物料衡算 . 4 1)料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率. 4 2)平均摩尔质量 . 4 3)料液及塔顶底产品的摩尔流率. 4 二)塔板数的确定 . 5 1)理论塔板数的求取 . 5 2)实际塔板数 . 7 三)塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算. 7 1)平均压强 . 7 2)平均温度 . 7 3)平均分子量 . 7 4)平均密度 . 8 5)液体的平均表面张力 . 8 6)液体的平均粘度 . 9 四)精馏段的汽液负荷计算. 9 五)塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算. 9 1)塔径 . 9 2)塔板工艺结构尺寸的设计与计算. 10 六)塔板上的流体力学验算. 12 1)气体通
6、过筛板压降和的验算. 12 2)雾沫夹带量的验算 . 14 3)漏液的验算 . 14 4)液泛的验算 . 14 七)塔板负荷性能图 . 14 1)雾沫夹带线 1). 14 2)液泛线 2). 15 3)液相负荷上限线 3). 16 4)漏液线 气相负荷下限线) 4). 16 5)液相负荷下限线 5). 16 八)精馏塔的设计计算结果汇总一览表. 18 九)精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算. 19 十)主要符号说明 . 20 四、对设计过程的评述和感受. 21 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使
7、用苯- 氯苯分离过程板式精馏塔设计计算书一、前言课程设计是本课程教案中综合性和实践性较强的教案环节,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
8、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。在化工或炼油厂中,塔设备的性能对于整个
9、装置的产品产量质量生产能力和消耗定额,以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道,塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此,塔设备的设计和研究,受到化工炼油等行业的极大重视。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
10、的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用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。事实上,对于现有的任何一种塔型,都不可能完全满足上述所有要求,仅是在某些方面具有独到之处根据设计任务书,此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出
11、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 2040% ,塔板效率高 1015% ,压力降低 3050% ,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2025mm ),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 38mm ,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 1025mm )筛板的,它具有制造容易
12、,不易堵塞等优点,只是漏夜点低,操作弹性小。筛板塔的特点如下:1)结构简单、制造维修方便。2)生产能力大,比浮阀塔还高。3)塔板压力降较低,适宜于真空蒸馏。4)塔板效率较高,但比浮阀塔稍低。5)合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性,仅稍低与泡罩塔。6)小孔径筛板易堵塞,故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。二、产品与设计方案简介。闪点294。燃点6378,折射率 15246,粘度 (200799mPa s,表面张力332810-3N m 溶解度参数95。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
13、数有机溶剂,不溶于水。常温下不受空气、潮气及光的影响,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用长时间沸腾则脱氯。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,LD502910mg kg,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。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)二)设计方案简介1. 精馏方式:本设计采用连续精
14、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: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。 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。
15、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。三)工艺流程及说明精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用首先,苯和氯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
16、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,完成苯与氯苯的分离。三、工艺计算及主体设备设计一)全塔的物料衡算1)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
17、分别为78.11 和 112.61kg/kmol 。38%氯苯原 料 储原料预热精馏再沸99.8%氯苯储存分配冷凝冷却98%苯储存冷却精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 26 页个人资料整理仅限学习使用2)平均摩尔质量3)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:,全塔物料衡算:二)塔板数的确定1)理论塔板数的求取苯- 氯苯物系属于理想物系,可采用梯级图解法M T法)求取,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依据,将所得计算结果列表如下:温度, )80
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