苯-氯苯分離精餾塔設(shè)計(jì)

1、二、設(shè)計(jì)方案的確定1.操作壓力：蒸餾操作可在常壓，加壓，減壓下進(jìn)行。應(yīng)該根據(jù)處理物料的性能和設(shè)計(jì)總原則來(lái)確定操作壓力。例如對(duì)于熱敏感物料，可采用減壓操作。本次設(shè)計(jì)為一般物料因此，采用常壓操作。2.進(jìn)料狀況：進(jìn)料狀態(tài)有五種：過(guò)冷液，飽和液，氣液混合物，飽和氣，過(guò)熱氣。但在實(shí)際操作中一般將物料預(yù)熱到泡點(diǎn)或近泡點(diǎn)，才送入塔內(nèi)。這樣塔的操作比較容易控制。不受季節(jié)氣溫的影響，此外泡點(diǎn)進(jìn)料精餾段與提餾段的塔徑相同，在設(shè)計(jì)和制造上也叫方便。本次設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料即q=1。3.加熱方式蒸餾釜的加熱方式一般采用間接加熱方式，若塔底產(chǎn)物基本上就是水，而且在濃度極稀時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大。便可以直接采用直接加熱。直接

2、蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱，在釜內(nèi)只需安裝鼓泡管，不需安裝龐大的傳熱面，這樣，操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均可節(jié)省一些，然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷涌入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下。塔釜中易于揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍微有增加。但對(duì)有些物系。當(dāng)殘液中易揮發(fā)組分濃度低時(shí)，溶液的相對(duì)揮發(fā)度大，容易分離故所增加的塔板數(shù)并不多，此時(shí)采用直接蒸汽加熱是合適的。4.冷卻方式塔頂?shù)睦鋮s方式通常水冷卻，應(yīng)盡量使用循環(huán)水。如果要求的冷卻溫度較低。可考慮使用冷卻鹽水來(lái)冷卻。5.熱能利用蒸餾過(guò)程的特性是重復(fù)進(jìn)行氣化和冷凝。因此，熱效率很低，可采用一些改進(jìn)措施來(lái)提高

3、熱效率。因此，根據(jù)上敘設(shè)計(jì)方案的討論及設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，本設(shè)計(jì)采用常壓操作，泡點(diǎn)進(jìn)料，間接蒸汽加熱以及水冷的冷卻方式，適當(dāng)考慮熱能利用。三、精餾塔的工藝計(jì)算和論敘（一）精餾塔的物料衡算1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率2、相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算：、各溫度下苯和氯苯的飽和蒸汽壓列表：溫度（oC）8090100110120130P0*苯(PA0)760102513501760225028402900P=氯苯(PB0)148205293400543719760、計(jì)算得出各溫度下苯的氣液相百分比列表：計(jì)算公式為：；溫度（oC）8090100110120130XA10YA10、計(jì)算各溫度下的苯對(duì)氯苯的相對(duì)揮

4、發(fā)度：計(jì)算公式為：理想狀態(tài)下相對(duì)揮發(fā)度：溫度（oC）8090100110120130XA10計(jì)算苯的平均相對(duì)揮發(fā)度：苯的相對(duì)揮發(fā)度一般應(yīng)用各溫度下的揮發(fā)度的幾何平均值或者算術(shù)平均值表示，本設(shè)計(jì)中使用個(gè)溫度下的幾何平均值來(lái)表示。 3、原料液及塔頂、塔液產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：4、物料衡算：（二）塔板數(shù)的確定1、理論板層數(shù)的求取苯氯苯屬于理想物系，可以用圖解法求理論板數(shù)。（1）、求最小回流比及操作線回流比。進(jìn)料狀態(tài)的選擇：飽和液體進(jìn)料（q1）。進(jìn)料狀態(tài)由五種，即過(guò)冷液體進(jìn)料（q1),飽和液體進(jìn)料（q1），氣液混合進(jìn)料（1q0)和過(guò)熱蒸汽進(jìn)料(q0).?；诠こ毯徒?jīng)濟(jì)得綜合考慮，這里選擇飽和液體進(jìn)料，其

5、主要原因是：A、保證塔的操作穩(wěn)定B、避免季節(jié)氣溫的影響C、為使精、提餾段保持相同的路徑，便于制造。已設(shè)：飽和液體進(jìn)料（q=1）,則：根據(jù)作圖（15）和吉利蘭關(guān)聯(lián)圖法綜合得：R=2Rmin為最理想選擇。用逐板法計(jì)算理論板數(shù)如下： c、逐板法計(jì)算如下：如上圖得：總理論板數(shù)=7；進(jìn)料板位置;（三）計(jì)算操作溫度：a、塔頂溫度:tD,已知p=+4)kpa = =x1，苯的沸點(diǎn)80.10C, 氯苯的沸點(diǎn)131.80C設(shè)t=1000C,查表得PA0=1350mmHg, PB0=293mmHg, xa=/(1350-293) =設(shè)t=900C,查表得PA0=1025mmHg, PB0=205mmHg, xa=

6、/(1025-205) =作圖內(nèi)插法得（如圖6）：tD=綜上所述：g.氣液相的體積（四）.塔體工藝尺寸的計(jì)算:1. 精餾段塔徑計(jì)算:因?yàn)樗胶桶彘g距的關(guān)系如下表:塔徑Dm板間距HT 800 若取: HT =,hL=(一般hL0= HThL=0.35mm查圖(1-1)得:C20=C=C20*(/20)=20)=取安全系數(shù)為(一般則空塔氣速為:u=0.909m/s,不在0.8m1.6m范圍,不符合若取:HT=, hL= HT -hL=0.30m查圖(1-1)得:C20=C=C20*=20)=u=*=0.752m/s 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)圓整后:D=（五）板式塔的塔板工藝尺寸計(jì)算：1、溢流裝置的計(jì)算：、 選擇單溢

7、流弓型降液管 原因：?jiǎn)我缌饔址Q直徑流，液體自液盤橫向流過(guò)塔板至溢流堰，液體流徑較大，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，直徑小于 m的塔中廣泛使用。工業(yè)上應(yīng)用最廣的降液管是弓型降液管。、計(jì)算堰長(zhǎng)lw: a、精餾段：2. 塔板布置。（1）.塔板的分塊. 塔徑mm塔板分塊數(shù) 3 4 5 6得塔板分為3塊（2）邊緣區(qū)寬度的確定。 對(duì)于提餾段： （3）開孔區(qū)面積計(jì)算:（4）篩板孔的計(jì)算及其排列：因苯氯苯系腐蝕性，可用炭鋼板，取， =4mm,采用正三角形排列?？字行木啵簍=3=3*4=12mm=,孔數(shù)目為n氣體通過(guò)閥孔的氣速：b、對(duì)提餾段：n=個(gè)開孔率：四、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算。1塔板壓降 （1）.平板

8、阻力由.查圖（1-3）故有： （2）.氣體通過(guò)液層的阻力的計(jì)算：對(duì)精餾段: m/s查圖表得: =故*對(duì)提餾段： 查圖表得: =故*(3) 液體表面張力的阻力計(jì)算：對(duì)精餾段：對(duì)提餾段：綜上（1），（2），（3）得：2、液相落差：對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且苯設(shè)計(jì)的塔徑和液流量均不大，故可以忽略液面誤差的影響。3、液沫夾帶： 4、漏液.對(duì)篩板塔漏液氣速： 穩(wěn)定系數(shù): 故在精餾段無(wú)明顯漏液。b.對(duì)提餾段： 穩(wěn)定系數(shù)：故在提餾段無(wú)明顯漏液。5、 液泛：為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)該服從以下關(guān)系：因選用凹型受液盤，故不需設(shè)置進(jìn)口堰，則：五、塔板負(fù)荷性能圖：1、漏夜線：操作范圍內(nèi)，任取數(shù)值作L

9、s,依上述計(jì)算得出Vs值，列出下表：操作范圍內(nèi)，任取數(shù)值作Ls,依上述計(jì)算得出Vs值，列出下表：2、液沫夾帶線：a、對(duì)精餾段：=故h操作范圍內(nèi)，任取數(shù)值作Ls,依上述計(jì)算得出Vs值，列出下表：b.對(duì)提餾段：=故：h列表操作范圍內(nèi)，任取數(shù)值作Ls,依上述計(jì)算得出Vs值，列出下表計(jì)算得:3、液相負(fù)荷下限線：對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。4、液相負(fù)荷上限線：以4s作為液體在降液管中停留時(shí)間為下限.即，故：a.對(duì)精餾段：b.對(duì)提餾段：5、液泛線：令 其中：列表計(jì)算：b、對(duì)于提餾段列表計(jì)算:6、根據(jù)1，2，3，4，5，可作出篩板的負(fù)荷性能圖：在圖上，作出操作點(diǎn)A,連接OA，即作出操作線

10、，可以得出：設(shè)篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，查圖得。六、板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備：（一）塔頂結(jié)構(gòu)： 1、塔的空間：塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距，為利于讓塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)該大于板間距，設(shè)計(jì)中通常取塔頂間距為（HT 若需要安裝除沫器時(shí)，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂間距對(duì)于精餾塔：HT，塔頂空間應(yīng)取對(duì)于提餾段：HT 塔頂空間應(yīng)取綜合以上考慮可以?。核斂臻g為 2、塔底空間：塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距其值由下列因素決定：塔底儲(chǔ)液空間依儲(chǔ)存液量停留38mm（易結(jié)焦物可縮短停留時(shí)間）而定，再沸器的安裝方式及安裝高度；塔底液向最下層塔板之間要留有12m的間距綜合以上

11、因素，塔底空間取 3、人孔：對(duì)于D1000mm的板式塔。一般每隔68層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑一般450mm600mm其伸長(zhǎng)塔體的同體長(zhǎng)為200250mm人孔中心距操作平臺(tái)約為8001200mm沒人孔處的板間距應(yīng)等于或大于600mm本設(shè)計(jì)中：D，總板數(shù)為14塊設(shè)只能在進(jìn)料板上方設(shè)一人孔，直徑為550mm伸長(zhǎng)塔體的筒體長(zhǎng)200mm人孔中心距操作平臺(tái)1000mm并將進(jìn)料板處間距設(shè)為 4、塔高H（nnFnP1）HTnFHFnpHp+HD+HB+H1H2其中其中：H塔高，m；n實(shí)際踏板數(shù)nF進(jìn)料板數(shù)HF進(jìn)料板處板間距mnp人孔數(shù)HB塔底的空間高度mHp設(shè)人孔處的板間距，mHD塔頂空間高度，m;H1封頭高

12、度，m；H2裙座高度，m；取封頭高度為H1D/2+D/60.53mH5*+7*+*1+10m塔的結(jié)構(gòu)：因D0.8m選取單流型塔板，板塊數(shù)為3 （三）附屬設(shè)備及其熱量衡算 1、在沸器的計(jì)算和選型本設(shè)計(jì)所采用的加熱蒸汽壓力為 進(jìn)料時(shí)苯和氯苯的比熱分別為160kJ熱蒸汽用量的計(jì)算：平均化熱：CP*160+*（）原料液的焓:hFCP*tF*104kJ/kmol原料帶入的熱量:QF=F*hF=*104=*105kJ/h塔頂蒸汽的熱焓近似取純苯蒸汽的焓：HVrCPtD+*104kJ/kmol蒸汽帶出去的熱量：QVVHV*104*106kJ/h塔底產(chǎn)品的焓近似取純氯苯的焓：hwCPtW*104*105kJ/

13、h回流液的焓近似取純苯的焓：hRCPtD*104kJ/kmol回流液帶入的熱量：QRRDhR*104*105kJ/h而：再沸器中加熱劑帶入的熱量QBQVQWQFQR所以所以：QB*106+*105*105*105*105kJ/h*106kJ/h加熱水蒸氣的氣化潛熱*103kJ/kmol水蒸汽的用量GBQB/（*106）/（*103）hh b.再沸器傳熱面積的計(jì)算(安全系數(shù)取8）加熱蒸汽壓力為時(shí)，查表的水蒸氣溫度為t取k650（W/，則再沸器的傳熱面積為A（kT）（*106）/650* c.再沸器的選型：臥式熱虹吸再沸器，選取型號(hào)為FLB800180164型臥式熱虹吸再沸器的優(yōu)點(diǎn)：1.傳熱面積大

14、時(shí)再沸器的金屬耗電量低；2.出塔產(chǎn)品緩沖容積較大，穩(wěn)定性較高；3.循環(huán)時(shí)，寬餾分物質(zhì)重沸器的出入口溫度高于罐式從經(jīng)濟(jì)與工藝兩方面考慮，綜合優(yōu)缺點(diǎn)及本工藝要求，選用臥式較適宜。 2.冷卻水用量的計(jì)算：QcQVQRQD餾出液的焓值等于回流液的焓：hD*104kJ/mol塔頂產(chǎn)品帶出去的熱量：QDDhD*104*105=kJ/mol故：Qc*105*106kJ/h水的汽化熱：Cp冷卻水用量： b.泵的計(jì)算和選用：可取水998kg/m3故流速：VGc/水*104/998h查表得：可取標(biāo)準(zhǔn)泵3B57A，即為冷凝器供給冷凝水所需的水泵 c.全凝器得換熱面積：取可650W/；安全系數(shù)可取8選擇浮頭式冷凝器，

15、其規(guī)格為：FLB60075256 3.接管尺寸的確定： a.進(jìn)料管：因苯氯苯物系屬物料清潔且腐蝕輕微物系，可以用不分插結(jié)構(gòu)，即把進(jìn)料器直接焊在塔壁上，設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管內(nèi)徑：取其尺寸為 b.回流管：取其尺寸為： c.釜液出口管：取其尺寸為：八、方案優(yōu)化 在本次設(shè)計(jì)中涉及各方面的設(shè)備，也涉及各方面的問(wèn)題，從而有一個(gè)方案優(yōu)化問(wèn)題： 1.塔的設(shè)計(jì)與性能 本塔設(shè)計(jì)對(duì)殘液要求高，在求理論板數(shù)進(jìn)行了放大處理，由于計(jì)算這兩段塔注相差不大，在符合要求的情況下，可取為相同，對(duì)制造有利。從負(fù)荷性能圖上看，精餾段操作彈性為，提餾段為均較合適，在負(fù)荷性能圖上，液泛線超出了霧沫夾帶線表明霧沫夾帶控制，不會(huì)出現(xiàn)液泛。 2

16、.原料泵的選擇 送原料泵的揚(yáng)程一般要比實(shí)際大，這樣可以防止當(dāng)輸送中斷時(shí)，原料槽液面下降出現(xiàn)混濁產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，另外，在所有的泵設(shè)備中都需要有備用泵，防止突發(fā)事故。 3.關(guān)于能量的綜合利用 在本工藝流程過(guò)程設(shè)計(jì)中，多處用到換熱器，且用處各不相同，有的用于加熱，有的用于冷卻，因而應(yīng)該考慮換熱器間物料和能量的綜合利用，塔頂蒸汽冷凝時(shí)放出的能量可利用于原料的預(yù)加熱或其他方面的加熱，而且，由于塔釜液的流量，溫度均比塔頂高，能量更多 直接排放不僅浪費(fèi)而且不安全，這部分能量也可以回收利用通過(guò)熱量的充分利用和回收，可節(jié)省大量的蒸汽永良，從而節(jié)省經(jīng)費(fèi)。 七、塔體設(shè)計(jì)總表：序號(hào)項(xiàng)目精餾數(shù)值提餾數(shù)值1平均溫度：tm,0C2平均壓力：Pm,kPa3氣相流量 ：VS,m3/s4液相流量：LS,m3/s*10-4*10-35實(shí)際塔板數(shù)：NT686有效段高度：m7塔