設(shè)計一座苯氯苯連續(xù)板式精餾塔_畢業(yè)設(shè)計

1、 苯-氯苯板式精餾塔的工藝設(shè)計 苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計任務(wù)一設(shè)計題目 設(shè)計一座苯-氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯50000t，塔頂餾出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯為38%（以上均為質(zhì)量%）。二操作條件1.塔頂壓強4kPa（表壓）；2.進(jìn)料熱狀況，自選；3.回流比，自選；4.塔底加熱蒸汽壓力0.5MPa(表壓)；5.單板壓降不大于0.7kPa；三塔板類型篩板或浮閥塔板（F1型）。四工作日每年300天，每天24小時連續(xù)運行。五廠址廠址為天津地區(qū)。六設(shè)計內(nèi)容1.精餾塔的物料衡算；2.塔板數(shù)的確定；3.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算；4.精餾塔的塔體工藝尺寸計算；

2、5.塔板主要工藝尺寸的計算；6.塔板的流體力學(xué)驗算；7.塔板負(fù)荷性能圖；8.精餾塔接管尺寸計算；9.繪制生產(chǎn)工藝流程圖；10.繪制精餾塔設(shè)計條件圖；11.繪制塔板施工圖（可根據(jù)實際情況選作）；12.對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論。七設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)苯-氯苯純組分的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)溫度，（）8090100110120130-1kPa苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760其他物性數(shù)據(jù)可查有關(guān)手冊。 設(shè)計方案一設(shè)計方案的思考 通體由不銹鋼制造，塔節(jié)規(guī)格25100mm、高度0.51.5m，每段塔節(jié)可設(shè)置12個進(jìn)料口/測溫口，亦可結(jié)合客戶具體要

3、求進(jìn)行設(shè)計制造各種非標(biāo)產(chǎn)品。整個精餾塔包括：塔釜、塔節(jié)、進(jìn)料罐、進(jìn)料預(yù)熱器、塔釜液儲罐、塔頂冷凝器、回流比控制器、產(chǎn)品儲罐等。塔壓降由變送器測量，塔釜上升蒸汽量可通過采用釜液溫度或靈敏板進(jìn)行控制，塔壓可采用穩(wěn)壓閥控制，并可裝載自動安全閥。為使塔身保持絕熱操作，采用現(xiàn)代化儀表控制溫度條件，并可在室溫300范圍內(nèi)任意設(shè)定。同時，為了滿足用戶的科研需要，每一段塔節(jié)內(nèi)的溫度、塔釜液相溫度、塔頂氣相溫度、進(jìn)料溫度、回流溫度、塔頂壓力、塔釜壓力、塔釜液位、進(jìn)料量等參數(shù)均可以數(shù)字顯示。二設(shè)計方案的特點 浮閥塔應(yīng)用廣泛，對液體負(fù)荷變化敏感，不適宜處理易聚合或者含有固體懸浮物的物料浮閥塔涉及液體均布問題在氣液接

4、觸需冷卻時會使結(jié)構(gòu)復(fù)雜板式塔的設(shè)計資料更易得到，而且更可靠。浮閥塔更適合 塔徑不很大，易氣泡物系，腐蝕性物系，而且適合真空操作。三工藝流程原料液由泵從原料儲罐中引出，在預(yù)熱器中預(yù)熱后送入連續(xù)板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用強制循環(huán)式列管全凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻至后送至產(chǎn)品槽；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供氣相流，塔釜殘液送至廢熱鍋爐。 苯-氯苯板式精餾塔的工藝計算書一設(shè)計方案的確定及工藝流程的說明 本設(shè)計任務(wù)為分離苯-氯苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷

5、凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。二全塔的物料衡算（一）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為78.11 kg/kmol和112.61kg/kmol。 （二）平均摩爾質(zhì)量MF 0.702(10.702)（三）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給條件：一年以300天，一天以24小時計，有：W50000t/a6944.4kg/h，全塔物料衡算： FDWFDW三塔板數(shù)的確定（一）理論塔板數(shù)的求取苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級圖解法（

6、MT法）求取，步驟如下：1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點方程和露點方程求取依據(jù)，將所得計算結(jié)果列表如下： 表3-1 相關(guān)數(shù)據(jù)計算溫度，（）8090100110120130苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率x10y10本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因為操作壓力偏離常壓很小，所以其對平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。將表3-1中數(shù)據(jù)作圖得曲線。 圖3-1 苯氯苯混合液的xy圖在圖上，因，查得，而，。故有：考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實際操作的回流比為最小回流比的2

7、倍，即：求精餾塔的汽、液相負(fù)荷151.69=83.13 kmol/hV=(R+1)D=(0.548+1)151.69=234.82 kmol/hL=L+F=83.13+213.44=296.57 kmol/hV=V=234.82 kmol/h精餾段操作線：提餾段操作線：提餾段操作線為過和兩點的直線。 圖3-2 苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解圖解得塊（不含釜）。其中，精餾段塊，提餾段塊，第4塊為加料板位置。（二）實際塔板數(shù)選用s的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。(80+131.8)=106（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄11得：，。（近似取兩

8、段效率相同）精餾段：塊，取塊提餾段：塊，取塊總塔板數(shù)塊。四塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算（一）平均壓強取每層塔板壓降為0.7kPa計算。塔頂：加料板：平均壓強（二）平均溫度依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法，計算出泡點溫度，其中苯、氯苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：塔頂溫度80加料板88。（三）平均分子量塔頂： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖）精餾段：（四）平均密度 表4-1 組分的液相密度（kg/m3）溫度，（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下

9、式計算苯 ： 推薦：氯苯 ： 推薦：式中的t為溫度，塔頂：進(jìn)料板：精餾段：（五）液體的平均表面張力附： 表4-2 組分的表面張力（mN/m）溫度，（）8085110115120131苯氯苯雙組分混合液體的表面張力可按下式計算：（為A、B組分的摩爾分率）計算得，塔頂：；（80）進(jìn)料板：；（88）精餾段：氯苯的汽化潛熱：103kJ/kmol。純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系可用下式表示：（氯苯的臨界溫度：）（六）液體的平均粘度塔頂：查化工原理附錄11，在80下有：加料板：精餾段：五精餾段的汽液負(fù)荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量液相體積流量冷凝器的熱負(fù)荷六塔和塔板主

10、要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算（一）塔徑及板上液層高度，則：（即泛點氣速）查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得負(fù)荷因子泛點氣速：m/s3.取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為圓整取，此時的操作氣速。 精餾段有效高度為 提餾段有效高度為 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為600mm故精餾塔的高度為（二）塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。 （1）溢流堰長（出口堰長）取堰上溢流強度，滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。 （2）出口堰高對平直堰由及，查化工原理課程設(shè)計圖5-5得，于是：（滿足要求） （3）降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下P147圖11-16得，即：，。

11、液體在降液管內(nèi)的停留時間（滿足要求） （4）降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：（不宜小于0.020.025m，本結(jié)果滿足要求） （1）邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度邊緣區(qū)寬度：一般為5075mm，D 2m時，可達(dá)100mm。安定區(qū)寬度：規(guī)定m時mm；m時mm；本設(shè)計取mm，mm。 （2）開孔區(qū)面積式中：和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數(shù)（孔）每層塔板的開孔率（應(yīng)在515%，故滿足要求）每層塔板的開孔面積氣體通過篩孔的孔速（三）篩板的流體力學(xué)驗算 (1)由查圖5-10得 (2)氣

12、體通過液層的阻力由下式計算 m/s 查表5-11，得=0.57. （3）液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力 由下式計算氣體通過每層塔板的液柱高度為氣體通過每層塔板的壓降為（滿足工藝要求）對于篩板塔，液面落差很小，且本案例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。式中：在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍中。漏液點的氣速篩板的穩(wěn)定性系數(shù)（不會產(chǎn)生過量液漏）為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度苯氯苯物系屬于一般物系，取而板上不設(shè)進(jìn)口堰，則成立，故不會產(chǎn)生液泛。七塔板負(fù)荷性能圖1.液沫夾帶線（1）以氣為限，求關(guān)系如下 （7-1）式中：將已知數(shù)據(jù)代入式（7-1） （7-2）在操作范

13、圍內(nèi)，任取幾個值，依式（7-2）算出對應(yīng)的值列于下表：表7-1依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）2.液泛線（2） （7-3） （7-4）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（7-4）算出對應(yīng)的值列于下表：表7-2依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）3.液相負(fù)荷上限線（3）以 （7-5）（氣相負(fù)荷下限線）（4）漏液點氣速 整理得： （7-6）在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（7-6）算出對應(yīng)的值列于下表： 表7-3依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線（4）5.液相負(fù)荷下限線（5）取平堰堰上液層高度m，。 （7-7）圖7-1精餾段篩板負(fù)荷性能圖 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上線為

14、液泛控制，下限為漏液控制。由上圖查得 Vs,max3/s Vs,min3/s故操作彈性為： 篩板塔設(shè)計計算結(jié)果序號項目數(shù)值1平均溫度tm，842平均壓力Pm，kPa3氣相流量Vs，(m3/s)4液相流量Ls，(m3/s)5實際塔板數(shù)Np176有效段高度Z，m7塔徑D，m8板間距HT，m9溢流形式單溢流10降液管形式平頂弓形11堰長lw，m12堰高h(yuǎn)w，m13板上液層高度hL，m14堰上液層高度how，m15降液管底隙高度ho，m16安定區(qū)寬度Ws，m17邊緣區(qū)寬度Wc，m18開孔區(qū)面積Aa，m219篩孔直徑d0，m20篩孔數(shù)目n722821孔中心距t，m22開孔率，%23空塔氣速u，m/s24

15、篩孔氣速u0，m/s25穩(wěn)定系數(shù)K26每層塔板壓降Pp，Pa69027負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶eV，（kg液/kg氣）30氣相負(fù)荷上限Vs,max，m3/s31氣相負(fù)荷下限Vs,min，m3/s32操作彈性 設(shè)計評述一設(shè)計原則確定工程設(shè)計本身存在一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，同時又是政策性很強的工作。設(shè)計者在進(jìn)行工程設(shè)計時應(yīng)綜合考慮諸多影響因素，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點。滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，

16、可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產(chǎn)過程。滿足經(jīng)濟上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘Σ僮髻M用和設(shè)備費用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設(shè)備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費用增加。因此，設(shè)計時應(yīng)全面考慮，力求總費用盡可能低一些。保證生產(chǎn)安全 生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)

17、具有一定剛度和強度。二操作條件的確定結(jié)合課程設(shè)計的需要，對某些問題作具體闡述。1. 操作壓力精餾操作通?？稍诔?、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性進(jìn)行考慮。采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行精餾。當(dāng)物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時應(yīng)用加壓精餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，

18、從而減少精餾的能量消耗。對于本設(shè)計中要求分離的苯-氯苯物系，應(yīng)采用常壓操作。2. 進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進(jìn)料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計和制造上提供了方便。因此，本設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔。3. 加熱方式精餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時溶液的相對揮發(fā)度較大，便可采用直接蒸汽加熱。然而

19、，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對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，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。所以，本設(shè)計中采用間接蒸汽加熱。4. 冷卻劑與出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過50，否則溶于水中的無機鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。綜合考慮經(jīng)濟成本，本設(shè)計用常溫水作冷卻劑。5. 熱能的利用精餾過程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過程本身的熱能是十分重要的。選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。 設(shè)計感想 作為一名制藥專業(yè)大三的學(xué)生，一直進(jìn)行著基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，化工原理就是其中一