化工原理課程設(shè)計---苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　設(shè)計題目：苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計</p><p>　　設(shè) 計 者: </p><p>　　班 級: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　日 期:

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　化工原理課程設(shè)計說明書</p><p>　?。ɑC械設(shè)計部分）</p><p>　　設(shè)計題目：苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計</p><p&

3、gt;　　設(shè) 計 者: </p><p>　　班 級: </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　日 期: </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　指導(dǎo)老師：

4、 </p><p>　　課程設(shè)計題目——苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計題目</b></p><p>　　試設(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45萬噸，塔頂餾出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯為30%（以上均為質(zhì)量%）。</p><p&g

5、t;<b>　　二、操作條件</b></p><p>　　1.塔頂壓強4kPa（表壓）；</p><p>　　2.進料熱狀況，泡點進料；</p><p>　　3.回流比，2Rmin；</p><p>　　4.塔釜加熱蒸汽壓力0.5MPa（表壓）；</p><p>　　5.單板壓降不大于0.7kPa

6、；</p><p>　　6.年工作日330天，每天24小時連續(xù)運行。</p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計方案的確定及工藝流程的說明；</p><p><b>　　2.塔的工藝計算；</b></p><p>　　3.塔和塔板主要工藝結(jié)

7、構(gòu)的設(shè)計計算；</p><p>　　4.塔內(nèi)流體力學(xué)性能的設(shè)計計算；</p><p>　　5.塔板負荷性能圖的繪制；</p><p>　　6.塔的工藝計算結(jié)果匯總一覽表；</p><p>　　7.生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖的繪制；</p><p>　　8.對本設(shè)計的評述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論。</p>

8、;<p><b>　　四、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1.組分的飽和蒸汽壓（mmHg）</p><p>　　2.組分的液相密度（kg/m3）</p><p>　　純組分在任何溫度下的密度可由下式計算</p><p><b>　　苯 </b></p>

9、<p><b>　　氯苯 </b></p><p>　　式中的t為溫度，℃。</p><p>　　3.組分的表面張力（mN/m）</p><p>　　雙組分混合液體的表面張力可按下式計算：</p><p>　?。锳、B組分的摩爾分率）</p><p>　　苯-氯苯物系的溫

10、度組成圖</p><p>　　一、工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計</p><p>　　（一）全塔的物料衡算</p><p>　　1）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率</p><p>　　苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為78.141和112.559kg/kmol。</p><p><b>　　2）平均摩爾質(zhì)量</b&g

11、t;</p><p>　　3）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率</p><p>　　依題給條件：一年以300天，一天以24小時計，有：，全塔物料衡算：</p><p><b>　?。ǘ┧鍞?shù)的確定</b></p><p>　　1）理論塔板數(shù)的求取</p><p>　　苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯

12、級圖解法（M·T法）求取，步驟如下：</p><p>　　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</p><p>　　依據(jù)，，將所得計算結(jié)果列表如下：</p><p>　　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。</p>&l

13、t;p>　　2.確定操作的回流比R</p><p>　　將1.表中數(shù)據(jù)作圖得曲線及曲線。在圖上，因，查得，而，。故有：</p><p>　　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倍，即：</p><p><b>　　3.求理論塔板數(shù)</b></p><p><b>　　精餾段

14、操作線：</b></p><p><b>　　提餾段操作線： </b></p><p>　　苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解</p><p>　　圖解得塊（不含釜）。其中，精餾段塊，提餾段塊，第5塊為加料板位置。</p><p><b>　　2）實際塔板數(shù)</b></p>

15、<p>　　2.實際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）</p><p><b>　　精餾段：塊，取塊</b></p><p><b>　　提餾段：塊，取塊</b></p><p><b>　　總塔板數(shù)塊。</b></p><p>　?。ㄈ┧木s段操作工藝條件及相關(guān)物

16、性數(shù)據(jù)的計算</p><p><b>　　1）平均壓強</b></p><p>　　取每層塔板壓降為0.7kPa計算。</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　加料板：</b></p><p><b>　　平均壓

17、強</b></p><p><b>　　2）平均溫度</b></p><p>　　查溫度組成圖得：塔頂為81℃，加料板為89℃。</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　3）平均分子量</b></p><p>　　

18、塔頂： ，（查相平衡圖）</p><p>　　加料板：，（查相平衡圖）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　4）平均密度</b></p><p><b>　　1.液相平均密度</b></p><p><b&g

19、t;　　塔頂：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　2.汽相平均密度</b></p><p>　　5）液體的平均表面張力</p><p><b&

20、gt;　　℃</b></p><p><b>　　塔頂：；（81℃）</b></p><p>　　進料板：；（89℃）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　6）液體的平均粘度</b></p><p>　　

21、塔頂：查化工手冊[1]，在81℃下有：</p><p><b>　　進料板</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　?。ㄋ模┚s段的汽液負荷計算</p><p><b>　

22、　汽相體積流量</b></p><p><b>　　液相體積流量</b></p><p>　?。ㄎ澹┧退逯饕に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸的計算</p><p><b>　　1）塔徑</b></p><p>　　1.初選塔板間距及板上液層高度，則：</p><p>　　2.按S

23、mith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）</p><p>　　查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　負荷因子</b></p><p><b>　　泛點氣速：</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b

24、>　　3.操作氣速</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　4.精餾段的塔徑</b></p><p><b>　　圓整取，</b></p><p><b>　　塔截面積：</b></p>

25、<p><b>　　空塔氣速：。</b></p><p><b>　　塔的有效高度計算</b></p><p>　　Z精=（N精-1）HT= m</p><p>　　Z提=（N提-1）HT= m</p><p><b>　　進料板上方開一人孔</b></p>

26、;<p>　　塔的提餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p><b>　　平均壓強</b></p><p>　　取每層塔板壓降為0.7kPa計算</p><p><b>　　加料板：</b></p><p><b>　　塔底： </b></p&g

27、t;<p><b>　　平均壓強：</b></p><p><b>　　平均溫度</b></p><p>　　查溫度組成圖得：塔頂為131℃，加料板為89℃。</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　平均分子量</b&g

28、t;</p><p><b>　　塔頂： </b></p><p><b>　　加料版： </b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　平均密度</b></p><p><b>　　1

29、.液相平均密度</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　2.汽相平均密度</b></p><

30、p>　　5）液體的平均表面張力</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　塔底：；（131℃）</p><p>　　進料板：；（89℃）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　6）液體的平均粘度</b

31、></p><p>　　塔底：查化工手冊，在131℃下有：</p><p><b>　　進料板</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　?。ㄋ模┨狃s段的汽液負荷計算</p

32、><p><b>　　汽相體積流量</b></p><p><b>　　液相體積流量</b></p><p>　?。ㄎ澹┧退逯饕に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸的計算</p><p><b>　　1）塔徑</b></p><p>　　1.初選塔板間距及板上液層高度，則：&l

33、t;/p><p>　　2.按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）</p><p>　　查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　負荷因子</b></p><p><b>　　泛點氣速：</b></p><p><b>　　m/s</b>&

34、lt;/p><p><b>　　3.操作氣速</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　4.精餾段的塔徑</b></p><p><b>　　圓整取，</b></p><p>　　小于精流段徑 所以按精

35、餾段計算</p><p>　　2）塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算</p><p><b>　　1.溢流裝置</b></p><p>　　采用雙溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，設(shè)進口內(nèi)堰。</p><p>　　溢流堰長（出口堰長）</p><p><b>　　取</b&

36、gt;</p><p><b>　　出口堰高</b></p><p><b>　　對平直堰</b></p><p><b>　　近似E=1于是：</b></p><p>　　降液管的寬度和降液管的面積</p><p>　　由，查化原下圖5-7得，即：&l

37、t;/p><p><b>　　，。</b></p><p>　　液體在降液管內(nèi)的停留時間</p><p><b>　　（滿足要求）</b></p><p><b>　　降液管的底隙高度</b></p><p>　　液體通過降液管底隙的流速一般為0.07~0.

38、25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：</p><p>　　（不宜小于0.02~0.025m，本結(jié)果滿足要求）</p><p><b>　　2.塔板布置</b></p><p>　　邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度</p><p>　　邊緣區(qū)寬度：一般為50~75mm，D >2m時，可達100mm。</p>

39、;<p>　　安定區(qū)寬度：規(guī)定m時mm；m時mm；</p><p>　　本設(shè)計取mm，mm。</p><p><b>　　開孔區(qū)面積【5】</b></p><p>　　0.96為中心降液管面積</p><p><b>　　式中：</b></p><p><

40、b>　　3.開孔數(shù)和開孔率</b></p><p>　　取篩孔的孔徑【5】，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。</p><p>　　每層塔板的開孔數(shù)（孔）</p><p>　　每層塔板的開孔率（應(yīng)在5~15%，故滿足要求）</p><p><b>　　每層塔板的開孔面積</b><

41、/p><p><b>　　氣體通過篩孔的孔速</b></p><p>　?。┧迳系牧黧w力學(xué)驗算</p><p>　　1）氣體通過篩板壓降和的驗算</p><p>　　1.氣體通過干板的壓降</p><p>　　式中孔流系數(shù)由查P115圖5-10【4】得出，。</p><p&g

42、t;　　2.氣體通過板上液層的壓降</p><p>　　式中充氣系數(shù)的求取如下：</p><p>　　氣體通過有效流通截面積的氣速，對單流型塔板有：</p><p><b>　　動能因子</b></p><p>　　查5圖5-11【4】得（一般可近似?。?lt;/p><p>　　3.氣體克服液體表面

43、張力產(chǎn)生的壓降</p><p>　　4.氣體通過篩板的壓降（單板壓降）和</p><p><b>　?。M足工藝要求）。</b></p><p>　　2）霧沫夾帶量的驗算</p><p>　　式中：，驗算結(jié)果表明不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。</p><p><b>　　3）漏液的驗算<

44、/b></p><p><b>　　漏液點的氣速</b></p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù)（不會產(chǎn)生過量液漏）</p><p><b>　　4）液泛的驗算</b></p><p>　　為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度</p><p>　　苯-氯苯屬于一

45、般物系，取</p><p>　　成立，故不會產(chǎn)生液泛。</p><p>　?。ㄆ撸┧遑摵尚阅軋D</p><p>　　1）霧沫夾帶線（1）</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　將已

46、知數(shù)據(jù)代入式（1）</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（1-1）算出對應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）</p><p><b>　　2）液泛線（2）</b></p><p>

47、<b>　　令 </b></p><p><b>　　聯(lián)立得 </b></p><p>　　忽略 將與L，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得</p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得</b></p><p><b>　　故 </b></p>

48、<p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）</p><p>　　3）液相負荷上限線（3）</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　4）漏液線（氣相負荷下限線）（4）</p><p><b>　　漏液點氣速</b></p><p>　　在

49、操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（4-4）算出對應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線（4）</p><p>　　5）液相負荷下限線（5）</p><p>　　取平堰堰上液層高度m，。</p><p>　　作出液相復(fù)合下線（5）</p><p><b>　　精餾段塔板性能圖</b>

50、;</p><p>　　操作彈性定義為操作線與界限曲線交點的氣相最大負荷與氣相允許最小負荷之比，即：</p><p><b>　　操作彈性=</b></p><p>　?。ò耍┚s塔的設(shè)計計算結(jié)果匯總一覽表</p><p>　　精餾塔的設(shè)計計算結(jié)果匯總一覽表</p><p>　?。ň牛┚s塔的附屬

51、設(shè)備與接管尺寸的計算</p><p><b>　　1）料液預(yù)熱器</b></p><p>　　根據(jù)原料液進出預(yù)熱器的熱狀況和組成首先計算預(yù)熱器的熱負荷Q ，然后估算預(yù)熱器的換熱面積A ，最后按換熱器的設(shè)計計算程序執(zhí)行。</p><p><b>　　2）塔頂全凝器</b></p><p>　　全凝器的

52、熱負荷前已算出，為1771.45循環(huán)水冷卻，進出口水溫可根據(jù)不同地區(qū)的具體情況選定后再按換熱器的設(shè)計程序做設(shè)計計算。</p><p><b>　　3）塔釜再沸器</b></p><p>　　因為飽和液體進料，故。即再沸器的熱負荷與塔頂全凝器相同。實際上由于存在塔的熱損失（一般情況下約為提供總熱量的5~10%）。再沸器屬于兩側(cè)都有相變的恒溫差換熱設(shè)備，故再沸器的設(shè)計計算

53、與蒸發(fā)器同。</p><p>　　4）精餾塔的管口直徑</p><p>　　1.塔頂蒸汽出口管徑</p><p>　　依據(jù)流速選取，但塔頂蒸汽出口流速與塔內(nèi)操作壓力有關(guān)，常壓可取12~20m/s。</p><p><b>　　2.回流液管徑</b></p><p>　　回流量前已算出，回流液的流速

54、范圍為0.2~0.5m/s；若用泵輸送回流液，流速可取1~2.5 m/s。</p><p><b>　　3.加料管徑</b></p><p>　　料液由高位槽自流，流速可取0.4~0.8 m/s；泵送時流速可取1.5~2.5m/s。</p><p><b>　　4.料液排出管徑</b></p><p&g

55、t;　　塔釜液出塔的流速可取0.5~1.0m/s。</p><p><b>　　5.飽和蒸汽管徑</b></p><p>　　蒸汽流速：<295kPa：20~40 m/s；<785kPa：40~60 m/s；>2950 kPa：80 m/s。</p><p><b>　?。ㄊ┲饕栒f明</b><

56、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院編 化工工藝手冊（下）【M】北京化學(xué)工業(yè)出版社 1986</p><p>　　J.M.Smith H C Van Ness 著 劉洪來 陸小華 陳新華等譯 化工熱力學(xué)導(dǎo)論【M】</p><p>　　陳長貴 劉邦孚 劉國微 等編 化工原

57、理（下）【M】 天津 天津科學(xué)技術(shù)出版社2009</p><p>　　賈紹義 柴誠敬 編 化工原理課程設(shè)計【M】天津 天津科學(xué)技術(shù)出版社 2009</p><p>　　匡國住 史啟才 編 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計【M】北京 化工工業(yè)出版社 2007</p><p>　　刁玉偉 王立業(yè) 喻建良 編 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)【M】 大連：大連理工出版社 2006</p&