苯和氯苯分离化工原理课程设计汇本.doc

wd(一〕产品与设计方案简介1.产品性质、质量指标和用途产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体密度1．105g/cm3沸点131．6℃凝固点-45℃折射率1．5216(25℃)闪点29．4℃燃点637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，外表张力33．28×10-3N／m．溶解度参数δ＝9．5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)溶于大多数有机溶剂，不溶于水常温下不受空气、潮气及光的影响，长时间沸腾那么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与氯酸银反响剧烈质量指标：氯苯纯度不低于99.8%，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯45%〔以上均为质量分数〕产品用途：作为有机合成的重要原料2.设计方案简介〔1〕精馏方式：本设计采用连续精馏方式原料液连续参加精馏塔中，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〕物系别离〔3〕 塔板形式：F1型浮阀塔板，浮阀塔板的优点是构造简单、制造方便、造价低;塔板开口率大，生产能力大；由于阀片可随气量的变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高 〔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〔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局部回流入塔，其余局部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3工艺流程草图及说明45%氯苯原料储存原料预热精馏再沸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，其中的液态局部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，而其中的气态局部重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流液相混合物就从塔底一局部进入到塔底产品冷却器中，一局部进入再沸器，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参加最终，完成苯与氯苯的别离二) 精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量MA = 78.11 氯苯的摩尔质量MB =112.56 2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3.物料衡算氯苯产量 总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 〔三〕塔板数确实定1．理论塔板数的求取根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取①由手册查得苯-氯苯的饱和蒸汽压数据，列于下表 苯-氯苯气液平衡数据温度/℃苯氯苯xyα807601481.000 1.000 9010252050.677 0.913 5.000 10013502930.442 0.785 4.608 11017604000.265 0.613 4.400 12022505430.127 0.376 4.144 13028407190.019 0.072 3.950 131.829007600.000 0.000 此题中，塔内压力接近常压〔实际上略高于常压〕，而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对平衡关系的影响完全可以忽略。

②求最小回流比、操作回流比及最小理论塔板层数 将1.表中数据作图得曲线〔如图1〕及曲线〔如图2〕在图上，因，查得，而，故有：考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的1.85倍，即：③求精馏塔气、液相负荷 L=RD=0.6585×56.25=37.04kmol/h V=(R+1)D=(0.6585+1) ×56.25=93.29kmol/h L’=L+F=37.04+87.10=124.14kmol/h V’=V=93.29 kmol/h④求操作线方程精馏段操作线：提馏段操作线为过和两点的直线⑤图解法求理论塔板数如图1所示，求解结果为 总理论板层数 NT=11.0〔包括再沸器〕 进料板位置 NF=4图1 图解法求理论板层数图2 苯-氯苯物系温度组成图2．实际塔板数的求取〔1〕全塔效率 塔的平均温度 平均温度下的气液组成 苯与氯苯的粘度分别为 平均粘度为 塔板效率为 〔2〕实际板层数的求取 N精=3/0.553=5.42≈6 N提=8/0.553=14.47≈15 Np=6+15=21(四) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算1、操作压力的计算 塔顶操作压力 pD=101.08+4=105.08kpa 每层塔板压降 Δp=0.7kpa 进料板压力 pF=105.08+0.7×6=109.28kpa 塔底压力 pW=105.08+0.7×21=119.78kpa 精馏段平均压力 pm=1/2×〔105.08+109.28〕=107.18kpa提馏段平均压力 pm‘=1/2×〔109.28+119.78〕=114.53kpa2、操作温度计算 由t-x-y图得，塔顶温度tD=83.5℃，进料板温度tF=91.7℃，塔底温度tW=131.1℃。

精馏段平均温度tm=1/2×〔83.9+91.7〕=87.6℃，提馏段平均温度tm‘=1/2×〔131.1+91.7〕=111.4℃3、平均摩尔质量的计算 塔顶xD=y1=0.9860，查图1得x1=0.9353同理，加料板xF=0.6188，yF=0.8818；塔底xW=0.0017，yW=0.0067 MVDm=0.9860×78.11+(1-0.9860) ×112.56=78.59kg/kmol MLDm=0.9353×78.11+(1-0.9353) ×112.56=79.65kg/kmol MVFm=0.8818×78.11+(1-0.8818) ×112.56=82.18kg/kmolMLFm=0.6188×78.11+(1-0.6188) ×112.56=91.24kg/kmolMVWm=0.0067×78.11+(1-0.0067) ×112.56=112.33kg/kmolMLWm=0.0017×78.11+(1-0.0017) ×112.56=112.50kg/kmol精馏段平均摩尔质量MVm=1/2×(78.59+82.18)=80.39 kg/kmolMLm=1/2×(79.65+91.24)=85.45 kg/kmol提馏段平均摩尔质量M‘Vm=1/2×(82.18+112.33)=97.26 kg/kmolM‘Lm=1/2×(91.24+112.50)=101.87 kg/kmol4、平均密度的计算〔1〕气相平均密度〔2〕液相平均密度液相平均密度依下式计算，即〔a为质量分率〕 塔顶温度tD=83.5℃,此温度下ρA=812.41kg/m3, ρB=1033.79kg/m3，所以ρLDm=815.90kg/m3。

进料板温度tF=91.7℃,此温度下ρA=803.62kg/m3, ρB=1025.56kg/m3，所以ρFDm=894.61kg/m3塔底温度tW=131.1℃,此温度下ρA=755.91kg/m3, ρB=980.90kg/m3，所以ρLWm=980.06kg/m3 所以 ρLm=1/2×(815.90+894.61)=855.26 kg/m3ρ’Lm=1/2×(980.06+894.61)=937.34 kg/m35、液体的外表张力塔顶温度tD=83.5℃,此温度下σA=20.7dyn/cm, σB=25.8dyn/cmσLDm=0.9860×20.7+〔1-0.9860〕×25.8=20.8 dyn/cm进料板温度tF=91.7℃,此温度下σA=19.8dyn/cm, σB=24.9dyn/cmσLFm=0.6188×19.8+〔1-0.6188〕×24.9=21.7 dyn/cm塔底温度tW=131.5℃,此温度下σA=15.3dyn/cm, σB=20.4dyn/cmσLWm=0.0029×15.1+〔1-0.0029〕×20.4=20.3 dyn/cm所以 σLm=1/2×(20.8+21.7)=21.3dyn/cmσ’Lm=1/2×(20.4+21.7)=21.1dyn/cm6、液体平均黏度的计算塔顶温度tD=83.5℃,此温度下μA=0.297mpa·s，μB=0.301mpa·s,解得μLDm=0.297 mpa·s。

进料板温度tF=91.7℃,此温度下μA=0.275mpa·s，μB=0.282mpa·s,解得μLFm=0.280 mpa·s塔底温度tW=131.1℃,此温度下μA=0.197mpa·s，μB=0.202mpa·s,解得μLDm=0.202 mpa·s所以 μLm=1/2×(0.297+0.280)=0.289mpa·sμ’Lm=1/2×(0.202+0.280)=0.241 mpa·s(五)精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、塔径的计算〔1〕精馏段的气、液相体积流率分别为，取板间距HT=0.40m，板上液层高度hL=0.06m故HT-hL=0.40-0.06=0.34m查文献[1]中图5-1得，C20=0.073取平安系数0.8，那么空塔气速u=0.8umax=0.8×1.269=1.015m/s圆整后取D=1.0m塔截面积为 实际空塔气速 u=0.721/0.785=0.918m/s〔2〕提馏段的气、液相体积流率分别为，取板间距HT=0.40m，板上液层高度hL=0.06m故HT-hL=0.40-0.06=0.34m查文献[1]中图5-1得，。