板式精馏塔设计

1、平顶山学院2012级课程设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 王伟亮 课程设计说明书 苯氯苯分离过程 题 目: 板式精馏塔设计 院(系): 化学化工学院 2014年10月19日1目 录1板式精馏塔设计任务书12 设计方案及工艺流程22.1设计方案的确定22.2工艺流程23 工艺设计计算33.1 全塔的物料衡算33.1.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率33.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量33.1.3 物料衡算33.2 塔板数的确定43.2.1 理论板数NT的求取43.2.2 全塔效率的ET求取53.2.3 实际板层数的求取63.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算63.3.1 操作压力的计算63.3.2 操作温度计算63.3.3 平均摩尔质量计算63.3.4 平均密度计算73.3.5 液相平均表面张力计算83.3.6 液相平均粘度计算93.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算93.4.1 塔径的计算93.4.2精馏塔有效高度的计算103.5 塔板主要工艺尺寸的计算113.5.1 溢流装置计算113.5.2 塔板布置123.5.3 筛孔计算及其排列133.6 筛板的流体力学验算

2、133.6.1 塔板压降133.6.3 液沫夹带143.6.4 漏液143.6.5 液泛143.7 塔板负荷性能图153.7.1 漏液线153.7.2 液沫夹带线163.7.3 液相负荷下限线173.7.4 液相负荷上限线173.7.5 液泛线174 板式塔接管的计算194.1进料管194.2 回流管204.3 塔顶蒸汽接管204.4 釜液排出管204.5 塔釜进气管205 设计一览表216 设计小结227 参考资料23II1板式精馏塔设计任务书一、设计题目： 苯氯苯分离过程板式精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务： 生产能力（进料量） 25000吨年 操作周期 7200小时年 进料组成 38（质量分率，下同） 塔顶产品组成 0.2% 塔底产品组成 992、 操作条件 操作压力 4 kPa（表压） 进料热状态 自选 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） 单板压降： 0.7 kPa 3、 设备型式 浮阀塔 （F1型）4、 厂 址 河南地区三、设计内容：1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及提馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校

3、核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4、设计结果汇总5、工艺流程图及精馏塔工艺条件图6、设计评述112 设计方案及工艺流程2.1设计方案的确定本任务是分离苯氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，本设计采用板式塔连续精馏。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送进精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分冷却后送至储物罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍，且在常压下操作。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储物罐。2.2工艺流程 连续精馏装置流程如图所示首先，苯和氯苯的原料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露点冷凝成液体，其中部分进入到塔顶产品冷却器中进行进一步冷却，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的另一部分重新回到精馏塔中，这个

4、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。3 工艺设计计算3.1 全塔的物料衡算 3.1.1 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分别为78.11 kg/kmol和112.56 kg/kmol。3.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量3.1.3 物料衡算 原料处理量 总物料衡算 39.28=D+W 苯物料衡算 39.280.7016=D0.9986+W0.0029联立解得 D=27.56 W=11.723.2 塔板数的确定3.2.1 理论板数NT的求取 苯氯苯物系属于理想物系，求取NT，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xy,依据x=（Pt-P0B)/(P0A-P0B），y=P0Ax/Pt,将所得计算结果如下:T()8090100110120130131.8x1.0000.6770.4420.2650.1270.0190.000y1.0000.9130.78

5、50.6130.3760.0720.000本题中，塔内压力接近常压，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xy平衡关系的影响完全可以忽略。(2) 求最小操作回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比。自点C（0.7016,0.7016）作垂线与平衡线交于点D，CD连线即为q线，由图可知：，最小操作回流比： 操作回流比： (3) 求精馏塔的汽、液相负荷:精馏段： L=RD=0.66427.56=18.30kmol/hV=(R+1)D=(0.664+1)27.56=45.86 kmol/h提馏段： L=L+qF=14.64+139.28=53.92kmol/hV=V=45.86 kmol/h(4) 求操作线方程 精馏段操作线： 提馏段操作线： 提馏段操作线为过(0.0029,0.0029)和(0.7016,0)两点的直线。(5) 图解法求理论板层数 采用图解法求理论板层数，如图所示。采用图解法求理论板数，求解结果为：总理论板数，进料板位置3.2.2 全塔效率的ET求取 进料状况为泡点液体， 把=0.332 =0.9986 =0.7016代入上式中得=5.21全塔

6、效率 ET=0.49（5.210.173）-0.245= 0.503.2.3 实际板层数的求取 精馏段实际板层数： 提馏段实际板层数： 总塔板数:块。3.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.3.1 操作压力的计算 塔顶： 每层塔板压降 加料板： 精馏段平均压强： 塔底： 提馏段平均压强：3.3.2 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法，计算出泡点温度，其中苯、氯苯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算结果如下： 塔顶温度，加料板温度，塔底温度。精馏段平均温度：。提馏段平均温度： 整个塔的平均温度：3.3.3 平均摩尔质量计算 塔顶：，（查相平衡图） 加料板：，（查相平衡图） 塔底： , 精馏段： 提馏段： 3.3.4 平均密度计算 (1) 液相平均密度组分的液相密度（）温度，（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985 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： 式中的t为温度，塔顶：进料板：塔底： 精馏段的液相密度：精馏段的气相密度：提馏段的液相密度:提馏段的气相密度:(2) 液相平均密度: 汽相平均密度: 3.3.5 液相平均表面张力计算组分的表面张力（）温度，（）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4 双组分混合液体的表面张力可按下式计算：由,用试差法计算出该温度下两组分的表面张力为 ； （80）进料板：；精馏段：提馏段的计算方法与此类似，故省略。3.3.6 液相平均粘度计算 塔顶：查化工原理数据，在80下有： 加料板：精馏段：3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.4.1 塔径的计算由式中C由公式计算，其中可由史密斯关联图查出，图的横坐标为取板间距，板上液层高度，则由史密斯关系图得取安全系数为0.7，则空塔气速为精馏段的塔径:按标准塔径圆整后取D=800 mm塔截面积为:实际空塔气速为：3.4.2精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为：提馏段有效高度为：在进料板上方开一人孔，其高度为800 mm故精馏塔的高度为：5.85+5.85+0.8=12.5 m3.5 塔板主要工艺尺寸的计算3.5.1 溢流装置计算因塔径D=0.7m2 m时，可达100 mm

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