精品苯氯苯分离精馏塔浮阀塔设计化工原理毕业论文Word下载.docx
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4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；
5）塔板主要工艺尺寸的计算；
6）塔板的流体力学验算；
7）塔板负荷性能图；
8）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
9）辅助设备的设计与选型
2．设计图纸要求：
1）绘制工艺流程图
2）绘制精馏塔装置图
（四）参考资料
1．物性数据的计算与图表
2．化工工艺设计手册
3．化工过程及设备设计
4．化学工程手册
5．化工原理
苯、氯苯纯组分的饱和蒸汽压数据
其他物性数据可查有关手册。
目录
前言6
1．设计方案的思考6
2.设计方案的特点6
3．工艺流程的确定6
一．设备工艺条件的计算8
1．设计方案的确定及工艺流程的说明8
2．全塔的物料衡算8
2.1料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率8
2.2平均摩尔质量8
2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率8
3．塔板数的确定9
3.1理论塔板数的求取9
3.2确定操作的回流比R10
3.3求理论塔板数11
3.4全塔效率12
3.5实际塔板数（近似取两段效率相同）13
4．操作工艺条件及相关物性数据的计算13
4.1平均压强13
4.2平均温度14
4.3平均分子量14
4.4平均密度15
4.5液体的平均表面张力16
4.6液体的平均粘度17
4.7气液相体积流量18
6主要设备工艺尺寸设计19
6.1塔径19
7塔板工艺结构尺寸的设计与计算20
7.1溢流装置20
7.2塔板布置23
二塔板流的体力学计算25
1塔板压降25
2液泛计算27
3雾沫夹带的计算28
4塔板负荷性能图30
4.1雾沫夹带上限线30
4.2液泛线31
4.3液相负荷上限线32
4.4气体负荷下限线（漏液线）33
4.5液相负荷下限线33
三板式塔的结构与附属设备35
1塔顶空间35
2塔底空间36
3人孔数目36
4塔高36
浮阀塔总体设备结构简图：
37
5接管38
5.1进料管38
5.2回流管38
5.3塔顶蒸汽接管39
5.4釜液排出管39
5.5塔釜进气管40
6法兰40
7筒体与封头41
7.1筒体41
7.2封头41
7.3裙座41
8附属设备设计41
8.1泵的计算及选型41
8.2冷凝器42
8.3再沸器43
四计算结果总汇44
五结束语45
六符号说明：
45
前言
1．设计方案的思考
通体由不锈钢制造，塔节规格Φ25～100mm、高度0.5～1.5m，每段塔节可设置1～2个进料口测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。
整个精馏塔包括：
塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。
塔压降由变送器测量，塔釜上升蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制，塔压可采用稳压阀控制，并可装载自动安全阀。
为使塔身保持绝热操作，采用现代化仪表控制温度条件，并可在室温～300℃范围内任意设定。
同时，为了满足用户的科研需要，每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均可以数字显示。
2.设计方案的特点
浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小（因气体水平吹出之故），塔板效率较高，生产能力较大。
浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料，浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到，便于设计和对比，而且更可靠。
浮阀塔更适合，塔径不是很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。
3．工艺流程的确定
原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热后送入连续板式精馏塔F1型浮阀塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至后送至产品槽；
塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。
以下是浮阀精馏塔工艺简图
一．设备工艺条件的计算
1．设计方案的确定及工艺流程的说明
本设计任务为分离苯-氯苯混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。
设计中采用泡点进料（q=1），将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
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。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
2．全塔的物料衡算
2.1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78.11kgkmol和112.61kgkmol。
2.2平均摩尔质量
2.3料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件：
一年以300天，一天以24小时计，有：
全塔物料衡算：
釜液处理量
总物料衡算
苯物料衡算
联立解得
3．塔板数的确定
3.1理论塔板数的求取
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
依据，，将所得计算结果列表如下：
表3-1相关数据计算
温度℃
80
90
100
110
120
130
140
苯
760
1025
1350
1760
2250
2840
2900
氯苯
148
205
293
400
543
719
两相摩尔分率
x
1
0.677
0.442
0.265
0.127
0.019
y
0.913
0.785
0.614
0.376
0.071
相对挥发度
5.1351
5
4.6075
4.4
4.1436
3.9499
3.8157
本题中，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。
平均相对挥发度，则，汽液平衡方程为：
3.2确定操作的回流比R
将表3-1中数据作图得曲线。
图3-1苯—氯苯混合液的x—y图
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2.485倍，即：
求精馏塔的汽、液相负荷
3.3求理论塔板数
精馏段操作线：
提馏段操作线：
提馏段操作线为过和两点的直线。
采用图解法求理论板层数,在x-y图上作平衡曲线和对角线，并依上述方法作精馏段操作线和提镏段。
从开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘由水平线和铅垂线构成的梯级。
当梯级跨过两操作线交点时，则改在提镏段与平衡线之间绘梯级，直至梯级的铅垂线达到或越过点为止。
用Excel作图，各梯级的坐标如下：
表3-2相关数据计算
精馏段
0.986
0.94344
0.873063
0.937488
0.762776
提镏段
0.62883
0.400507
0.171981
0.053891
0.013589
0.003068
x<
0.00288
0.002473
0.010878
图3-2苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解
按上法图解得到：
总理论板层数块（包括再沸器）
加料板位置
3.4全塔效率
选用公式计算。
该式适用于液相粘度为0.07~1.4mPa·
s的烃类物系，式中的为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
查图一，由=0.986=0.00288查得塔顶及塔釜温度分别为：
=80.43℃=138.48℃，
全塔平均温度=（+）2=（80.43+138.48）2=109.5℃
根据表3-4
表3-4苯-氯苯温度粘度关系表
20
40
60
苯粘度mPa·
s
0.638
0.485
0.381
0.308
0.255
0.215
0.184
氯苯粘度mPa·
0.75
0.56
0.44
0.35
0.28
0.24
0.
利用差值法求得：
，。
3.5实际塔板数（近似取两段效率相同）
精馏段：
块，取块
提馏段：
总塔板数块
4．操作工艺条件及相关物性数据的计算
4.1平均压强
取每层塔板压降为0.7kPa计算。
塔顶：
加料板：
塔底：
精馏段平均压强
提镏段平均压强
4.2平均温度
利用表3-1数据，由拉格朗日差值法可得
塔顶温度,
加料板，
塔底温度
，
精馏段平均温度
℃
提镏段平均温度
4.3平均分子量
液相组成：
气相组成：
所以
提镏段：
所以
4.4平均密度
4.4.1液相平均密度
表4-1组分的液相密度（kgm3）
温度，（℃）
817
805
793
782
770
757
745
1039
1028
1018
1008
997
985
975
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算
苯：
推荐：
氯苯：
式中的t为温度，℃
进料板：
塔底：
4.4.2汽相平均密度
4.5液体的平均表面张力
表5-1组分的表面张力σ
温度
85
115
131
σA
21.2
20.6
17.3
16.8
16.3
15.3
σB
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