氯苯板式精馏塔设计毕业论文.doc
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苯—氯苯分离过程办事精馏塔设计
青岛科技大学
职业技术学院
毕业综合训练报告（论文）
题目苯与氯苯分离过程板式精馏塔设计
指导教师__________________________
辅导教师__________________________
学生姓名__________________________
学生学号__________________________
_____________________________院（部）专业
_______________班
2
青岛科技大学毕业设计{论文}
_____年___月
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计
一、设计题目
试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯60000
吨，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。
原料液中含氯苯为38%（以上均为质量%）。
二、操作条件
1.塔顶压强4kPa（表压）；
2.进料热状况，泡点进料；
3.回流比，2Rmin；
4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa（表压）；
5.单板压降不大于0.7kPa；
6.年工作日300天，每天24小时连续运行。
三、设计内容
1.设计方案的确定及工艺流程的说明；
2.塔的工艺计算；
3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算；
4.塔内流体力学性能的设计计算；
5.塔板负荷性能图的绘制；
6.塔的工艺计算结果汇总一览表；
7.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制；
8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
1
苯—氯苯分离过程办事精馏塔设计
四、基础数据
i
1.组分的饱和蒸汽压
po（mmHg）
温度，
（℃）
8
0
9
0
1
00
1
10
1
20
1
30
1
31.8
po
i
苯
7
60
1
025
1
350
1
760
2
250
2
840
2
900
氯
苯
1
48
2
05
2
93
4
00
5
43
7
19
7
60
2.组分的液相密度ρ（kg/m3）
温度，
（℃）
80
9
0
10
0
1
10
1
20
1
30
ρ
苯
81
7
8
05
79
3
7
82
7
70
7
57
氯
苯
10
39
1
028
10
18
1
008
9
97
9
85
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算
苯ρA=912-1.187t
氯苯ρB=1127-1.111t
推荐：
ρA=912.13-1.1886t
推荐：
ρB=1124.4-1.0657t
式中的t为温度，℃。
3.组分的表面张力σ（mN/m）
温度，
（℃）
80
8
5
11
0
1
15
1
20
1
31
σ
苯
21
.2
2
0.6
17
.3
1
6.8
1
6.3
1
5.3
氯
苯
26
.1
2
5.7
22
.7
2
2.2
2
1.6
2
0.4
双组分混合液体的表面张力
σm可按下式计算：
m
o=σAσB
（x、x
为A、B组分的摩尔分率）
AB
oAxB+σBxA
4.氯苯的汽化潜热
常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol。
纯组分的汽化潜热与温度
2
青岛科技大学毕业设计{论文}
的关系可用下式表示：
3
ræt
-tö0.38
2=çc2÷
（氯苯的临界温度：
t
=359.2°C）
r
t
-t
0.38
1
ç÷c
èc1ø
5.其他物性数据可查化工原理附录。
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计
摘要
本设计为设计一个精馏塔来进行苯-氯苯混合物的分离，采用连续操作方式的筛板精馏塔。
在常压下，采用泡点进料，连续精馏方式，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内原料液连续加入精馏塔中，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。
并连续收集产物和排出残液氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于
98%（质量分数）。
近年来，我国氯苯系列产品产能扩增迅猛，主要品种产能和产量已居世界第一，成为全球氯苯系列产品主要的生产国和供应国，生产能力占全球总生产能力的50%以上。
氯苯系列产品的快速发展，对我国医药、
农药、染料、橡胶助剂、合成新材料等行业的发展也起着举足轻重的作用。
目前国外对、邻硝基氯苯的发展呈现衰减趋势，主要依靠进口国内的对、邻硝基氯苯生产下游精细化学品，如染/颜料、医药、农药等。
关键词：
泡点进料；精馏塔；筛板；设计计算
目录
一、前言1
二、产品与设计方案简介2
（一）产品性质、质量指标2
（二）设计方案简介3
（三）工艺流程及说明3
三、工艺计算及主体设备设计4
（一）全塔的物料衡算4
1）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率4
2）平均摩尔质量4
3）料液及塔顶底产品的摩尔流率4
（二）塔板数的确定5
1）理论塔板数的求取5
2）实际塔板数7
（三）塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算7
1）平均压强7
2）平均温度7
3）平均分子量7
4）平均密度8
5）液体的平均表面张力8
6）液体的平均粘度9
（四）精馏段的汽液负荷计算9
（五）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算9
1）塔径9
2）塔板工艺结构尺寸的设计与计算10
（六）塔板上的流体力学验算12
1）气体通过筛板压降和的验算12
2）雾沫夹带量的验算14
3）漏液的验算14
4）液泛的验算14
（七）塔板负荷性能图14
1）雾沫夹带线
（1）14
2）液泛线
（2）15
3）液相负荷上限线（3）16
4）漏液线（气相负荷下限线）（4）16
5）液相负荷下限线（5）16
（八）精馏塔的设计计算结果汇总一览表18
（九）精馏塔的附属设备与接管尺寸的计算19
（十）主要符号说明20
四、对设计过程的评述和感受21
一、前言
课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。
通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。
通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。
同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。
课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。
本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。
连续精馏塔在常压下操作，被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。
氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%（质量分数）。
高径比很大的设备称为塔器。
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。
它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。
常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：
精馏、吸收、解吸和萃取等。
此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量质量生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。
据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。
因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获得较高的传质效率。
此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传质效率。
此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：
（1）生产能力大．在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。
（2）操作稳定、弹性大。
当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。
并且塔设备应保证能长期连续操作。
（3）流体流动的阻力小。
即流体通过塔设备的压力降小。
这将大大节省生产中的动力消耗，以及降低经常操作费用。
对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统无法维持必要的真空度。
（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。
这可以减少基建过程中的投资费用。
（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处．
根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。
筛板塔是很早出现的一种板式塔。
五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。
与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：
生产能力大20－40%，塔板效率高10－15%，压力降低30－50%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。
从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。
近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达20－25mm），导向筛板等多种形式。
筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分．工业塔常用的筛孔孔径为3－8mm，按正三角形排列．空间距与孔径的比为2.5－5．近年来有大孔径（10－25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹性小。
筛板塔的特点如下：
（1）结构简单、制造维修方便。
（2）生产能力大，比浮阀塔还高。
（3）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。
（4）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。
（5）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。
（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。
二、产品与设计方案简介
（一）产品性质、质量指标
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，表面张力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，长时间沸腾则脱氯。
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。
质量指标：
氯苯纯度不低于99.8%，塔顶产品苯纯度不低于98%，原料液中苯38%。
（以上均为质量分数）
（二）设计方案简介
1.精馏方式：
本设计采用连续精馏方式。
原料液连续加入精馏塔中，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
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