化工原理設(shè)計(jì)---苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)

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1、課程設(shè)計(jì)題目——苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)題目某化工廠每天需將75噸含苯45%的苯—氯苯混合物用連續(xù)蒸餾方法分離成含苯96%的餾出液及含氯苯98%的釜液(均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))供有機(jī)合成之用。試設(shè)計(jì)一精餾塔來完成該分離任務(wù)；原料溫度為20℃。二、操作條件1.塔頂壓強(qiáng)4kPa（表壓）；2.20℃進(jìn)料；3.回流比自定（取2.4Rmin）；4.塔釜加熱蒸汽壓力506kPa（表壓）；5.單板壓降不大于0.7kPa；6.每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明；2.塔的工藝計(jì)算；3.塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2、；4.塔內(nèi)流體力學(xué)性能的設(shè)計(jì)計(jì)算；5.塔板負(fù)荷性能圖的繪制；6.設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果一覽表；7.生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖的繪制；8.對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論。四、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.組分的飽和蒸汽壓（mmHg）溫度，（℃）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760注：1mmHg=133.322Pa2.組分的液相密度（kg/m3）溫度，（℃）8090100110120130苯817805793782770757氯苯103910281

3、0181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下式計(jì)算苯氯苯式中的t為溫度，℃。3.組分的表面張力（mN/m）溫度，（℃）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4雙組分混合液體的表面張力可按下式計(jì)算：（為A、B組分的摩爾分率）4.氯苯的汽化潛熱常壓沸點(diǎn)下的汽化潛熱為35.3×103kJ/kmol。純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系可用下式表示：（氯苯的臨界溫度：）5.其他物性數(shù)據(jù)可查化工原理附錄。一、設(shè)計(jì)方案及工藝流程首先，苯和氯苯的原料混合

4、物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到進(jìn)料溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。塔中氣相混合物在精餾塔中上升到塔頂上方的冷凝器中，降溫到泡點(diǎn)溫度使液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中,即回流。而液相混合物在精餾塔中下降至塔底，一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分離。二、全塔物料衡算（1）料液及

5、塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對(duì)摩爾質(zhì)量分別為78.11和112.61kg/kmol。（2）平均摩爾質(zhì)量（3）料液及塔頂、底產(chǎn)品的摩爾流率依題給條件：一天以24小時(shí)計(jì)，有：，全塔物料衡算：三、塔板數(shù)的確定1.理論塔板數(shù)的求取苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級(jí)圖解法（M·T法）求取，步驟如下：（1）相平衡數(shù)據(jù)的求取根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求?。ㄒ妶D1）依據(jù)，，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下：溫度，（℃）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205

6、293400543719760兩相摩爾分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y10.9130.7850.6140.3760.0710本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實(shí)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?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì)平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。（2）確定操作的回流比Ra.將上表中數(shù)據(jù)作圖得曲線（見圖2）時(shí)，泡點(diǎn)溫度為95.4℃，℃查化工原理附錄得比熱容：汽化熱：苯：393.9kJ/kg氯苯：325kJ/kg原料液汽化熱：b.將上表中數(shù)據(jù)作圖得曲線，斜率為：在圖上定出：。q線過點(diǎn)e且與x~

7、y曲線交于點(diǎn)，如圖，，，?；亓鞅葹闀r(shí)，q線與精餾段操作線交點(diǎn)在x~y曲線上，即交于f點(diǎn)。所以（3）求理論塔板數(shù)精餾段操作線：提餾段操作線為過c，d兩點(diǎn)的直線。圖解得塊（不含塔釜）。其中，精餾段塊，提餾段塊，第5塊為加料板位置。2.實(shí)際塔板數(shù)（1）全塔效率選用公式計(jì)算。該式適用于液相粘度為0.07~1.4mPa·s的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。塔的平均溫度為0.5(80+131.8)=106℃（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄得：，。2.實(shí)際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）精餾段：塊提餾段：塊

8、總塔板數(shù)塊四、塔的精餾段、提餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（1）平均壓強(qiáng)取每層塔板壓降為0.7kPa計(jì)算。塔頂：加料板：塔底：平均壓強(qiáng)：（2）平均溫度查溫度組成圖得：塔頂為80℃，塔底為95.4℃，加