化工原理课程设计苯与氯苯的分离.docx

化工原理课程设计说明书设计题目：苯一氯苯精馅过程板式塔设计设计者：济级化工095姓名闫宏阳日期：2011年12月13号指导老师：杨胜凯设计成果：日期：设计任务书3设计计算书4设计方案的确定4精储塔物料衡算4A塔板数的确定5精窗塔的工艺条件及有关物性数据的计算8A塔体工艺尺寸计算13A塔板主要工艺尺寸15A塔板流体力学验算17A浮阀塔的结构20精储塔接管尺寸23A产品冷却器选型25对设计过程的评述和有关问题的探讨25附图：生产工艺流程图精懒塔设计流程图设计任务书（一）题目试设计一座苯一氯苯连续精帽塔，要求年产纯度99.8%的氯苯21000吨，塔顶镭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）。（二）操作条件IkPa（表压）；泡点：R=I.4Rmm:0.5Mpa（表压）；0.7kPa；（1）塔顶压力（2）进料热状况（3）回流比（4）塔底加热蒸汽压力（5）单板压降（三）塔板类型浮阀塔板（F1.型）（四）工作日每年按300天工作计，每天连续24小时运行（五）厂址厂址为天津地区设计计算书一、设计方案的确定本任务是分别笨一氯苯混合物“对于二元混合物的分别,应采纳连续精储流程，本设计采纳板式塔连续精饱。设if一中采纳泡点进料，符原料液通过预热器加热至泡点后送进精储塔内。塔顶上升蒸气采纳全凝得冷凝，冷凝液在泡点下部分回流至塔内，其余部分冷却后送至储物楸.该物系属易分别物系，最小回潦比较小，故操作回流比取最小回流比的1.4倍，且在常压下操作。塔釜采纳间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储物解.二、精值塔物料衡算（以轻组分计尊）1 .原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分率茉的摩尔质量Wt=78.1IkgZkinoI氯苯的摩尔侦量jWb=112.56kgkx)1.=0.638=0.9860.55/78.11035/78.11+0.45/112.560.98/78.110.(X)278.1.I=0.0030.9X7S.II-().02112.56XW=0.002/78.11+0.998/112.562 .原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量Mf=0.638x78.11+(1-0.638)x112.56=90.58kg/kmo1.Mp=0.986×78.1I+(1-0.986)×1I2.56=78.59kg/km>1.Mw=0.00378.11+(1-0.003)×112.56=I12.46kgk11>1.3 .物料衡算原料处理好总物料衡算苯物料衡算=25.93knoVh二100OxJOOO300X24x112.46F=D+25.930.638"=0.986。+0.(X)3×25.93联立解得D=47.31.kmo1.hF=73.24kmo!h三、塔板数的确定1 .理论板数NT的求取(1)由手册查得笨一氯苯物系的气液平衡数据，绘出xy图，见图77"C8090100I1.O120130131.8p"kPa101.33136.66179.99234.60299.99378.65386.65I1.“"kPa19.7327.3339.0753.3372.4095.86101.33I1.X=S1.0000.6770.4420.2650.1270.0190.000y=%PI.(XX)0.9130.7850.6130.3760.072().(MX)1.000图1图解法求最小回流比(2)由于泡点进料q=1.,在图上作直线x=O.986交对角线于a点，作直线x=0.638交平衡线于q点，连接a、q两点，过q点作横轴的平行线交纵轴于一点，读得图1Xy图yq=0.896,则最小回流比如下：0.986-0.896n_in=0.350.896-0.638取操作回潦比为=1.4mi1.=1.4x0.35=0.49(3)求精镭塔的气、液相负荷1.=RD=0.49x47.31=23.18kmob'hV=(R+1)D=(0.49+1)X4731=70.49kmoVh=1.+F=23,18+73.24=96.42kmoUhV,=V=70.49kmoFh（4）求操作线方程精耀段操作线方程V=x+-xn=2"§x+又'21X0.986=0.328x+0.662VV070.4970.49提惚段悚作线方程,1.',W96.42,25.93八八八，工、，八/、八，V=AX.=XX0.003=1.369X-O.（X）IV'V70.4970.49（5）图解法求理论板层数如附图1,将x=0638带入精储段操作线方程，得出y=Q871,在图中找出该点记为d,连接ad两点即得粕饲段操作线;在对角线上找到C点（0.003,0.003）,连接cd两点即得提窗段操作线。自a点起先在操作线和平衡线之间作阶梯线，求解结果为：总理论板层数Nr=II（包括再沸器）进料板位置Nf=42 .实际板层数的求解（试差法）假设总板效率E=0.49精耀段实际板层数m=22/0.49=44.945提惚段实际板层数rw=4/0.49-1=8.1-17（不包括再沸器）实际板忆数为26阻49-1=52（不包括再沸器）试差法计算如下：Np=52塔顶压力：=IOI.3+4=105.3KPa塔底压力.,*=105.3+0.C>67×52=I39.984Pa已知塔底组成为四、精慎塔的工艺条件及有关物性数据的计算I.操作压力的计算塔顶操作压力匕=IO1.3+4=105.33kPa每层塔板压降P=().7kPa进料板压力=IO533+O.7×9=1.i1.63kR精馆段平均压力P1.=(111.63+105.33)/2=K)8.48kPa塔底操作用力P1.t=1(5.33+().7×23=121.43kPa提馀段平均压力匕2=(111.63+121.43)/2=116,53kR2.操作温度的计算ABC温度范围（K）苯6.0!9071204.682-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.36071466.083-!5.44420-521氯米6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-597表1米、S1.米Antoine常数数据表<»1米.夙笨Antoine常数数据衰ABC温度范围（K）苯6.019071204.68253.072279-3776.068321236.03448.99353-4226.36071466.083.15.44420-5216.104161431.8355.515335-4056.629881897.415.21405-597假设塔顶的泡点海度=83.2"C,则纯组分的饱和蒸气压为时苯Ig河=6.06832-1236.034-48.99+83.2+273.15=2.04742=111.530对氯苯三=6,三-p；=22.1IkPa1431.83-55.515+83.2+273.15=1.34464代入泡点方程和露点方程，得成一川111.53-22.11*=_=。？3土4?.二22J!=o.93p；111.53×O.931.八CUAA=0.986=xop105.33°故假设正确，塔顶温度为%=832"C假设塔顶的进料板温度r=944''C,则纯组分的饱和蒸气压为时苯电"=6.068322.18825p；=154.26kPa对氟苯，g=6IW，6-瑞=32.7TkPa1431.83-55.515+94.4+273.15=1.51548代入泡点方程和露点方程，得人悬=绘需。“假设正确，故进料板温度为/,=944"C假设塔底的泡点温度，=37°C,则纯组分的饱和蒸气压为时茶Ig河=6.06832成=442,5IkPa1236.03448.99+137+273.15对氯米1.=6.62988-p>115.28kPa1897.415.21+137+273.15代入泡点方程，得-=三三=假设正确，故塔顶温度为心=137。C精惚段平均温度m1.=(83.2+94.4)/2=88.8',C提储段平均温度=(94.4+137)/2=115.7全塔平均湿度m=(83.2+137)/2=I1.OJoC3 .平均摩尔质量的计算塔顶：由y1.=xr>-0.986.查平衡曲线得.r1=0.920.1=0.986x78.11.+(1.-0.986)×1.12.56=78.60kgkmo1.Mwm=0.920×78.11+(1-0.920)×112.56=80.87kgkmo1.进料板：由图理论板得"=0.885,杳平衡曲线得Xr=O.621,'Wit,=0.885×78.1.1+(1-0.885)×1.12.56=82.07kgkmo1.M1.tm=0.621x78.11+(1-0.621.)×1.1.2.56=91.1.7kg/kno1.塔底：由图理论板得KI=O(X)3,查平衡曲线得X1.i=O.(X)I0.003×78.1.1.+(1.-0.003)×I12.56=II2.46kg/k11>1.Miwm=O.OOI×78.11.+(1.-0.001)1.2.56=I1.2,53kgkmo!精馆段平均摩尔质量W1.w1.=(78.60+82.07)/2=80.34kg/kmo1.M1.j1.=(80.87+91.17)/2=86.02kg/kmo1.提储段平均摩尔质量Min2=(82.07+112.46)/2=97.27kg/kmo1.ftw1.=(91.17+11253)/2=101.85kg/kmo1.4 .平均密度的计算(I)气相平均密度计算由志向气体状态方程计算，得精储段提惚段=2.90kg/mjP,iv,i1.(.4×?¾).SRT,vt8.314x(88.8+273.15)=3.51kgm'PSWK1I6.53×97.27RT8.314×(115.7+273.15)（2）液相平均密度计算塔顶5=83.2°C时,P=912-1.187×83.2=8i3.24kgm,>=1127-1.111×83.2=1034.56kgm,uina=816.73kg/m产30.98/813.24÷0.021034.56"进料板.=川4"C时,pt=912-1.187x9