化工原理课程的设计苯氯苯板式精馏塔的工艺计算书.doc

苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），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后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。 典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馏塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。 （一）装置设备： 蒸馏装置包括精馏塔、原料预热塔、塔釜再沸器、塔顶汽相冷凝器、塔釜采出产品和塔顶馏出产品冷却器、原料液和产品贮罐、物料输送机等设备。 （二）进料热状况： 进料有五种热状况：过热蒸汽、饱和蒸汽、气液混合物、饱和液体和过冷液体。从原理上讲，要使回流充分发挥作用，全部冷量应由塔顶加入，全部热量应由塔底加入。原料不应该作任何预热。 在实际设计过程中，较多的是将料液预热到泡点或接近泡点才送入精馏塔。这样，进料温度就不受季节、气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就比较容易控制。而且，精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，塔径可以相同，设计制造也比较方便。有时为了减少再沸器的热负荷，可在料液预热时加入更多的热量，甚至采用饱和蒸汽进料。 必须注意的是，在实际设计中进料状态与总费用、操作调解方便与否有关，还与整个车间的流程安排有关，需从整体上综合考虑。 （三）加热方式： 精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的热量。若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可以采用直接蒸汽加热的方式，把蒸汽直接通入塔釜以汽化釜液。这样，只需在塔釜内安装鼓泡管，就可以省去一个再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽来进行加热，操作费用和设备费用均可降低。若釜液粘度很大，用间壁式换热器加热困难，此时用直接蒸汽可取得很好的效果。 （四）回流比： 回流比是精馏操作的重要工艺参数，其选择的原则是使设备费和操作费用之和最低。回流比去最小回流比的1.2~2倍，为了节能，倾向于较小的值，也可以取最小回流比的1.1~1.5倍。先求最少理论版数N，再选用若干个R值，利用吉利兰图求出对应理论板数N，并作出N-R曲线，从中找出适宜的操作回流比R。也可作出R对精馏操作费用的关系线，从中确定适宜的回流比。 （五）筛孔塔板： 筛孔塔板简称筛板，筛板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径和大孔径筛板两类。工业中以小孔径筛板为主。 筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料。 必须指出的是，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏夜，使得操作弹性减小，传质效率下降。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补上述不足，故应用日益广泛。 二、全塔的物料衡算 （一）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和112.61kg/kmol。 （二）平均摩尔质量 （三）料液及塔顶底产品的摩尔流率 依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有：，全塔物料衡算： 三、塔板数的确定 （一）理论塔板数的求取 苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M·T法）求取，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 依据，，将所得计算结果列表如下： 温度，（℃） 80 83 87 90 93 96 100 103 苯 760 839.5 945.5 1025 1122.5 1252.5 1350 1473 氯苯 148 165.1 187.9 205 231.4 266.6 293 325.1 两相摩尔分率 x 1 0.882 0.755 0.677 0.593 0.500 0.442 0.379 y 1 0.974 0.939 0.913 0.876 0.824 0.785 0.735 温度，（℃） 107 110 113 117 120 123 127 130 131.8 苯 1637 1760 1907 2103 2250 2427 2663 2840 2900 氯苯 367.9 400 442.9 500.1 543 595.8 666.2 719 760 两相摩尔分率 x 0.309