化工原理課程設(shè)計-苯-氯苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計

1、濱 州 學 院化工原理課程設(shè)計題 目 苯-氯苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計 系 院 化學與化工系 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 職 稱 講師 2021 年 12 月 25 日化工原理課程設(shè)計任務書設(shè)計題目 苯-氯苯連續(xù)精餾塔設(shè)計學生姓名系院化學與化工系年級、專業(yè)、班 設(shè)計要求：1.年產(chǎn)97的苯7萬t，塔頂餾出苯含量不低于97，原料液含苯45。87以上均為質(zhì)量分數(shù)； 2. 塔頂壓力 4kPa表壓； 3. 進料熱狀況 泡點； 4. 回流比 ；5. 塔底加熱蒸汽壓力 0.5Mpa表壓；6. 7. 塔板類型 符閥8. 工作日 每年300天，每天24小時連續(xù)運行學生應完成的工作：1.搜集整理苯、氯苯的

2、相關(guān)物性資料；2.完成苯-氯苯連續(xù)精餾塔的工藝設(shè)計；3.完成精餾塔設(shè)備的工藝尺寸設(shè)計；4.用A1圖紙繪制精餾塔設(shè)計條件圖；5.編寫設(shè)計說明書。參考文獻閱讀：1.熊潔羽.化工制圖 北京：化學工業(yè)出版社，20072.刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良.化工設(shè)備機械根底 第六版 大連：大連理工出版社，20063.天津大學化工學院，柴誠敬主編.化工原理 上冊.第1版.北京：高等教育出版社，20054.天津大學化工學院，柴誠敬主編.化工原理 下冊.第1版.北京：高等教育出版社，20065.賈紹義，柴誠敬主編.化工原理課程設(shè)計第一版 天津：天津大學出版社，2002工作方案： 12月5 -8日 搜集整理相關(guān)物性資料12

3、月9-15日 完成苯氯苯連續(xù)精餾塔的完整工藝設(shè)計12月16-19日課程設(shè)計說明書編寫及繪圖準備12月20-25日 繪制精餾塔設(shè)計條件圖，完成課程設(shè)計說明書編寫任務下達日期：2021年12月5日 任務完成日期：2021年12月25日指導教師簽名： 學生簽名： 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc26060 第一章、產(chǎn)品與設(shè)計方案簡介6 HYPERLINK l _Toc11047 一產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標6 HYPERLINK l _Toc17632 二設(shè)計方案簡介6 HYPERLINK l _Toc9712 三工藝流程及說明7 HYPERLINK l _Toc17

4、900 第二章、工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計7 HYPERLINK l _Toc11555 一全塔的物料衡算8 HYPERLINK l _Toc12270 1料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率8 HYPERLINK l _Toc5229 2平均摩爾質(zhì)量8 HYPERLINK l _Toc7614 3料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率8 HYPERLINK l _Toc9489 二塔板數(shù)確實定8 HYPERLINK l _Toc3639 1理論塔板數(shù)的求取8 HYPERLINK l _Toc23191 2實際塔板數(shù)9 HYPERLINK l _Toc3698 三塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算10 HY

5、PERLINK l _Toc22173 1平均壓強10 HYPERLINK l _Toc1750 2平均溫度10 HYPERLINK l _Toc42 3平均分子量10 HYPERLINK l _Toc18853 4平均密度11 HYPERLINK l _Toc4739 5液體的平均外表張力11 HYPERLINK l _Toc14058 6液體的平均粘度12 HYPERLINK l _Toc16350 四精餾段的汽液負荷計算12 HYPERLINK l _Toc10493 五塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算12 HYPERLINK l _Toc28253 1塔徑13 HYPERLINK l _

6、Toc13812 2塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算13 HYPERLINK l _Toc2619 六塔板上的流體力學驗算14 HYPERLINK l _Toc30130 1)浮閥數(shù)及排列方式 PAGEREF _Toc30130 14 HYPERLINK l _Toc22173 2校對15 HYPERLINK l _Toc1750 3氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)15 HYPERLINK l _Toc42 4干板阻力15 5 HYPERLINK l _Toc22173 板上充氣液層阻力15 HYPERLINK l _Toc1750 6由外表張力引起的阻力16 HYPERLINK l _Toc

7、14720 7霧沫夾帶驗算16 8 HYPERLINK l _Toc10927 漏液的驗算17 9 HYPERLINK l _Toc22173 液泛驗算17 HYPERLINK l _Toc18765 第三章、塔板負荷性能圖18 HYPERLINK l _Toc16801 一霧沫夾帶線118 HYPERLINK l _Toc7176 二液泛線2 PAGEREF _Toc7176 18 HYPERLINK l _Toc17118 三液相負荷上限線3 PAGEREF _Toc17118 19 HYPERLINK l _Toc27568 四漏液線氣相負荷下限線419 HYPERLINK l _Toc

8、6891 五液相負荷下限線520 HYPERLINK l _Toc24590 第四章、對設(shè)計過程的評述和感受22一、前言 課程設(shè)計是本課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是使學生體察工程實際問題復雜性、學習化工設(shè)計根本知識的初次嘗試。通過課程設(shè)計，要求學生能綜合利用本課程和前修課程的根本知識，進行融會貫穿的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓練。通過課程設(shè)計，要求學生了解工程設(shè)計的根本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計的程序和方法，培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設(shè)計，還可以使學生樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、

9、高度責任感的工作作風。課程設(shè)計是增強工程觀念，培養(yǎng)提高學生獨立工作能力的有益實踐。本設(shè)計采用連續(xù)精餾別離苯-氯苯二元混合物的方法。連續(xù)精餾塔在常壓下操作，被別離的苯-氯苯二元混合物由連續(xù)精餾塔中部進入塔內(nèi)，以一定得回流比由連續(xù)精餾塔的塔頂采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。高徑比很大的設(shè)備稱為塔器。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣或汽液或液液兩相之間進行緊密接觸，到達相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和枯燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。在化工或煉油廠中，塔設(shè)備的性能對于整

10、個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報道，塔設(shè)備的投資費用占整個工藝設(shè)備投資費用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計和研究，受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣汽液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮以下各項傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮以下各項要求：1生產(chǎn)能力大在較大的氣汽液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。2操作穩(wěn)定、彈性大。當塔設(shè)備的氣汽液負荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作。

11、并且塔設(shè)備應保證能長期連續(xù)操作。3流體流動的阻力小。即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動力消耗，以及降低經(jīng)常操作費用。對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。4結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費用。5耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。事實上，對于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述所有要求，僅是在某些方面具有獨到之處第一章、產(chǎn)品與設(shè)計方案簡介一產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標產(chǎn)品性質(zhì)：有杏仁味的無色透明、易揮發(fā)液體。密度1105g/cm3。沸點1316。凝固點-45。折射率15216(25)。閃點294。燃點6378，折射率152

12、46，粘度(20)0799mPas，外表張力332810-3Nm溶解度參數(shù)95。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多數(shù)有機溶劑，不溶于水。易燃，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1. 3-71(vol)。溶于大多數(shù)有機溶劑，不溶于水。常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長時間沸騰那么脫氯。蒸氣經(jīng)過紅熱管子脫去氫和氯化氫，生成二苯基化合物。有毒在體內(nèi)有積累性，逐漸損害肝、腎和其他器官。對皮膚和粘膜有刺激性對神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉性，LD502910mgkg，空氣中最高容許濃度50mgm3。遇高溫、明火、氧化劑有燃燒爆炸的危險。質(zhì)量指標： HYPERLINK javascript:showjdsw(showjd_

13、0,j_0) 氯%，塔頂產(chǎn)品苯純度不低于97%，原料液中%。以上均為質(zhì)量分數(shù)(二設(shè)計方案簡介1.精餾方式：本設(shè)計采用連續(xù)精餾方式。原料液連續(xù)參加精餾塔中，并連續(xù)收集產(chǎn)物和排出殘液。其優(yōu)點是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于所涉濃度范圍內(nèi)乙醇和水的揮發(fā)度相差較大，因而無須采用特殊精餾。 2.操作壓力：本設(shè)計選擇常壓，常壓操作對設(shè)備要求低，操作費用低，適用于苯和氯苯這類非熱敏沸點在常溫工業(yè)低溫段物系別離。 3. 塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價低廉的符閥塔，符閥塔處理能力大，塔板效率高，壓降教低，在苯和氯苯這種黏度不大的別離工藝中有很好表現(xiàn)。 4.加料方式和加料熱狀態(tài)：設(shè)計

14、采用泡點進料，將原料通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。 5.由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接蒸汽加熱。 6.再沸器，冷凝器等附屬設(shè)備的安排：塔底設(shè)置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至泡點下一局部回流入塔，其余局部經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲灌。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。三工藝流程及說明54%氯苯氯苯原料儲存原料預熱精餾再沸99.8%氯苯儲存分配冷凝冷卻97%苯儲存冷卻首先，苯和氯苯的原料混合物進入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進入原料預熱器，在原料預熱器中加熱到泡點溫度，然后，原料從進料口進入到精餾塔中。因為被加熱到泡點，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時

15、候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點，其中的液態(tài)局部進入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)局部重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一局部進入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一局部進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復前面所說的過程，而進料口不斷有新鮮原料的參加。最終，完成苯與氯苯的別離。第二章、工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計一全塔的物料衡算1料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為78.11和112.61kg/

16、kmol。2平均摩爾質(zhì)量3料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給條件：一年以300天，一天以24小時計，有：，全塔物料衡算： 二塔板數(shù)確實定1理論塔板數(shù)的求取苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級圖解法MT法求取，步驟如下：1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點方程和露點方程求取依據(jù)，將所得計算結(jié)果列表如下：溫度，8090100110120130苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率x10y10此題中，塔內(nèi)壓力接近常壓實際上略高于常壓，而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因為操作壓力偏離常壓很小，所以其對平衡關(guān)系的影響完全可以忽略

17、。R曲線及曲線。在圖上，因，查得，而，。故有：考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實際操作的回流比為最小回流比的2倍，即：精餾段操作線：提餾段操作線為過和兩點的直線。苯-氯苯物系精餾別離理論塔板數(shù)的圖解 苯-氯苯物系的溫度組成圖圖解得塊不含釜。其中，精餾段塊，提餾段塊，第5塊為加料板位置。2實際塔板數(shù)選用s的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進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11得：，。近似取兩段效率相同精餾段：塊，取塊提餾段：塊，取塊總塔板數(shù)塊。(三塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算1平均壓強取每

18、層塔板壓降為0.7kPa計算。塔頂：加料板：平均壓強2平均溫度查溫度組成圖得：塔頂為80，加料板為89。3平均分子量塔頂： ，查相平衡圖加料板：，查相平衡圖精餾段：4平均密度塔頂：進料板：精餾段：5液體的平均外表張力塔頂：；80進料板：；89精餾段：6液體的平均粘度塔頂：查化工原理附錄11，在80下有：加料板：精餾段：(四精餾段的汽液負荷計算汽相摩爾流率汽相體積流量汽相體積流量液相回流摩爾流率液相體積流量液相體積流量冷凝器的熱負荷(五塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算1塔徑及板上液層高度，那么：即泛點氣速查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得負荷因子泛點氣速：m/s取圓整取，此時的操作氣速。2塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的

19、設(shè)計與計算采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進口內(nèi)堰。 eq oac(,1)溢流堰長出口堰長取堰上溢流強度，滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。 eq oac(,2)出口堰高對平直堰由及，查化工原理P111圖5-5得，于是：滿足要求 eq oac(,3)降液管的寬度和降液管的面積由，查化原下P112圖5-7得，即：，。液體在降液管內(nèi)的停留時間滿足要求 eq oac(,4)降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，那么有：不宜小于0.020.025m，本結(jié)果滿足要求六塔板上的流體力學驗算1浮閥數(shù)及排列方式1浮閥數(shù)選取 Q

20、UOTE 型浮閥，重型，閥孔直徑為 QUOTE 初取閥孔 QUOTE ，計算閥孔氣速浮閥個數(shù)：n= QUOTE 2 排列方式由于采用分塊式塔板，故采用等腰三角形叉排。假設(shè)同一橫排的閥孔中心距，那么相鄰兩排間的閥孔中心距為： 取時畫出的閥孔數(shù)目只有60個，不能滿足要求，取畫出閥孔的排布圖如圖1所示，其中圖中，通道板上可排閥孔41個，弓形板可排閥孔24個，所以總閥孔數(shù)目為2校核氣體通過閥孔時的實際速度：實際動能因數(shù)：(在912之間)開孔率：開孔率在10%14之間，滿足要求。 3氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)4干板阻力浮閥由局部全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為

21、：因為所以5板上充氣液層阻力取板上液層充氣程度因數(shù)，那么：6由外表張力引起的阻力由外表張力導致的阻力一般來說都比擬小，所以一般情況下可以忽略，所以：7霧沫夾帶量的驗算式中：，驗算結(jié)果說明不會產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。8漏液的驗算動能因數(shù)，相應的氣相最小負荷為：其中所以可見不會產(chǎn)生過量漏液。9液泛的驗算為防止降液管發(fā)生液泛，應使降液管中的清液層高度成立，故不會產(chǎn)生液泛。通過流體力學驗算，可認為精餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸適宜，假設(shè)要做出最合理的設(shè)計，還需重選及，進行優(yōu)化設(shè)計。第三章、塔板負荷性能圖一霧沫夾帶線1 1式中：將數(shù)據(jù)代入式1 1-1在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式1-1算出對應的值列于下表：依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線1二液泛線2 2 2-2在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式2-2算出對應的值列于下表：依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線2三液相負荷上限線3 3-3(四