【正文】 形式：根據(jù)生產要求，選擇結構簡單，易于加工，造價低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大，塔板效率高，壓降教低，在苯和氯苯這種黏度不大的分離工藝中有很好表現(xiàn)。 ：設計采用泡點進料，將原料通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。 ，采用間接蒸汽加熱。 ，冷 凝器等附屬設備的安排：塔底設置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至泡點下一部分回流入塔，其余部分經(jīng)產品冷卻器冷卻后送至儲灌。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產品經(jīng)冷卻后送至儲罐。 （三）工藝流程及說明 4 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)部分進入到塔頂產品冷卻器中，停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產品冷卻器中，一部分進入再沸器，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加入。最終，完成苯與氯苯的分離。 三、工藝計算及主體設備設計 （一）全塔的物料衡算 1）料液及塔頂?shù)桩a品含苯的摩爾分率 苯和氯苯的相對摩爾質量分別為 。 ???Fx 98 2/???Dx 38%氯苯 原料儲存 原料預熱 精餾 再沸 %氯苯儲存 分配 冷凝 冷卻 98%苯儲存 冷卻 5 ???Wx 2）平均摩爾質量 ? ? k g / k m o ??????FM ? ? k g /k m o ??????DM ? ? k g /k m o 1 1 20 0 2 8 0 2 8 ??????WM 3）料液及塔頂?shù)桩a品的摩爾流率 依題給條件：一年以 300天，一天以 24小時計，有： k g / 3 3 3t/a6 0 0 0 0 ???W ，全塔物料衡算： WDF WDF ????? ????? ? h83 33 .33 kg /kg / 30 5kg / 63 8??????WDF h7 4 . 0 7 k m o l/2 . 58 3 3 3 . 3 3 / 1 1k m o l/ 8 k m o l/ 5 ??????WDF （二）塔板數(shù)的確定 1）理論塔板數(shù) TN 的求取 苯 氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級圖解法（ M T法）求取 TN ，步驟如下： 氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點方程和露點方程求取 yx~ 依據(jù) ? ? ? ???? BABt ppppx ??? /， tAxpy /?? ，將所得計算結果列表如下： 溫度，（℃） 80 90 100 110 120 130 ?ip 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 兩相摩爾分率 x 1 0 y 1 0 本題中，塔內壓力接近常壓（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 yx~ 平衡關系的影響完全可以忽略。 R 將 yx~ 曲線及 yxt ~? 曲線。在 yx~ 圖上，因 1?q ，查得?ey ，而 ?? Fe xx ， ?Dx 。故有： 6 ??????? ee eDm xy yxR 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： ???? mRR 精餾段操作線： ?????? xRxxR Ry D 提餾段操作線為過 ? ?, 和 ? ?, 兩點的直線。 0 .0 0 .1 0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0 .9 1 .00 .00 .20 .40 .60 .81 .0YX 苯 氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解 7 708090100110120130140 苯 氯苯物系的溫度組成圖 圖解得 ???TN 塊（不含釜）。其中，精餾段 41?TN 塊，提餾段 ?TN 塊，第 5塊為加料板位置。 2）實際塔板數(shù) pN TE 選用 mTE μlo g6 1 ?? 公式計算。該式適用于液相粘度為 ~ s 的烴類物系，式中的 mμ 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 (80+)=106℃（取塔頂?shù)椎乃阈g平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄 11得： smPa ?? ， smPa ?? 。 ? ? ? ? ????????? FBFAm xx ??? ????? mTE ? pN （近似取兩段效率相同） 精餾段： ??pN 塊，取 81?pN 塊 提餾段： ??pN 塊，取 142 ?pN 塊 總塔板數(shù) 2221 ??? ppp NNN 塊。 8 （三）塔的精餾段操作工藝條件及相關物性數(shù)據(jù)的計算 1）平均壓強 mp 取每層塔板壓降為 。 塔頂： 0 0 1 ???Dp 加料板： k P ????Fp 平均壓強 ? ? k P 0 82/ 1 0 5 ???mp 2）平均溫度 mt 查溫度組成圖得：塔頂為 80℃，加料板為 89℃。 ? ? ???mt ℃ 3）平均分子量 mM 塔頂： ?? Dxy ， ?x （查相平衡圖） ? ? k g /k m o , ??????mVDM ? ? k g /k m o , ??????mLDM 加料板： ?Fy ， ?Fx （查相平衡圖） ? ? k g /km o , ??????mVFM ? ? k g / k m o , ??????mLDM 精餾段： ? ? kg /km , ???mVM ? ? k g / k m o , ???mLM 4）平均密度 mρ mLρ, 塔頂： 3k g /, ?????? tρ ALD 3k g / 0 3 9800 6 5 1 2 40 6 5 1 2 4, ?????? tρ BLD 3k g / , ?????? mLDBLDBALDAmLD ρρaρ aρ 進料板： 3, k g / 0 6891 8 8 1 21 8 8 1 2 ?????? tALF? 9 3, k g / ?????? tBLF? 3, k g / ?????? mLFBLFBALFAmLFaa ???? 精餾段： ? ? 3, k g / 4 92/ 7 2 0 ???mL? mVρ, ? ? 3, k g / ??? ??? m mVmmV RTMp? 5）液體的平均表面張力 mσ 塔頂： mN /, ?ADσ ； mN /, ?BDσ （ 80℃） m N / , ??????? ??? ?????????? ??DABBABAmD xσxσ σσσ 進料 板： mN /, ?AF? ； mN /, ?BF? （ 89℃） m N / , ??????? ??? ?????????? ??FABBABAmF xx ?? ??? 精餾段： ? ? m N/ ???m? 6）液體的平均粘度 mLμ, 塔頂：查化工原理附錄 11，在 80℃下有： ? ? ? ? sm Pa ???????? , DBBDAAmLD xμxμμ 加料板： sm , ??????mLF? 精餾段： ? ? sm , ????mL? （四）精餾段的汽液負荷計算 汽相摩爾流率 ? ? k m o l/ 6 8 24 3 ????? DRV 汽相體積流量 / 3, ????? mVmVs VMV ? 汽相體積流量 /h7 1 9 6 .4 m/ 33 ??hV 液相回流摩爾流率 k m o l/ ???? RDL 10 液相體積流量 / 3, ????? mLmLs LML ? 液相體積流量 /h7. 9 20 m/sm00 22 33 ??hL 冷凝器的熱負荷 ? ?? ? 7 7 13 6 0 0/ ???? VrQ （五）塔和塔板主要工藝結構尺寸的計算 1）塔徑 mm550?TH 及板上液層 高度 mm70?Lh ，則： ???? LT hH Smith法求取允許的空塔氣速 maxu （即泛點氣速 Fu ） 01 8 00 2 ??????????????????????????????VLssVL ?? 查 Smith通用關聯(lián)圖得 ?C 負荷因子 09 3 20 2 20 ??????????????? ?CC 泛點氣速： ? ? ? ? ????? VVLCu ??? m/s 取 m/ max ?? uu ????? uVD s ? 圓整取 mm1600?D ，此時的操作氣速 m/?u 。 2）塔板工藝結構尺寸的設計與計算 采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設進口內堰。 ○ 1 溢流堰長（出口堰長） wl 取 ???? Dl w 11 堰上溢流強度 ? ? ? ?hm/m130~100hm/?????wh lL ，滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。 ○ 2 出口堰高 wh owLw hhh ?? 對平直堰 ? ? 3/2/0 0 2 8 whow lLEh ? 由 ?Dlw 及 96 ??wh lL ，查化工原理 P111 圖 55 得?E ，于是： ? ? ????owh （滿足要求） ????? owLw hhh ○ 3 降液管的寬度 dW 和降液管的面積 fA 由 ?Dlw ，查化原下 P112圖 57得 ,?? Tfd AADW ，即： ?dW ， 2 ?? DAT ， ?fA 。 液體在降液管內的停留時間 ????? sTf LHA? （滿足要求） ○ 4 降液管的底隙高度 oh 液體通過降液管底隙的流速一般為 ~，取液體通過降液管底隙的流速m/??ou ，則有： m0 2 4 0 0 2 2 ????? ow so ul Lh （ oh 不宜小于 ~，本結果滿足要求） ○ 1 邊緣區(qū)寬度 cW 與安定區(qū)寬度 sW 邊緣區(qū)寬度 cW ：一般為 50~75mm， D 2m時， cW 可達 100mm。 安定區(qū)寬度 sW ：規(guī)定 ?D m時 75?sW mm； ?D m時 100?sW mm； 本設計取 60?cW mm， 100?sW mm。 12 ○ 2 開孔區(qū)面積 aA 180s in180212221222??????? ?????????? ?????πRxRπxRxAa 式中： ? ? ? ? ??????? sd WWDx m7 4 6 ????? cWDR n 和開孔率 φ 取篩孔的孔徑 mm5?od ，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度 mm3?δ ，且取?odt 。故孔心距 mm1553 ???t 。 每層塔板的開孔數(shù) 6 7 1 15 101 1 5 8101 1 5 8 2323 ?????????? ?????????? ?? aAtn （孔） 每層塔板的開孔率 ? ? 1 0 39 0 ??? odtφ（ φ 應在 5~15%，故滿足要求） 每層塔板的開孔面積 ???? ao AφA 氣體通過篩孔的孔速 m / 3 ??? oso AVu 1Z ? ? ? ? ?????? Tp HNZ （六）塔板上的流體力學驗算 1）氣體通過篩板壓降 ph 和 ppΔ 的驗算 σlcp hhhh ??? ch 22 ?????????????????LVooc Cuh ?? 式中孔流系數(shù) oC 由 ??δdo 查 P115圖 510得出， ?oC 。 13 lh ? ? ?????? Lowwl hhhh ?? 式中充氣系數(shù) β 的求取如下： 氣體通過有效流通截面積的氣速 au ，對單流型塔板有： m / ????? fT sa AA Vu 動能因子 ??? Vaa uF ? 查化原 P115圖 511得 ?? （一般可近似取 ~?β ）。 σh m0 0 2 0 3 ??? ???? ?oL gdh ? ?? （單板壓降） ph 和