【正文】 合 肥 學(xué) 院 Hefei University 化工原理課程設(shè)計(jì) 題 目 : 苯－氯苯分離過(guò)程板式精餾塔 系 別 : 生物與環(huán)境工程系 專 業(yè) : 12 級(jí)食品科學(xué)與工程 學(xué) 號(hào) : 1202061030 姓 名 : 王影影 指導(dǎo)教師 : 于宙 2020 年 10 月 28 日 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 2 目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書 一 、 概述 …………………………………………………………………………… 1 設(shè)計(jì)依據(jù) …………………………………………………………………… 1 精餾方式 ……………………………………………………………… 1 操作壓力 ……………………………………………………………… 1 塔板形式 ……………………………………………………………… 2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 …………………………………………………………… 2 設(shè)計(jì)題目 ………………………………… …………………………… 2 設(shè)計(jì)條件 ……………………………………………………………… 2 設(shè)計(jì)說(shuō)明 …………………………………………………………………… 2 圖紙要求 …………………………………………………………………… 3 二、計(jì)算過(guò)程 …………………………………………………………… 3 原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的摩爾分率 …………………………………… 3 原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ……………………………… 3 物料衡算 …………………… ……………………………………………… 3 …………………………………………………………………… 4 理論板數(shù) NT的求取 ………………………………………………………… 4 實(shí)際板層數(shù)的求解 ………………………………………………………… 6 全塔理論板數(shù)的確定 ………………………………………………… 6 精餾段理論塔板數(shù)的確定 …………………………………………… 7 ……………………………………… 7 操 作壓力的計(jì)算 ……………………………………………………………… 7 操作溫度的計(jì)算 ……………………………………………………………… 7 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 ………………………………………………………… 9 平均密度的計(jì)算 ……………………………………………………………… 9 氣相平均密度計(jì)算 ……………………………………………………… 9 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 3 液相平均密度計(jì)算 …………………………………………………… 10 液相平均表面張力的計(jì)算 ……………………………… ………………… 11 液體平均黏度的計(jì)算 ……………………………………………………… 13 …………………………………………………… 13 塔徑的計(jì)算 ………………………………………………………………… 13 精餾段塔徑的計(jì)算 …………………………………………………… 13 提餾段塔徑的計(jì)算 …………………………………………………… 14 塔高的計(jì)算 ………………………………………………………………… 15 精餾塔 有效高度的計(jì)算 ……………………………………………… 15 全塔實(shí)際高度 ………………………………………………………… 15 ……………………………………………………… 15 溢流裝置的計(jì)算 …………………………………………………………… 15 塔板布置的計(jì)算 …………………………………………………………… 17 閥孔臨界速度………………………………………………………… 17 精餾段塔板布置 ……………………………………………………… 17 提餾段塔板布置……………………………………………………… 17 浮閥數(shù) n 與開(kāi)孔率 ? ………………………………………………… 18 …………………………………………………………… 20 塔板壓降 …………………………………………………………………… 20 干板阻力 ……………………………………………………………… 20 板上充氣液層阻力 ………………………………………………… … 21 液體表面張力所造成的阻力 ………………………………………… 21 液泛 ………………………………………………………………………… 21 與氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?…………………………… 22 液體通過(guò)降液管的壓頭損失 ………………………………………… 22 板上液層高度 ………………………………………………………… 22 液沫夾帶 …………………………………………………………………… 22 精餾段液沫夾帶量 ve 的驗(yàn)算………………………………………… 22 提餾段液沫夾帶量 ve 的驗(yàn)算………………………………………… 23 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 4 漏液的驗(yàn)算 ………………………………………………………………… 23 精餾段漏液的驗(yàn)算 ………………………………………………… 23 提餾段漏液的驗(yàn)算 ………………………………………………… 23 ………………………………………………………………… 24 精餾段塔板負(fù)荷性能圖 ………………………………………………… 24 液沫夾帶線 …………………………………………………………… 24 液泛線 ………………………………………………………………… 24 液相負(fù)荷上限線 ……………………………………………………… 25 漏液線 ………………………………………………………………… 25 液限負(fù)荷下限線 ……………………………………………………… 25 提餾段塔板負(fù)荷性能圖 ……………………………………………………… 27 液沫夾帶線 …………………………………………………………… 27 液泛線 ………………………………………………………………… 28 液相負(fù)荷上限線 ……………………………………………………… 29 漏液線 ………………………………………………………………… 29 液相負(fù)荷下限線 ……………………………………………………… 29 …………………………………………………………… 31 塔頂蒸氣出口管 …………………………………………………………… 31 塔頂回流液管 ……………………………………………………… ……… 31 進(jìn)料管 ……………………………………………………………………… 31 塔釜出料管 ………………………………………………………………… 32 加熱蒸氣進(jìn)口管 …………………………………………………………… 32 …………………………………………………………… 32 基本物性參數(shù)的查取 ………………………………………………………… 32 熱負(fù)荷的計(jì)算 ………………………………………………………………… 33 確定流體的流徑 …………………………………………………… ………… 33 計(jì)算 R和 P…………………………………………………………………… 33 換熱器型號(hào)的選擇 …………………………………………………………… 34 ……………………………………………………………………… 34 ……………………………………………………………………………… 37 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 5 附錄………………………………………………………………………………… 37 主要符號(hào)說(shuō)明……………………………………………………………………… 38 參考文獻(xiàn)……………………………………………………… …………………… 42 致謝 ………………………………………………………………………………… 42 附圖 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 1 《化工原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、概述 課程設(shè)計(jì)是《化工原理》的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)先修課程的基本知識(shí)來(lái)解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化 工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。 精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，精餾過(guò)程在能量劑驅(qū)動(dòng)下，使氣液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分的揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)的或間歇 的，有些特殊的物系還可采用衡沸精餾或萃取精餾等特殊方法進(jìn)行分離。本設(shè)計(jì)的題目是苯 氯苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)，即需設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔用來(lái)分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯，采用間歇操作方式，需設(shè)計(jì)一板式塔將其分離。分離苯和氯苯，可以利用二者沸點(diǎn)的不同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使其分離并分別進(jìn)行回收和儲(chǔ)存。 依據(jù) 精餾方式： 精餾塔采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的能量，若待分離的物系為某種輕組分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加熱方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液。這樣操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均可降低 。但在塔頂輕組分回收率一定時(shí)，由于蒸汽冷凝水的稀釋作用，使殘液輕組分濃度降低，所需塔板數(shù)略有增加。綜合考慮，我們采用間接蒸汽加熱的方式 。 ： 本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于苯和氯苯這合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 2 類 非 熱 敏 沸 點(diǎn) 在 常 溫 （ 工 業(yè) 低 溫 段 ） 物 系 分 離 。 塔板形式： 根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，易于加工，造價(jià)低廉的 浮閥塔 ， 浮閥塔造作彈性大 ，特別是在低負(fù)荷時(shí)，仍能保持正常操作；氣液接觸狀態(tài)良好，霧沫夾來(lái)量小，并能適應(yīng)常見(jiàn)的物料狀況。 熱能利用 精餾過(guò)程 的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進(jìn)入再沸器的能量只有 5%左右可以被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜?dú)堃簩?duì)原料液進(jìn)行加熱。 設(shè)計(jì)題目 : 苯－氯苯分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì) 苯－氯苯分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)：試設(shè)計(jì)一座苯－氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為 98％的氯苯 ， 設(shè)計(jì)的產(chǎn)量為 9000 噸，塔頂餾出液中含氯苯不得高于2％，原料液中含氯苯 38％（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 設(shè) 計(jì)條件 : (1) 操作條件 1) 操作壓力 4kPa（表壓） 2) 進(jìn)料熱狀態(tài) 自選 3) 回流比 自選 4) 采用間接蒸汽加熱 塔底加熱 蒸 汽 壓力 （表壓） 5) 單板壓降 ≤。 (2) 塔板類型 浮閥塔（ F1 型） (3) 工作日 每年工作日為 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 (4) 廠址 廠址：安徽省合肥市 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計(jì) 3 （ 1） 精餾塔的物料衡算； （ 2） 塔板數(shù)的確定； （ 3） 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算； （ 4） 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算； （ 5） 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算； （ 6） 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算； （ 7） 塔板負(fù)荷性 能圖； （ 8） 精餾塔接管尺寸計(jì)算； （ 9） 主要輔助設(shè)備的選型； （ 10） 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述，有關(guān)問(wèn)題的討論和設(shè)計(jì)自我評(píng)價(jià)。 （ 1） 繪制生產(chǎn)工藝流程圖（ A2 號(hào)圖紙）； （ 2） 繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖（ A1 號(hào)圖紙）。 精餾塔的物料衡算 原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品含苯的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 k m o l/?AM 氯苯的摩爾質(zhì)量 k m o l/ 1 2?BM 6 2 / 7 8 . 1 1 0 . 7 0 26 2 / 7 8 . 1 1 3 8 / 1 1 2 . 6 1Fx ??? 9 8 1 2/???Dx 0 0 2 8 ???Wx 原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF ＝ ＋ (1－ ) ＝ ? ? k g/ k m o 1 29 8 8 ??????DM? ? k g / k m o