化工原理設(shè)計(jì)---苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)(已修改)
2025-06-19 07:10 本頁面
【正文】 課程設(shè)計(jì)題目 —— 苯 氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)題目 某化工廠每天需將 75噸含苯 45%的苯 — 氯苯混合物用連續(xù)蒸餾方法分離成含苯 96%的餾出液及含氯苯 98%的釜液 (均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù) )供有機(jī)合成之用。試設(shè)計(jì)一精餾塔來完成該分離任務(wù)；原料溫度為 20℃。 二、操作條件 4kPa（表壓）； ℃進(jìn)料； （取 ）； 506kPa（表壓）； ； 24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 ； ； ； ； ； ； ； 。 四、基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ?ip（ mmHg） 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 注： 1mmHg= ρ（ kg/m3） 溫度，（℃） 80 90 100 110 120 130 苯 817 805 793 782 770 757 氯苯 1039 1028 1018 1008 997 985 純組分在任何溫度下的密度可由下式計(jì)算 苯 tA ??ρ 氯苯 B 式中的 t 為溫度，℃。 σ（ mN/m） 溫度，（℃） 80 85 110 115 120 131 苯 氯苯 雙組分混合液體的表面張力mσ可按下式計(jì)算： ABBABA xx σσ σσσ ??（ BAxx、為 A、 B組分的摩爾分率） 常壓沸點(diǎn)下的汽化潛熱為 103kJ/kmol。純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系可用下式表示： 112 ???????? ??? tt ttrrcc（氯苯的臨界溫度：C?? ） 。 一、設(shè)計(jì)方案及工藝流程 首先，苯和氯苯的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到進(jìn)料溫度，然后，原料從進(jìn)料口 進(jìn)入到精餾塔中。塔中氣相混合物在精餾塔中上升到塔頂上方的冷凝器中，降溫到泡點(diǎn)溫度使液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中 ,即回流。而液相混合物在精餾塔中下降至塔底，一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分離。 二、全塔物料衡算 （ 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 。 0 2 8 ?????????WDFxxx （ 2） 平均摩爾質(zhì)量 k m o lkgMk m o lkgMk m o lkgMWDF/)(/)(/)(?????????????????? （ 3）料液及塔頂、底產(chǎn)品的摩爾流率 依題給條件：一天以 24 小時(shí)計(jì)，有： hkgdtF /3125/7539。 ?? ，全塔物料衡算： 39。39。39。 39。39。39。 WDF WDF ???? ? hkgWhkgDhkgF/39。/39。/312539。??? hkmolWhkmolDhkmolF///??? 三、塔板數(shù)的確定 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： （ 1）相平衡數(shù)據(jù)的求取 根據(jù)苯 氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取yx~（見圖 1） 依據(jù)? ?? ???? BABt ppppx ??/，tA pxy /??，將所得計(jì)算結(jié)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(nèi)壓力接近常壓（實(shí)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?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對yx~平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。 （ 2）確定操作的回流比 R yxt ~?曲線（見圖 2） ?? Fxx 時(shí)，泡點(diǎn)溫度為 ℃， ???平均溫度 ℃ ? 查化工原理附錄得比熱容： )/()/()/()()()()()()(212132232132Kk mo lkJCCCKk mo lkJCKk mo lkJCTETETECTETETECDTCTBTACpppppppp????????????????????????????????，氯苯：苯： 汽化熱：苯： ： 325kJ/kg 原料液汽化熱： k m o lkJr m / 8 4 0 1 23 2 54 5 9 35 4 ??????? )( ???????? m mp r rtCq yx~曲線 11 ???? qxxq qyq F線方程： ， 斜率為： ???q q 在圖上定出： ),(),(),( WWFFDD xxcxxexxa 、點(diǎn)、點(diǎn)點(diǎn) 。 q 線過點(diǎn) e 且與 x~y 曲線交于點(diǎn) ),( ff yxf ，如圖， ?? DD yx ， ?fx ， ?fy 。 DxRxR Ry 111 ????精餾段操作線方程： 回流比為 mR 時(shí)， q 線與精餾段操作線交點(diǎn)在 x~y 曲線上，即交于 f 點(diǎn)。 ?????????? mfDfDmm Rxx yyR R 所以 min ?? RR （ 3）求理論塔板數(shù) 精餾段操作線： ?????? xRxxRRy D
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