【正文】 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 59 頁 1. 化工課程 設(shè) 計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 苯 氯苯 精餾系統(tǒng)的設(shè)計(jì) — 精餾塔設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)： 處理能力： 202100 噸 /年； 進(jìn)料組成： 氯苯含量 35％ （質(zhì)量，下同） ； 工藝要求： 氯苯純度為 ％，塔頂氯苯含量不高于 2％ ； 操作條件：常壓 ,泡點(diǎn)進(jìn)料； 設(shè)備型式：浮閥塔 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 設(shè)計(jì)方案的確定和流程的說明； 精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 精餾塔的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 其他主要設(shè)備的選型 設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)說明書一份； 設(shè)計(jì)圖紙： a、工藝流程圖一張（采用 AutoCAD 繪制）； b、主要設(shè)備總裝配圖一張（ A1）； 答辯。 設(shè)計(jì)完成時(shí)間 ～ 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 59 頁 2 精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案的確定 本 設(shè)計(jì)的任務(wù)為分離 苯－氯苯 混合物，采用浮閥塔進(jìn)行連續(xù)精餾分離； 加料方式采用泵加料，先經(jīng)過原料預(yù)熱器，用水蒸氣加熱至泡點(diǎn)進(jìn)料；塔頂安裝全凝器，用冷卻水冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分 回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐；回流方式采用重力回流；取操作回流比為最小回流比的 2 倍；塔底采用間接蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 全塔物料衡算 系統(tǒng)的物料衡算使進(jìn)入系統(tǒng)原料及其他物料與排出裝置的產(chǎn)品及其他物料消耗量達(dá)到質(zhì)量平衡，這是設(shè)計(jì)最基本的要求，也是檢驗(yàn)生產(chǎn)是否正常的基本方法。 (1) 原料液及塔頂、塔底摩爾分率 原料液中輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 65％的摩爾分率 ： ???Fx 塔頂輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 98％的摩爾分率： ???Dx 塔底輕組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ％的摩爾分率 : 002879 ???wx (2) 原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 原料液 ： 4 8 1 0 )7 2 7 9 ( 2 7 9 ??????FM kg/kmol 塔 頂 ： k molkgM D /5 9 1 0 )9 8 6 0 ( 1 29 8 6 0 ?????? 塔 底 ： k m o lkgM W /4 6 0 )0 0 2 8 7 9 ( 0 2 8 7 9 ?????? (3) 物料衡算 F=20 萬噸 /年，工作日為 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)進(jìn)行 進(jìn)料量： sk m olMF F / 202100000360024300 202100000 ????????? 物料衡算式為： F=D+W 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 59 頁 F D WFx Dx Wx?? 式中 D— 塔頂液相產(chǎn)品， kmol/s； W— 塔底產(chǎn)品， kmol/s 代入數(shù)據(jù)聯(lián)立求解得： D= kmol/s W= 物性數(shù)據(jù)估算 [1] 溫度 表 1 常壓下 苯－氯苯 氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系 序號(hào) 溫度 X Y 序號(hào) 溫度 X Y 1 0 0 13 2 14 3 15 4 16 5 17 6 18 7 19 8 20 9 21 10 22 11 23 1 1 12 由表 1 中數(shù)據(jù)作出 苯－氯苯 混合液的 txy 圖，見下圖 1。 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 59 頁 圖1 苯－氯苯混合液的t x y圖3503603703803904004100 1x(y)溫度t/℃ 由平衡數(shù)據(jù)線性插值得 ① 進(jìn)料溫度 Ft?????7 2 7 9 Ft = K =℃ ② 塔頂溫度 98 ????? Dt Dt ==℃ ③ 塔底溫度 00 2879 ? ???? Wt Wt ==℃ 所以： 精餾段平均溫度： 45 46 1 ????? DF ttt℃ 提留段平均溫度： 2 ????? DF ttt ℃ 密度 已知： 混合液密度： 1 ABL A Baa? ? ??? （ α 為質(zhì)量分率， M 為平均相對(duì)分子量） 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 59 頁 混合氣密度： 0T P MTP? ??? ?? (1) 精餾段： ?t ℃ 由 平衡數(shù)據(jù)線性插值 可得： 液相組成： )( ???? ??x ?x 氣相組成： )( ???? ?? y ?y 所以 k m o lkgM L /)( ?????? k m olkgM v /)( ?????? (2) 提留段： ?t ℃ 由 平衡數(shù)據(jù)線性插值 可得： 液相組成 ： )( ???? ??x ?x 氣相組成： )( ???? ??y ?y 所以 k m o lkgM L /7 5 8 )2 5 5 ( 5 5 ?????? k m olkgM V /)( ?????? (3) 查物性手冊(cè)得： 表 2 不同溫度下 苯和氯苯 的密度（ kg/m3） 溫度 /℃ 60 80 100 120 140 苯 的 密度 氯苯 的 密度 1064 1042 1019 當(dāng) ?t ℃，由 內(nèi)差法得： 80454 ???? ??， 3/9 8 8 0 9 mkg＝苯? 10421019 801001042 ???? ?? ， 3/ mkg＝氯苯? 同理： ?t ℃， 3/7 95 80 mkg＝‘ 苯? ， 3/ mkg＝’氯苯? 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 59 頁 (4) 在精餾段 液相密度 L1? ： 1?????LA MxM 苯? 877 6 796 796 1 ???L? 得出： 31 /6 6 0 4 7 mkgL ?? 氣相密度 V1? ： 取 0PP? 31 /)( mkgV ??? ??? (5) 在提餾段 同理：液相密度 ????? LA M xM 苯? 791 7 192 192 2 ???L? 得出： 32 /4 3 2 5 4 mkgL ?? 氣相密度 32 /92 )91 ( mkgV ??? ??? 混合液體 的 表面張力 計(jì)算 快速估算法 ???niriirm x1 ?? 對(duì)于大多數(shù)混合物 γ ＝ 1，若為了更好的符合， γ 可在－ 3～＋ 1 之間選擇。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)，取 γ ＝ 1 查物性手冊(cè)得： 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 59 頁 表 3 不同溫度下 苯和氯苯 的表面張力（ mN/m） 溫度 /℃ 60 80 100 120 140 苯的表面張力 氯苯的表面張力 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 ： 由 ?Dt ℃ ，內(nèi)差法得： 80100 ? ???? ? mmN /＝苯? 80100 ? ???? ? mmN /6 9 9 ＝氯苯? mmNL Dm /2 4 8 )9 8 6 0 (6 9 9 8 6 0 1 3 ??????? 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算： 由 ?Ft ℃ ，內(nèi)差法得： 80100 ? ???? ? mmN /＝苯? 80100 ? ???? ? mmN /8 2 9 ＝氯苯? mmNL F m /9 5 0 )7 2 7 9 (8 2 9 2 7 9 4 8 ??????? 塔底液相平均表面張力的計(jì)算： 由 ?Wt ℃ ，內(nèi)差法得： 120210 ? ???? ? mmN /＝苯? 120210 ? ???? ? mmN /2 2 3 ＝氯苯? mmNL W m /2 1 4 )0 0 2 8 7 9 (2 2 3 0 2 8 7 9 6 8 ??????? 所以 精餾段的液相平均表面張力 mmNL D mL F mm / ???? ??? ＝精 提餾段的液相平均表面張力 mmNL W mL F mm / ???? ??? ＝提 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 59 頁 混合物的粘度 液相平均粘度依下式計(jì)算，即： igiLmg lxl ?? ?? 查物性手冊(cè)得 表 4 不同溫度下 苯和氯苯 的粘度 （ mPas? ) 溫度 /℃ 60 80 100 120 140 160 苯的 粘度 氯苯 的粘度 塔頂液相平均粘度 由 ?Dt ℃ ，內(nèi)差法得： 80466 80100 ? ???? ? sm P a?? 3 0 6 ? 80466 80100 ? ???? ? sm P a?? 4 2 6 ? 4 2 6 )9 8 6 0 (3 0 6 8 6 0 ggL Dmg lll ?????? smP aLD m ?? 3 0 8 ? 進(jìn)料板液相平均粘度 由 ?Ft ℃ ，內(nèi)差法得： 80442 80100 ? ???? ? sm P a?? 2 8 5 ? 80442 80100 ? ???? ? sm P a?? 4 0 0 ? 4 0 0 )7 2 7 9 (2 8 5 2 7 9 ggL F mg lll ?????? smP aLF m ?? 3 1 3 ? 塔底液相平均粘度 由 ?Wt ℃ ，內(nèi)差法得： 120210 ? ???? ? sm P a?? 1 9 7 ? 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 59 頁 120210 ? ???? ? sm P a?? 2 9 5 氯苯? 2 9 5 )0 0 2 8 7 9 (1 9 7 0 2 8 7 9 ggL W mg lll ?????? smP aLW m ?? 2 9 5 ? 所以 精餾段的液相平均粘度 sm P aL D mL F mm ????? ??? ＝精 提餾段的液相平均粘度 sm P aL D mL F mm ????? ??? ＝提 相對(duì)揮發(fā)度 (1) 精餾段相對(duì)揮發(fā) 度 由 ?x ， ?y 得 ?x ?y 所以 21 ?????? xy xyxy xy AB BA? (2) 提餾段相對(duì)揮發(fā)度 由 39。1 ?x ， 39。1 ?y 得 39。2 ?x 39。2 ?y 所以 21 ?????? xy xyxy xy AB BA? 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 59 頁 塔板數(shù)的確定 理論 塔 板數(shù)的求取 [2] 理論板：指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。 理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法，圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。 表 5 苯和氯苯 溶液的氣液平衡數(shù)據(jù) 液相中苯的 摩爾分率 氣相中苯的 摩爾分率 液相中苯的 摩爾分率 氣相中苯的 摩爾分率 0 0 1 1 根據(jù) 10 ^5Pa 下， 苯－氯苯 的 氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線，即 xy 曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以 q = 1，即 q 線 為一 垂直于橫軸的 直線 。見圖 2。 化工課程設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 59 頁