【正文】 設(shè)計過程的評述，有關(guān)問題的討論和設(shè)計自我評價。 設(shè)計題目 : 苯－氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計 苯－氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計：試設(shè)計一座苯－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)）。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。 熱能利用 精餾過程 的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。 ： 本設(shè)計選擇常壓，常壓操作對設(shè)備要求低，操作費用低，適用于苯和氯苯這合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計 2 類 非 熱 敏 沸 點 在 常 溫 （ 工 業(yè) 低 溫 段 ） 物 系 分 離 。但在塔頂輕組分回收率一定時，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。 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。本設(shè)計的題目是苯 氯苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計，即需設(shè)計一個精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯，采用間歇操作方式，需設(shè)計一板式塔將其分離。 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，精餾過程在能量劑驅(qū)動下，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，實現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。同時，通過課程設(shè)計，還可以使學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。 合 肥 學(xué) 院 Hefei University 化工原理課程設(shè)計 題 目 : 苯－氯苯分離過程板式精餾塔 系 別 : 生物與環(huán)境工程系 專 業(yè) : 12 級食品科學(xué)與工程 學(xué) 號 : 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 2 目 錄 設(shè)計任務(wù)書 一 、 概述 …………………………………………………………………………… 1 設(shè)計依據(jù) …………………………………………………………………… 1 精餾方式 ……………………………………………………………… 1 操作壓力 ……………………………………………………………… 1 塔板形式 ……………………………………………………………… 2 設(shè)計任務(wù)及要求 …………………………………………………………… 2 設(shè)計題目 ………………………………… …………………………… 2 設(shè)計條件 ……………………………………………………………… 2 設(shè)計說明 …………………………………………………………………… 2 圖紙要求 …………………………………………………………………… 3 二、計算過程 …………………………………………………………… 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 作壓力的計算 ……………………………………………………………… 7 操作溫度的計算 ……………………………………………………………… 7 平均摩爾質(zhì)量的計算 ………………………………………………………… 9 平均密度的計算 ……………………………………………………………… 9 氣相平均密度計算 ……………………………………………………… 9 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計 3 液相平均密度計算 …………………………………………………… 10 液相平均表面張力的計算 ……………………………… ………………… 11 液體平均黏度的計算 ……………………………………………………… 13 …………………………………………………… 13 塔徑的計算 ………………………………………………………………… 13 精餾段塔徑的計算 …………………………………………………… 13 提餾段塔徑的計算 …………………………………………………… 14 塔高的計算 ………………………………………………………………… 15 精餾塔 有效高度的計算 ……………………………………………… 15 全塔實際高度 ………………………………………………………… 15 ……………………………………………………… 15 溢流裝置的計算 …………………………………………………………… 15 塔板布置的計算 …………………………………………………………… 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 與氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?…………………………… 22 液體通過降液管的壓頭損失 ………………………………………… 22 板上液層高度 ………………………………………………………… 22 液沫夾帶 …………………………………………………………………… 22 精餾段液沫夾帶量 ve 的驗算………………………………………… 22 提餾段液沫夾帶量 ve 的驗算………………………………………… 23 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計 4 漏液的驗算 ………………………………………………………………… 23 精餾段漏液的驗算 ………………………………………………… 23 提餾段漏液的驗算 ………………………………………………… 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)荷的計算 ………………………………………………………………… 33 確定流體的流徑 …………………………………………………… ………… 33 計算 R和 P…………………………………………………………………… 33 換熱器型號的選擇 …………………………………………………………… 34 ……………………………………………………………………… 34 ……………………………………………………………………………… 37 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計 5 附錄………………………………………………………………………………… 37 主要符號說明……………………………………………………………………… 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 1 《化工原理》課程設(shè)計任務(wù)書 一、概述 課程設(shè)計是《化工原理》的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)先修課程的基本知識來解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練，通過課程設(shè)計，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識，進(jìn)行融會貫通的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計，要求學(xué)生了解工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化 工設(shè)計的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力。課程設(shè)計是增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)提高學(xué)生獨立工作能力的有益實踐。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。分離苯和氯苯，可以利用二者沸點的不同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使其分離并分別進(jìn)行回收和儲存。這樣操作費用和設(shè)備費用均可降低 。綜合考慮，我們采用間接蒸汽加熱的方式 。 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 浮閥塔 ， 浮閥塔造作彈性大 ，特別是在低負(fù)荷時，仍能保持正常操作；氣液接觸狀態(tài)良好，霧沫夾來量小，并能適應(yīng)常見的物料狀況。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。為此，我們擬采用塔釜殘液對原料液進(jìn)行加熱。 設(shè) 計條件 : (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 ≤。 （ 1） 繪制生產(chǎn)工藝流程圖（ A2 號圖紙）； （ 2） 繪制精餾塔設(shè)計條件圖（ A1 號圖紙）。 合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系課程設(shè)計 5 圖 31 x— y圖 （ 2） 進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都是將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這樣，進(jìn)料溫度就不受季節(jié)，氣溫變化和前道工序波動的影響，塔的操作就比較容易控制。此次我們采用泡點進(jìn)料。自 a 點開始在操作線和平衡線之間作階梯線。其中，精餾段 1 3TN ? 塊，提餾段 NT2 ＝ 5塊 ，第 4 塊為加料板位置。 操作壓力的計算 塔頂操作壓力 ： k P 0 0 1 ???DP 每層塔板壓降 ： ??P 進(jìn)料板壓力 ： PF=+ 6= 塔底操作壓力 ： k P a51 1 60 . 71051 0 9 .. ???wp 精餾段平均壓 強(qiáng) ： ? ? k P a41 0 7251 0 931 0 51 ./.. ???mp 提餾段平均壓強(qiáng)： ? ? k P a1132510951162 ??? /..mp 表 41 苯、氯苯 Antoine 常數(shù)數(shù)據(jù)表 A B C 溫度范圍（ K） 苯 279377 353422 420521 氯苯 335405 405597 ①假設(shè)塔頂?shù)呐蔹c溫度 o?t ，則