【正文】 ............. 錯誤 !未定義書簽。 篩孔計算及其排列 ………………………………………………………… 21 篩板的流體力學驗算 ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。 液面落差 ..................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 漏液 ............................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 塔板負荷性能圖 ................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 塔附件的設計 .................................................................................................... 29 接管 ............................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .............................................................. 39 8 第 1 章 總 論 氯苯簡介 氯苯為無色液體，分子式為 C6H5Cl。第一次世界大戰(zhàn)期間主要用于生產(chǎn)軍用炸藥所需的苦味酸。 1960 年后， DDT 逐漸 被高效低殘毒的其他農(nóng)藥所取代，氯苯的需求量日趨下降。 物理性質(zhì) 分子式： C6H5Cl；分子量： ；外觀與性狀：無色透明液體，具有不愉快的苦杏仁味。 化學性質(zhì) 常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長時間沸騰則脫氯。易燃，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。 基本用途 染料、醫(yī)藥工業(yè)用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基酚等有機中間體。農(nóng)藥工業(yè)用于制造 DDT, 涂料工業(yè)用于制造油漆?；どa(chǎn)中用作溶劑和傳熱介質(zhì)。 9 苯簡介 苯（ benzene， C6H6)有機化合物 ，是組成結(jié)構(gòu)最簡單的 芳香烴 ，在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，其密度小于水，具有強烈的芳香氣味。苯不溶于水，易溶于 有機溶劑 ，本身也可作為有機劑。苯的性質(zhì)是易取代，難氧化，難加成。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個國家石油化工發(fā)展水平的標志之一。苯分 子去掉一個氫以后的結(jié)構(gòu)叫苯基，用 Ph表示。苯比水密度低，密度為 ，但其分子質(zhì)量比水輕。 苯能與水生成恒沸物，沸點為 ℃，含苯 %。 在 101500mmHg 之間的飽和蒸氣壓可以根據(jù)安托萬方程計算 lgP = A － P/(C + t) 參數(shù)： A = ， B = ， C = 其中， P 單位為 mmHg， t 單位為 ℃。 基本用途 10 脂肪、樹脂和碘等的溶劑。有機合成。高壓液相色譜溶劑、用作合成染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、照相膠片、以及石油化工制品的原料、清漆、硝基纖維素漆的稀釋 劑、脫漆劑、潤滑油、油脂、蠟、賽璐珞、樹脂、人造革等溶劑。 精餾原理 精餾是分離液體混合物最常用一種作，在化工、煉油等工業(yè)中應用很廣。 精餾過程中，料液自塔的中部某適當?shù)奈恢眠B續(xù)地加入塔內(nèi)，塔頂設有冷凝器將塔頂 蒸汽冷凝為液體。在塔內(nèi)上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液體之間進行著逆流接觸和物質(zhì)傳遞。塔的上半部分（加料位置以上）稱為精餾段，塔的下半部分包括再沸器（蒸餾釜）稱為提餾段。特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增 大組分間的相對揮發(fā)度，達到有效分離的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各方面都有重大影響。此外，工業(yè)氣體的冷卻和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和 11 減濕等。 作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。 第 2 章 苯 氯苯分離精餾 工藝流程 連續(xù)精餾裝置流程如圖 21 所示 12 圖 21 連續(xù)精餾裝置流程圖 首先，苯和 氯苯 的原料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。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 露 點 冷凝成液體 ， 其中部分進入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中 進行進一步冷卻， 停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的 另一 部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。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。 塔設備的選型 實現(xiàn)精餾過程的主體設備主要有填料塔和板式塔。塔內(nèi)以填料作為氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件。兩相的組分濃度或溫度沿塔高呈連續(xù)變化。塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體自塔底向上以鼓泡活噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣 液相密切接觸而進行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。 表 21 填料塔與板式塔的比較 填料塔 板式塔 壓降 小尺寸填料，壓降較大，而大尺寸填料 及規(guī)整填料，則壓降較小 較大 空塔氣速 小尺寸填料氣速較小，而大尺 寸填料 及規(guī)整填料則氣速可較大 較大 塔效率 傳統(tǒng)的填料，效率較低，而新型亂堆 及規(guī)整填料則塔效率較高 較穩(wěn)定、 效率較高 液 氣比 對液體量有一定要求 較大 持液量 較小 較大 安裝、檢修 較難 較容易 材質(zhì) 金屬及非金屬材料均可 一般用金屬材料 造價 新型填料，投資較大 大直徑時造價較低 綜合考慮上表各項，板式塔由于比填料塔性能穩(wěn)定、效率高、安裝檢修方便及造價低等優(yōu)點，本設計選用板式塔。 其中泡罩塔是工業(yè)上應用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，造價高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)效率及板效率較低。篩板的特點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓強低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。 浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)較其他幾種塔型的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。 表 22 板式塔性能的比較 塔型 與泡罩塔相比的相對氣相負荷 效率 操作彈性 85%最大負荷時的單 板壓降 /mm（水柱） 與泡罩塔相比的相對價格 可靠性 泡罩塔 良 超 45～ 80 優(yōu) 浮閥塔 優(yōu) 超 45～ 60 良 篩板塔 優(yōu) 良 30～ 50 優(yōu) 由表 22 看出，篩板塔在相對氣液相負荷、效率、可靠性以及價格方面都較其他兩種塔優(yōu)，因此本設計選用篩板塔，其特點如下： ? 結(jié)構(gòu)簡單 、 制造維修方便 ； ? 生產(chǎn)能力大，比浮閥塔還高 ； ? 塔板壓力降較低，適宜于真空蒸餾 ； ? 塔板效率較高，但比浮閥塔稍低 ； ? 合理設計的篩板塔可是具有較高的操作彈性，僅稍低與泡罩塔 ； ? 小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的 、 粘性大的和帶有固體粒子的料液 。 操作條件的選擇 15 本設計的題目 設計一座 苯 氯苯連續(xù) 精餾裝置 ,即需設計一個 連續(xù) 精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯，具體工藝參數(shù)如下： 處理量： 26000 噸 /年 料液組成（含氯苯）： 35％ 產(chǎn)品組成（氯苯純度）： ％ 塔頂產(chǎn)品組成（含氯苯）：≤ 2％ 操作壓力：塔頂壓強 4KPa(表壓 ) 進料熱狀況和回流比自選 塔底加熱蒸氣壓力： （表壓 ) 單板壓降：≤ 全塔效率： ET=54% 塔板類型 —— 篩板 生產(chǎn)廠址：海南洋浦工業(yè)開發(fā)區(qū) 設備年工作時間： 300 天（每天 24 小時連續(xù)運行 ） 水電供給：水源充足，供電正常 第 3 章 工藝計算 全塔的物料衡算 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 kg/kmol 和 。＝ D′＝ 7058kg/h D＝ 7058247。＝ 塔板數(shù)的確定 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繪出 txy 圖（圖 31） 17 苯 氯苯混合液的 txy圖（圖 31） R 采用作圖法求最小回流比。 采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖 32 所示。其中，精餾段 31?TN 塊，提餾段 ?TN 塊，第 4 塊為加料板位置。 塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 平均壓強 mp 取每層塔板壓降為 計算。 塔底溫度 ?tW 131℃ 。 提餾段平均溫度： ? ? , ???mt ℃ 。 液體的平均粘度 mLμ, 塔頂：查化工原理附錄 11，在 80℃下有： ? ? ? ? sm P )(, ????????? DBBDAAmLD xx ??? 加料板： sm P a3 0 4 )7 2 8 (3 7 0 0 8 , ???????mLF? 精餾段： ? ? sm P a3 1 0 , ????mL? 氣、液負相體積流量負荷計算 精餾段： 氣相摩爾流率： ? ? k m o l / 3 )4 9 3 (1 ?????? DRV 氣相體積流量： / 31,1,1, ????? mVmVs VMV ? 氣相體積流量： /h5 2 9 9 m/sm0 3 331, ??hV 液相回流摩爾流率： k m o l / 9 3 ???? RDL 23 液相體積流量： / 31,1,1, ????? mLmLs LML ? 液相體積流量 : /h4 .3 8 1 m/sm0 0 1 2 1 331, ??hL 提餾段： 氣相摩爾流率： V′ =V=氣相體積流量： / 00 0039。 塔截面積為 : 222 mDAT ???? ?? 實際空塔氣速為： smAVu TS / ??? 精餾塔有效高度 25 精餾段有效高度為： m2 .2 HNZT ?????? ）（）（ 精精 提餾段有效高度為： HNZT ?????? ）（）（ 提提 在進料板上方開一人孔，其高度為 800mm 故精餾塔的高度為： ??? 提精 ZZZ ++=8m 塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設計與計算 溢流裝置 因塔徑 D=,可采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，且不設進口內(nèi)堰。 液體在降液管內(nèi)的停留時間 0 1 2 1 ????? 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： ????? ow so ul Lh mmhh ow ????? （ oh 不宜小于 ~，本結(jié)果滿足要求） 塔板布置 （ 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。 （ 2）開孔區(qū)面積 aA 212221222 i 180s i n1802??????? ??????????? ???????RxRxRxAa 式中： ? ? ? ? m3 9 6 7 2 8 ??????? sd WWDx ????? cWDR 篩孔計算及其排列 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 。 27 每層塔板的篩孔數(shù)