苯氯苯板式精馏塔的工艺设计与冷凝器的选型设计书.docx
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苯氯苯板式精馏塔的工艺设计与冷凝器的选型设计书.docx
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苯氯苯板式精馏塔的工艺设计与冷凝器的选型设计书
苯—氯苯板式精馏塔的工艺设计及冷凝器的选型设计书
(一)设计题目
苯—氯苯板式精馏塔的工艺设计及冷凝器的选型设计
(二)设计容
某工厂拟采用一板式塔分离苯-氯苯混合液。
已知:
生产能力为年产65000吨99%的氯苯产品;进精馏塔的料液含氯苯45%(质量分数,下同),其余为苯;塔顶的氯苯含量不得高于2%;残夜中氯苯含量不得低于99%;塔顶冷凝器用流量为3000kg/h、温度为30℃的水冷却。
试根据工艺要求进行:
板式精馏塔的工艺设计;
标准列管式塔顶冷凝器的选型设计。
(三)操作条件
1.塔顶压强4kPa(表压);
2.进料热状况,泡点进料;
3.回流比,1.8Rmin;
4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa(表压);
5.单板压降不大于0.7kPa;
6.年工作日300天,每天24小时连续运行。
(四)设计要求
1.设计方案的确定及工艺流程的说明;
2.塔的工艺计算;
3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算;
4.塔流体力学性能的设计计算;
5.塔板负荷性能图的绘制;
6.塔的工艺计算结果汇总一览表;
7.冷凝器的热负荷;
8.冷凝器的选型及核算;
9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。
(五)基础数据
1.组分的饱和蒸汽压(mmHg)
温度,(℃)
80
90
100
110
120
130
131.8
苯
760
1025
1350
1760
2250
2840
2900
氯苯
148
205
293
400
543
719
760
2.组分的液相密度(kg/m3)
温度,(℃)
80
90
100
110
120
130
苯
817
805
793
782
770
757
氯苯
1039
1028
1018
1008
997
985
纯组分在任何温度下的密度可由下式计算
苯推荐:
氯苯推荐:
式中的t为温度,℃。
3.组分的表面力(mN/m)
温度,(℃)
80
85
110
115
120
131
苯
21.2
20.6
17.3
16.8
16.3
15.3
氯苯
26.1
25.7
22.7
22.2
21.6
20.4
双组分混合液体的表面力可按下式计算:
(为A、B组分的摩尔分率)
4.氯苯的汽化潜热
常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol。
纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示:
(氯苯的临界温度:
)
5.其他物性数据可查化工原理附录。
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计及冷凝器的选型设计
摘要:
本设计对苯—氯苯分离过程板式精馏塔装置进行了设计,主要进行了以下工作:
1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。
2、对生产的主要设备—筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括:
①精馏塔的物料衡算;②塔板数的确定;③精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;④精馏塔的塔体工艺尺寸计算;⑤精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算;冷凝器的选型。
3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。
4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。
本设计简明、合理,能满足初步生产工艺的需要,有一定的实践指导作用。
关键词:
苯—氯苯;分离效率;精馏塔;冷凝器
TheDesignofsieveplate-distillationTower
abouttheSeparatingProcessofBenzenechlorobenzene
Abstract:
AsuitofequipmentofsievedistillationcolumndeviceswhichmakeBenzeneseparatefromchlorobenzenehasbeendesigned.Themainworkcomprising:
1.Themainprocessesandprogramesoftheproductionhavebeenselectedanddetermined.2.Themaincontainerfillertowerhasbeendesigned,including①thebalancereckonofthesieveplatetower②thenumberofthetowerplankhasbeendeterminated③thecalculationofpropertiesofmatterdate④thesize
oftheDistillationtowerhasbeencomputed⑤Themaintraysizeofthedistillationtowerhasbeenreckoned.Theselectionanddesignofconsendonser.Productioncraftworkflowchartanddesignconditionchartofthedistillationtowerhavebeendrawn.4.Thequestionsofthedesignprocesshavebeendiscussedandreviewed.Thedesignissimpleandreasonable,andcanmeettheneedsoftheinitialproductionprocess,acertainroleinguidingthepractice.
Keywords:
Benzeneseparatefromchlorobenzene;Sieveplate-distillationTower;Consendonser.
1流程的确定和说明
1.1加料方式
通过对物料流量和流速稳定性传质效率安装等方面综合考虑,本次设计采用泵进
料,这样可以节省费用,稳定流量。
1.2加料状态
进料状态一般有冷液进料,泡点进料。
根据进料组成、流量、加热费用、环境影响等因素考虑,选用泡点进料,并且泡点进料时精馏段与提馏段的塔径相同,上升蒸汽的摩尔流量相等,制造上较为方便。
1.3塔顶蒸汽冷凝方式
塔顶采用全凝器冷凝。
苯和氯苯不反应,且容易冷凝。
塔顶出来的气体温度较高,冷凝后回流液和产品温度也高,需进一步冷却。
此冷却是想得到温度较低的液体苯。
冷凝液在泡点下一部分回流至塔,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
1.4塔釜加热方式
加热方式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。
直接蒸汽加热是蒸汽直接由塔底进入塔。
在一定的回流比条件下,塔顶蒸汽对回流液有稀释作用,使理论塔板数增加,费用增加;间接加热是通过加热器使釜液部分汽化。
上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质,其优点是使釜液部分汽化,维持原来的浓度,以减少理论板数,缺点是增加加热装置,所以采用间接蒸汽加热。
1.5出料状态
塔顶产品由产品冷却器冷却至常温。
1.6流程的确定
苯—氯苯混合液经原料预热器加热至泡点后,进入精馏塔,塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后,一部分作为回流,其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至储罐。
塔釜采用间接蒸汽再沸器加热,塔底产品冷却后送至储罐,其工艺流程:
图1-1
2精馏塔的设计计算
2.1精馏塔的物料衡算
2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11和112.56kg/kmol
2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
2.1.3料液及塔顶底产品的摩尔流率
依题给条件:
一年以300天,一天以24小时计,有
全塔物料衡算
2.1.4物料衡算结果列表
表2-1
单位
进料F
塔顶D
塔底W
物料
kg/h
19459.92
10432.12
9027.8
kmol/h
219.46
132.74
80.52
组成
质量分率
55%
98%
1%
摩尔分率
0.6938
0.9860
0.0143
2.2塔板数的确定
2.2.1气液平衡相图
根据苯-氯苯的相平衡数据,利用泡点方程和露点方程求取
依据,,将所得计算结果列表如下:
表2-2
温度,(℃)
80
90
100
110
120
130
131.8
苯
760
1025
1350
1760
2250
2840
2900
氯苯
148
205
293
400
543
719
760
两相摩尔分率
X
1
0.677
0.442
0.265
0.127
0.019
0
Y
1
0.913
0.785
0.614
0.376
0.071
0
本题中,塔压力接近常压(实际上略高于常压),而表中所给为常压下的相平衡数据,因为操作压力偏离常压很小,所以其对平衡关系的影响完全可以忽略。
2.2.2确定操作的回流比R
将表2-2中数据作图得曲线。
图2-1苯—氯苯混合液的x—y图
在图上,因,查得,而,。
故有:
由题可知,实际回流比为最小回流比的1.8倍,所以
2.2.3求精馏塔的汽、液相负荷
2.2.4确定理论板数
精馏段操作线:
提馏段操作线为过和两点的直线。
图2-2苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解
图解得块(不含釜)。
其中,精馏段块,提馏段块,第4块为加料板位置。
2.2.5全塔效率
选用公式计算。
该式适用于液相粘度为mPa·s的烃类物系,式中的为全塔平均温度下以进料组成表示的平均粘度。
塔的平均温度为(取塔顶底的算术平均值),在此平均温度下查化工原理附录得,。
2.2.6实际塔板数(近似取两段效率相同)
精馏段:
块,取块
提馏段:
块,取块
总塔板数块.
3.塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算
3.1平均压强
取每层塔板压降为0.7kPa计算。
塔顶:
加料板:
塔底:
精馏段平均压强:
提馏段平均压强:
3.2平均温度
依据操作压力,由泡点方程通过试差法计算出泡点温度。
计算结果如下:
塔顶温度
进料板温度
精馏段平均温度
3.3平均分子量
塔顶:
,(查相平衡图)
加料板:
,(查相平衡图)
精馏段:
3.4平均密度
3.4.1.液相平均密度
塔顶:
进料板:
精馏段:
3.4.2汽相平均密度
3.5液体的平均表面力
塔顶:
;(80℃)
进料板:
;(89℃)
精馏段:
3.6液体的平均粘度
塔顶:
查化工原理附录,在80℃下有:
加料板:
精馏段:
4塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算
4.1塔径、空塔气速
初选塔板间距及板上液层高度,则:
按Smith法求取允许的空塔气速(即泛点气速)
图4-1负荷因子关联系数图
查Smith通用关联图得
负荷因子
泛点气速:
m/s
操作气速
取
精馏段的塔径
圆整取
表4-1板间距与塔径的关系
塔径D/mm
300~500
500~800
800~1600
1600~2400
板间距HT/mm
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- 氯苯 板式 精馏塔 工艺 设计 冷凝器 选型