化工原理设计---苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计

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1、课程设计题目——苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计一、设计题目某化工厂每天需将75吨含苯45%的苯—氯苯混合物用连续蒸馏方法分离成含苯96%的馏出液及含氯苯98%的釜液(均为质量百分数)供有机合成之用。试设计一精馏塔来完成该分离任务；原料温度为20℃。二、操作条件1.塔顶压强4kPa（表压）；2.20℃进料；3.回流比自定（取2.4Rmin）；4.塔釜加热蒸汽压力506kPa（表压）；5.单板压降不大于0.7kPa；6.每天24小时连续运行。三、设计内容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.塔内流体力学性

2、能的设计计算；5.塔板负荷性能图的绘制；6.设计计算结果一览表；7.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制；8.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。四、基础数据1.组分的饱和蒸汽压（mmHg）温度，（℃）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760注：1mmHg=133.322Pa2.组分的液相密度（kg/m3）温度，（℃）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985纯组分在任何温

3、度下的密度可由下式计算苯氯苯式中的t为温度，℃。3.组分的表面张力（mN/m）温度，（℃）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4双组分混合液体的表面张力可按下式计算：（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。一、设计方案及工艺流程首先，苯和氯苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器

4、，在原料预热器中加热到进料温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。塔中气相混合物在精馏塔中上升到塔顶上方的冷凝器中，降温到泡点温度使液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中,即回流。而液相混合物在精馏塔中下降至塔底，一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与氯苯的分离。二、全塔物料衡算（1）料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11和112.61kg

5、/kmol。（2）平均摩尔质量（3）料液及塔顶、底产品的摩尔流率依题给条件：一天以24小时计，有：，全塔物料衡算：三、塔板数的确定1.理论塔板数的求取苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（M·T法）求取，步骤如下：（1）相平衡数据的求取根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取（见图1）依据，，将所得计算结果列表如下：温度，（℃）8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y

6、10.9130.7850.6140.3760.0710本题中，塔内压力接近常压（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）确定操作的回流比Ra.将上表中数据作图得曲线（见图2）时，泡点温度为95.4℃，℃查化工原理附录得比热容：汽化热：苯：393.9kJ/kg氯苯：325kJ/kg原料液汽化热：b.将上表中数据作图得曲线，斜率为：在图上定出：。q线过点e且与x~y曲线交于点，如图，，，。回流比为时，q线与精馏段操作线交点在x~y曲线上，即交于f点。所以（3）求理论塔板数精馏段操作

7、线：提馏段操作线为过c，d两点的直线。图解得块（不含塔釜）。其中，精馏段块，提馏段块，第5块为加料板位置。2.实际塔板数（1）全塔效率选用公式计算。该式适用于液相粘度为0.07~1.4mPa·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0.5(80+131.8)=106℃（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.实际塔板数（近似取两段效率相同）精馏段：块提馏段：块总塔板数块四、塔的精馏段、提馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算（1）平均压强取每层塔板压降为0.7kPa计算。塔顶：加料板：塔底：平均压强

8、：（2）平均温度查温度组成图得：塔顶为80℃，塔底为95.4℃，加