化工原理課程設(shè)計(jì)---苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè) 計(jì) 者: </p><p>　　班 級(jí): </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　日 期:

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　?。ɑC(jī)械設(shè)計(jì)部分）</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)</p><p&

3、gt;　　設(shè) 計(jì) 者: </p><p>　　班 級(jí): </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　日 期: </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　指導(dǎo)老師：

4、 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目——苯-氯苯分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　試設(shè)計(jì)一座苯—氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯45萬(wàn)噸，塔頂餾出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯為30%（以上均為質(zhì)量%）。</p><p&g

5、t;<b>　　二、操作條件</b></p><p>　　1.塔頂壓強(qiáng)4kPa（表壓）；</p><p>　　2.進(jìn)料熱狀況，泡點(diǎn)進(jìn)料；</p><p>　　3.回流比，2Rmin；</p><p>　　4.塔釜加熱蒸汽壓力0.5MPa（表壓）；</p><p>　　5.單板壓降不大于0.7kPa

6、；</p><p>　　6.年工作日330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說(shuō)明；</p><p><b>　　2.塔的工藝計(jì)算；</b></p><p>　　3.塔和塔板主要工藝結(jié)

7、構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　4.塔內(nèi)流體力學(xué)性能的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　5.塔板負(fù)荷性能圖的繪制；</p><p>　　6.塔的工藝計(jì)算結(jié)果匯總一覽表；</p><p>　　7.生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖的繪制；</p><p>　　8.對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或?qū)τ嘘P(guān)問(wèn)題的分析與討論。</p>

8、;<p><b>　　四、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1.組分的飽和蒸汽壓（mmHg）</p><p>　　2.組分的液相密度（kg/m3）</p><p>　　純組分在任何溫度下的密度可由下式計(jì)算</p><p><b>　　苯 </b></p>

9、<p><b>　　氯苯 </b></p><p>　　式中的t為溫度，℃。</p><p>　　3.組分的表面張力（mN/m）</p><p>　　雙組分混合液體的表面張力可按下式計(jì)算：</p><p>　?。锳、B組分的摩爾分率）</p><p>　　苯-氯苯物系的溫

10、度組成圖</p><p>　　一、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬┤奈锪虾馑?lt;/p><p>　　1）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率</p><p>　　苯和氯苯的相對(duì)摩爾質(zhì)量分別為78.141和112.559kg/kmol。</p><p><b>　　2）平均摩爾質(zhì)量</b&g

11、t;</p><p>　　3）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率</p><p>　　依題給條件：一年以300天，一天以24小時(shí)計(jì)，有：，全塔物料衡算：</p><p><b>　?。ǘ┧鍞?shù)的確定</b></p><p>　　1）理論塔板數(shù)的求取</p><p>　　苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯

12、級(jí)圖解法（M·T法）求取，步驟如下：</p><p>　　1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取</p><p>　　依據(jù)，，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下：</p><p>　　本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實(shí)際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì)平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。</p>&l

13、t;p>　　2.確定操作的回流比R</p><p>　　將1.表中數(shù)據(jù)作圖得曲線及曲線。在圖上，因，查得，而，。故有：</p><p>　　考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的2倍，即：</p><p><b>　　3.求理論塔板數(shù)</b></p><p><b>　　精餾段

14、操作線：</b></p><p><b>　　提餾段操作線： </b></p><p>　　苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解</p><p>　　圖解得塊（不含釜）。其中，精餾段塊，提餾段塊，第5塊為加料板位置。</p><p><b>　　2）實(shí)際塔板數(shù)</b></p>

15、<p>　　2.實(shí)際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）</p><p><b>　　精餾段：塊，取塊</b></p><p><b>　　提餾段：塊，取塊</b></p><p><b>　　總塔板數(shù)塊。</b></p><p>　?。ㄈ┧木s段操作工藝條件及相關(guān)物

16、性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p><b>　　1）平均壓強(qiáng)</b></p><p>　　取每層塔板壓降為0.7kPa計(jì)算。</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　加料板：</b></p><p><b>　　平均壓

17、強(qiáng)</b></p><p><b>　　2）平均溫度</b></p><p>　　查溫度組成圖得：塔頂為81℃，加料板為89℃。</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　3）平均分子量</b></p><p>　　

18、塔頂： ，（查相平衡圖）</p><p>　　加料板：，（查相平衡圖）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　4）平均密度</b></p><p><b>　　1.液相平均密度</b></p><p><b&g

19、t;　　塔頂：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　2.汽相平均密度</b></p><p>　　5）液體的平均表面張力</p><p><b&

20、gt;　　℃</b></p><p><b>　　塔頂：；（81℃）</b></p><p>　　進(jìn)料板：；（89℃）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　6）液體的平均粘度</b></p><p>　　

21、塔頂：查化工手冊(cè)[1]，在81℃下有：</p><p><b>　　進(jìn)料板</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　?。ㄋ模┚s段的汽液負(fù)荷計(jì)算</p><p><b>　

22、　汽相體積流量</b></p><p><b>　　液相體積流量</b></p><p>　?。ㄎ澹┧退逯饕に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1）塔徑</b></p><p>　　1.初選塔板間距及板上液層高度，則：</p><p>　　2.按S

23、mith法求取允許的空塔氣速（即泛點(diǎn)氣速）</p><p>　　查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　負(fù)荷因子</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)氣速：</b></p><p><b>　　m/s</b></p><p><b

24、>　　3.操作氣速</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　4.精餾段的塔徑</b></p><p><b>　　圓整取，</b></p><p><b>　　塔截面積：</b></p>

25、<p><b>　　空塔氣速：。</b></p><p><b>　　塔的有效高度計(jì)算</b></p><p>　　Z精=（N精-1）HT= m</p><p>　　Z提=（N提-1）HT= m</p><p><b>　　進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔</b></p>

26、;<p>　　塔的提餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p><b>　　平均壓強(qiáng)</b></p><p>　　取每層塔板壓降為0.7kPa計(jì)算</p><p><b>　　加料板：</b></p><p><b>　　塔底： </b></p&g

27、t;<p><b>　　平均壓強(qiáng)：</b></p><p><b>　　平均溫度</b></p><p>　　查溫度組成圖得：塔頂為131℃，加料板為89℃。</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　平均分子量</b&g

28、t;</p><p><b>　　塔頂： </b></p><p><b>　　加料版： </b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　平均密度</b></p><p><b>　　1

29、.液相平均密度</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　2.汽相平均密度</b></p><

30、p>　　5）液體的平均表面張力</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　塔底：；（131℃）</p><p>　　進(jìn)料板：；（89℃）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　6）液體的平均粘度</b

31、></p><p>　　塔底：查化工手冊(cè)，在131℃下有：</p><p><b>　　進(jìn)料板</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　?。ㄋ模┨狃s段的汽液負(fù)荷計(jì)算</p

32、><p><b>　　汽相體積流量</b></p><p><b>　　液相體積流量</b></p><p>　　（五）塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1）塔徑</b></p><p>　　1.初選塔板間距及板上液層高度，則：&l

33、t;/p><p>　　2.按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點(diǎn)氣速）</p><p>　　查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　負(fù)荷因子</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)氣速：</b></p><p><b>　　m/s</b>&

34、lt;/p><p><b>　　3.操作氣速</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　4.精餾段的塔徑</b></p><p><b>　　圓整取，</b></p><p>　　小于精流段徑 所以按精

35、餾段計(jì)算</p><p>　　2）塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p><b>　　1.溢流裝置</b></p><p>　　采用雙溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤(pán)，設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。</p><p>　　溢流堰長(zhǎng)（出口堰長(zhǎng)）</p><p><b>　　取</b&

36、gt;</p><p><b>　　出口堰高</b></p><p><b>　　對(duì)平直堰</b></p><p><b>　　近似E=1于是：</b></p><p>　　降液管的寬度和降液管的面積</p><p>　　由，查化原下圖5-7得，即：&l

37、t;/p><p><b>　　，。</b></p><p>　　液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p><b>　?。M足要求）</b></p><p><b>　　降液管的底隙高度</b></p><p>　　液體通過(guò)降液管底隙的流速一般為0.07~0.

38、25m/s，取液體通過(guò)降液管底隙的流速，則有：</p><p>　　（不宜小于0.02~0.025m，本結(jié)果滿足要求）</p><p><b>　　2.塔板布置</b></p><p>　　邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度</p><p>　　邊緣區(qū)寬度：一般為50~75mm，D >2m時(shí)，可達(dá)100mm。</p>

39、;<p>　　安定區(qū)寬度：規(guī)定m時(shí)mm；m時(shí)mm；</p><p>　　本設(shè)計(jì)取mm，mm。</p><p><b>　　開(kāi)孔區(qū)面積【5】</b></p><p>　　0.96為中心降液管面積</p><p><b>　　式中：</b></p><p><

40、b>　　3.開(kāi)孔數(shù)和開(kāi)孔率</b></p><p>　　取篩孔的孔徑【5】，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。</p><p>　　每層塔板的開(kāi)孔數(shù)（孔）</p><p>　　每層塔板的開(kāi)孔率（應(yīng)在5~15%，故滿足要求）</p><p><b>　　每層塔板的開(kāi)孔面積</b><

41、/p><p><b>　　氣體通過(guò)篩孔的孔速</b></p><p>　?。┧迳系牧黧w力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　1）氣體通過(guò)篩板壓降和的驗(yàn)算</p><p>　　1.氣體通過(guò)干板的壓降</p><p>　　式中孔流系數(shù)由查P115圖5-10【4】得出，。</p><p&g

42、t;　　2.氣體通過(guò)板上液層的壓降</p><p>　　式中充氣系數(shù)的求取如下：</p><p>　　氣體通過(guò)有效流通截面積的氣速，對(duì)單流型塔板有：</p><p><b>　　動(dòng)能因子</b></p><p>　　查5圖5-11【4】得（一般可近似?。?。</p><p>　　3.氣體克服液體表面

43、張力產(chǎn)生的壓降</p><p>　　4.氣體通過(guò)篩板的壓降（單板壓降）和</p><p><b>　?。M足工藝要求）。</b></p><p>　　2）霧沫夾帶量的驗(yàn)算</p><p>　　式中：，驗(yàn)算結(jié)果表明不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的霧沫夾帶。</p><p><b>　　3）漏液的驗(yàn)算<

44、/b></p><p><b>　　漏液點(diǎn)的氣速</b></p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù)（不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量液漏）</p><p><b>　　4）液泛的驗(yàn)算</b></p><p>　　為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度</p><p>　　苯-氯苯屬于一

45、般物系，取</p><p>　　成立，故不會(huì)產(chǎn)生液泛。</p><p>　　（七）塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　1）霧沫夾帶線（1）</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　將已

46、知數(shù)據(jù)代入式（1）</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式（1-1）算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）</p><p><b>　　2）液泛線（2）</b></p><p>

47、<b>　　令 </b></p><p><b>　　聯(lián)立得 </b></p><p>　　忽略 將與L，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得</p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得</b></p><p><b>　　故 </b></p>

48、<p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）</p><p>　　3）液相負(fù)荷上限線（3）</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　4）漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）</p><p><b>　　漏液點(diǎn)氣速</b></p><p>　　在

49、操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式（4-4）算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線（4）</p><p>　　5）液相負(fù)荷下限線（5）</p><p>　　取平堰堰上液層高度m，。</p><p>　　作出液相復(fù)合下線（5）</p><p><b>　　精餾段塔板性能圖</b>

50、;</p><p>　　操作彈性定義為操作線與界限曲線交點(diǎn)的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最小負(fù)荷之比，即：</p><p><b>　　操作彈性=</b></p><p>　　（八）精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表</p><p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表</p><p>　?。ň牛┚s塔的附屬

51、設(shè)備與接管尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1）料液預(yù)熱器</b></p><p>　　根據(jù)原料液進(jìn)出預(yù)熱器的熱狀況和組成首先計(jì)算預(yù)熱器的熱負(fù)荷Q ，然后估算預(yù)熱器的換熱面積A ，最后按換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算程序執(zhí)行。</p><p><b>　　2）塔頂全凝器</b></p><p>　　全凝器的

52、熱負(fù)荷前已算出，為1771.45循環(huán)水冷卻，進(jìn)出口水溫可根據(jù)不同地區(qū)的具體情況選定后再按換熱器的設(shè)計(jì)程序做設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　3）塔釜再沸器</b></p><p>　　因?yàn)轱柡鸵后w進(jìn)料，故。即再沸器的熱負(fù)荷與塔頂全凝器相同。實(shí)際上由于存在塔的熱損失（一般情況下約為提供總熱量的5~10%）。再沸器屬于兩側(cè)都有相變的恒溫差換熱設(shè)備，故再沸器的設(shè)計(jì)計(jì)算

53、與蒸發(fā)器同。</p><p>　　4）精餾塔的管口直徑</p><p>　　1.塔頂蒸汽出口管徑</p><p>　　依據(jù)流速選取，但塔頂蒸汽出口流速與塔內(nèi)操作壓力有關(guān)，常壓可取12~20m/s。</p><p><b>　　2.回流液管徑</b></p><p>　　回流量前已算出，回流液的流速

54、范圍為0.2~0.5m/s；若用泵輸送回流液，流速可取1~2.5 m/s。</p><p><b>　　3.加料管徑</b></p><p>　　料液由高位槽自流，流速可取0.4~0.8 m/s；泵送時(shí)流速可取1.5~2.5m/s。</p><p><b>　　4.料液排出管徑</b></p><p&g

55、t;　　塔釜液出塔的流速可取0.5~1.0m/s。</p><p><b>　　5.飽和蒸汽管徑</b></p><p>　　蒸汽流速：<295kPa：20~40 m/s；<785kPa：40~60 m/s；>2950 kPa：80 m/s。</p><p><b>　?。ㄊ┲饕?hào)說(shuō)明</b><

56、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編 化工工藝手冊(cè)（下）【M】北京化學(xué)工業(yè)出版社 1986</p><p>　　J.M.Smith H C Van Ness 著 劉洪來(lái) 陸小華 陳新華等譯 化工熱力學(xué)導(dǎo)論【M】</p><p>　　陳長(zhǎng)貴 劉邦孚 劉國(guó)微 等編 化工原

57、理（下）【M】 天津 天津科學(xué)技術(shù)出版社2009</p><p>　　賈紹義 柴誠(chéng)敬 編 化工原理課程設(shè)計(jì)【M】天津 天津科學(xué)技術(shù)出版社 2009</p><p>　　匡國(guó)住 史啟才 編 化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)【M】北京 化工工業(yè)出版社 2007</p><p>　　刁玉偉 王立業(yè) 喻建良 編 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)【M】 大連：大連理工出版社 2006</p&