1、海南大學 課程設計書 系（部、中心） 材料與化工學院 專 業 化學工程與工藝 班 級 10級2班 課程名稱 化工原理課程設計 設計題目名稱 苯-氯苯分離過程板式精餾塔設計 化工單元設備設計任務書（苯氯苯精餾裝置設計）一、設計題目試設計一座苯-氯苯連續精餾裝置,要求年產純度為99.5%的氯苯26000噸,塔頂餾出液中含氯苯不得高于2%,原料液含氯苯35%(以上均為質量百分數)。二、設計條件（一）精餾塔（1）塔頂壓力 4KPa（表）（2）進料熱狀態 自選(3)回流比 自選(4)塔底加熱蒸汽壓力 0.5MPa（表）(5)單板壓降 0.7KPa（6）全塔效率 ET=54%（7）塔板類型篩板或浮閥塔板（

2、F1型）（二）換熱器配置于精餾裝置中的預熱器 冷凝器 冷卻器 再沸器等選一設計（1）加熱介質飽和水蒸汽0.3MPa（絕）；（2）冷卻介質冷卻循環水，進口溫度30，出溫度40；（3）換熱器允許壓降Pa；（4）換熱器類型標準型列管式或板式換熱器。三、工作日每年工作300天，每天24小時連續運行。四、生產廠址海南洋浦工業開發區五、設計內容（一）選擇合適的精餾塔（1）精餾塔的物料衡算；（2）塔板數的確定；（3）精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算；（4）精餾塔的塔體工藝尺寸的計算；（5）塔板的主要工藝尺寸的計算；（6）塔板的流體力學驗算與塔板負荷性能圖；（7）精餾塔接管尺寸計算；（8）繪制精餾裝置工藝

3、流程圖；（9）繪制精餾塔設計條件圖；（10）對設計過程的評述和有關問題討論。（二）選擇合適的換熱的（1）確定設計方案選擇換熱器類型；流動空間及流速的確定。（2）確定物性數據（3）估算傳熱面積（4）工藝結構尺寸（5）換熱器核算（6）繪制換熱器設計示意圖；（7）對換熱器設計過程的評述和有關問題討論。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294811008 第1章 緒 論 HYPERLINK l _Toc294811009 1.1 精餾原理5 HYPERLINK l _Toc294811010 1.2 塔設備概述5 HYPERLINK l _Toc294811011

4、1.3 氯苯簡介6 HYPERLINK l _Toc294811012 第2章 苯-氯苯分離精餾7 HYPERLINK l _Toc294811013 2.1 工藝流程7 HYPERLINK l _Toc294811014 2.2設備選型8 HYPERLINK l _Toc294811015 2.2.1 塔設備的選型8 HYPERLINK l _Toc294811047 2.2.2 塔板的類型與選擇9 HYPERLINK l _Toc294811048 2.3 操作條件的選擇.10 HYPERLINK l _Toc294811049 第3章 工藝計算10 HYPERLINK l _Toc294

5、811050 3.1 全塔的物料衡算10 HYPERLINK l _Toc294811052 3.1.1 原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率10 HYPERLINK l _Toc294811053 3.1.2 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量10 HYPERLINK l _Toc294811054 3.1.3 原料液及塔頂底產品的摩爾流率11 HYPERLINK l _Toc294811055 3.2 塔板數的確定11 HYPERLINK l _Toc294811056 3.2.1 理論板層數NT的求取11 HYPERLINK l _Toc294811057 3.2.2 實際板層數的求取 P

6、AGEREF _Toc294811057 h 133. HYPERLINK l _Toc294811058 3 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算143. HYPERLINK l _Toc294811059 3.1 平均壓強 PAGEREF _Toc294811059 h 143. HYPERLINK l _Toc294811060 3.2 平均溫度 PAGEREF _Toc294811060 h 143. HYPERLINK l _Toc294811062 3.3 平均分子量 PAGEREF _Toc294811062 h 143. HYPERLINK l _Toc294811063 3.

7、4 平均密度 PAGEREF _Toc294811063 h 153. HYPERLINK l _Toc294811064 3.5 液體的平均表面張力 PAGEREF _Toc294811064 h 163. HYPERLINK l _Toc294811065 3.6 液體平均粘度計算 PAGEREF _Toc294811065 h 17 3.3.7 氣、液負相體積流量負荷計算173. HYPERLINK l _Toc294811066 4 精餾塔的塔體工藝尺寸的計算 PAGEREF _Toc294811066 h 183. HYPERLINK l _Toc294811067 4.1 塔徑 P

8、AGEREF _Toc294811067 h 193. HYPERLINK l _Toc294811068 4.2 精餾塔有效高度 PAGEREF _Toc294811068 h 19 HYPERLINK l _Toc294811069 3.5 塔板主要工藝尺寸的計算20 HYPERLINK l _Toc294811070 3.5.1 溢流裝置計算20 HYPERLINK l _Toc294811071 3.5.2 塔板布置 PAGEREF _Toc294811071 h 21 3.5.3 篩孔計算及其排列21 HYPERLINK l _Toc294811072 3.6 篩板的流體力學驗算 P

9、AGEREF _Toc294811072 h 22 HYPERLINK l _Toc294811073 3.6.1 塔板壓降 PAGEREF _Toc294811073 h 22 HYPERLINK l _Toc294811074 3.6.2 液面落差 PAGEREF _Toc294811074 h 23 HYPERLINK l _Toc294811075 3.6.3 液沫夾帶 PAGEREF _Toc294811075 h 23 HYPERLINK l _Toc294811076 3.6.4 漏液 PAGEREF _Toc294811076 h 23 HYPERLINK l _Toc2948

10、11077 3.6.5 液泛 PAGEREF _Toc294811077 h 23 HYPERLINK l _Toc294811078 3.7 塔板負荷性能圖 PAGEREF _Toc294811078 h 24 HYPERLINK l _Toc294811079 3.7.1 精餾段塔板負荷性能圖 PAGEREF _Toc294811079 h 24 HYPERLINK l _Toc294811081 3.8 塔附件的設計29 HYPERLINK l _Toc294811079 3.8.1 接管 PAGEREF _Toc294811079 h 29 HYPERLINK l _Toc294811

11、079 3.8.2 裙座30 HYPERLINK l _Toc294811078 3.8.3 塔板負荷性能圖30 3.8.4 塔總體高度的設計31換熱器的設計31 4.1 熱量衡算.31 4.1.1 原料預熱的熱量衡算31 4.1.2 塔頂苯的熱量衡算32 4.1.3 再沸器的熱量衡算32 4.2換熱器（冷卻器）的計算33 塔頂苯的設計33 估算傳熱面積34 4.2.3 工藝結構尺寸34 4.3 換熱器核算.35 4.3.1 核算壓力降35 4.3.2 核算總傳熱系數37 4.5 對換熱器設計過程的評述和有關問題的討論39 HYPERLINK l _Toc294811127 致 謝39 PAG

12、EREF _Toc294811127 h HYPERLINK l _Toc294811129 參考文獻39第1章 總 論1.1 氯苯簡介 氯苯為無色液體，分子式為C6H5Cl。具有苦杏仁味。第一次世界大戰期間主要用于生產軍用炸藥所需的苦味酸。1940年以來，大量用于生產滴滴涕(DDT)殺蟲劑。1960年后，DDT逐漸被高效低殘毒的其他農藥所取代，氯苯的需求量日趨下降。20世紀后期以后，氯苯主要用做乙基纖維素和許多樹脂的溶劑，生產多種其他苯系物的中間體，如硝基氯苯等。物理性質 分子式：C6H5Cl；分子量：112.56；外觀與性狀：無色透明液體，具有不愉快的苦杏仁味。熔點：-45.2()：相對密

13、度（水=1）：1.10；沸點：132.2（)；相對蒸氣密度（空氣=1）：3.9；飽和蒸氣壓：1.33(kPa)；臨界溫度：359.2()臨界壓力：4.52(MPa)；溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳、苯等多數有機溶劑。 化學性質 常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長時間沸騰則脫氯。蒸氣經過紅熱管子脫去氫和氯化氫，生成二苯基化合物。易燃，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。與過氯酸銀、二甲亞砜反應劇烈。 基本用途 染料、醫藥工業用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基酚等有機中間體。橡膠工業用于制造橡膠助劑。農藥工業用于制造DDT, 涂料工業用于制造油漆。 輕工工業用于制造

14、干洗劑和快干油墨。化工生產中用作溶劑和傳熱介質。分析化學中用作化學試劑。1.2 苯簡介苯（benzene， C6H6)有機化合物，是組成結構最簡單的芳香烴，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。可燃，有毒，為IARC第一類致癌物。苯不溶于水，易溶于有機溶劑，本身也可作為有機劑。其碳與碳之間的化學鍵介于單鍵與雙鍵之間，稱大鍵，因此同時具有飽和烴取代反應的性質和不飽和烴加成反應的性質。苯的性質是易取代，難氧化，難加成。苯是一種石油化工基本原料。苯的產量和生產的技術水平是一個國家石油化工發展水平的標志之一。苯具有的環系叫苯環，是最簡單的芳環。苯分子去掉一個氫以后的結

15、構叫苯基，用Ph表示。 物理性質 苯的沸點為80.1，熔點為5.5，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發。苯比水密度低，密度為0.88g/ml，但其分子質量比水輕。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機溶劑，溶解有機分子和一些非極性的無機分子的能力很強,除甘油,乙二醇等多元醇外能與大多數有機溶劑混溶.除碘和硫稍溶解外,無機物在苯中不溶解.苯對金屬無腐蝕性。苯能與水生成恒沸物，沸點為69.25，含苯91.2%。因此，在有水生成的反應中常加苯蒸餾，以將水帶出。在10-1500mmHg之間的飽和蒸氣壓可以根據安托萬方程計算lgP = A P/(C + t)參數

16、：A = 6.91210，B = 1214.645，C = 221.205其中，P 單位為 mmHg，t 單位為 。 化學性質 苯參加的化學反應大致有3種：一種是其他基團和苯環上的氫原子之間發生的取代反應；一種是發生在苯環上的加成反應（注：苯環無碳碳雙鍵，而是一種介于單鍵與雙鍵的獨特的鍵）；一種是普遍的燃燒（氧化反應）（不能使酸性高錳酸鉀褪色）。 基本用途脂肪、樹脂和碘等的溶劑。測定礦物折射指數。有機合成。光學純溶劑。高壓液相色譜溶劑、用作合成染料、醫藥、農藥、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。氯苯作為一種重要的

17、基本有機合成原料，在生產上應用廣泛，由苯液相氯化法制得的氯苯中含有一定量的苯，本設計為一連續精餾塔，用來分離易揮發的苯和不易揮發的氯苯。1.3 精餾原理精餾是分離液體混合物最常用一種作，在化工、煉油等工業中應用很廣。它通過汽、液兩相的直接接觸，利用組分揮發度的不同，使易揮發組分由液相向汽相傳遞，難揮發的由汽相向液相傳遞，是汽、液兩相之間的傳質過程。 精餾過程中，料液自塔的中部某適當的位置連續地加入塔內，塔頂設有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂，稱為回流液，其余作為塔頂產品（餾出液）連續排出。在塔內上半部（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傳遞。塔底部裝有

18、再沸器（蒸餾釜）以加熱液體產生蒸汽，蒸汽沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進行物質傳遞，塔底連續排出部分液體作為塔底產品。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。 精餾用于比較難分離的體系，用普通的精餾不能分離的體系則可用特殊的精餾。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，增大組分間的相對揮發度，達到有效分離的目的。1.4 塔設備概述塔設備是化工、石油化工和煉油等生產中最重要的設備之一,他可以使氣(或汽)液或液液兩相緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。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品產量、質量、生產能力

19、和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等各方面都有重大影響。塔設備中常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業氣體的冷卻和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕和減濕等。最常見的塔設備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質效率。此外，為滿足工業生產的需要，塔設備還必須滿足以下要求： 生產能力大：即單位塔截面可以通過較大的汽、液兩相流率，不會產生液泛等不正常的流動；效率高：汽、液兩相在塔內流動時能保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或較大的傳質速率；流動阻力小：流體通過塔設備的阻力降小，可以節省動力

20、費用，在減壓作時易于達到所要求的真空度；有一定的作彈性：當汽、液相流率有一定波動時，兩相均能維持正常的流動，且不會使效率產生較大的變化；結構簡單，造價低，安裝檢修方便；能滿足物系某些工藝特性，如腐蝕性、熱敏性、起泡性等特殊要求。 第2章 苯-氯苯分離精餾2.1 工藝流程連續精餾裝置流程如圖2-1所示圖2-1 連續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。因為被加熱到泡點，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物

21、被降溫到露點冷凝成液體，其中部分進入到塔頂產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。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。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。最終，完成苯與氯苯的分離。2.2設備選型 塔設備的選型實現精餾過程的主體設備主要有填料塔和板式塔。填料塔屬于微分接觸型的氣液傳質設備。塔內以填料作為氣液接觸和傳質的基本構件。液體在填料表面呈膜狀自上而下流動，氣體呈連續相自下而上與液體作逆流流動，并進行氣液兩相間的傳質和

22、傳熱。兩相的組分濃度或溫度沿塔高呈連續變化。板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質設備。塔內以塔板作為基本構件，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與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。填料塔與板式塔的主要區別見表2-1。表2-1 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，而大尺寸填料及規整填料則氣速可較大較大塔效率傳統的填料，效率較低，而新型亂堆及規整填料則塔效率較高較穩定、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金屬及非金屬材料均可一般

23、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定、效率高、安裝檢修方便及造價低等優點，本設計選用板式塔。 塔板的類型與選擇塔板是板式塔的主要構件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類，工業應用以錯流式塔板為主，常用的錯流式塔板主要有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等。其中泡罩塔是工業上應用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。它的優點是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩定可靠。其缺點是結構復雜，造價高；板上液層厚，塔板壓降大，生產效率及板效率較低。篩孔塔板簡稱篩板，結構特點為塔板上開有許多均勻的小孔。篩板的特點是結構簡單，造價低；板上液面

24、落差小，氣體壓強低，生產能力較大；氣體分散均勻，傳質效率較高。其缺點是篩孔易堵塞不宜處理易結焦、粘度大的物料。浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎上發展起來的。其結構特點是在塔板上開有若干閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。它的優點是結構簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產能力大，操作彈性大及塔板效率高等優點，且加工方便，故有關浮閥塔板的研究開發較其他幾種塔型的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發的主要方向。常用板式塔的性能比較見表2-2。表2-2 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1.0

25、良超45801.0優浮閥塔1.3優超45600.7良篩板塔1.3優良30500.7優由表2-2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，因此本設計選用篩板塔，其特點如下：結構簡單、制造維修方便；生產能力大，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。根據介質的性質，本設計選用的是篩板塔。2.3 操作條件的選擇本設計的題目設計一座苯-氯苯連續精餾裝置,即需設計一個連續精餾塔用來分離易揮發的苯和不易揮發的氯苯，具體工藝

26、參數如下：處理量：26000噸/年料液組成（含氯苯）：35產品組成（氯苯純度）：99.5塔頂產品組成（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：0.5MPa（表壓)單板壓降：0.7KPa全塔效率： ET=54%塔板類型篩板生產廠址：海南洋浦工業開發區設備年工作時間：300天（每天24小時連續運行）水電供給：水源充足，供電正常第3章 工藝計算3.1 全塔的物料衡算 料液及塔頂底產品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對摩爾質量分別為78.11 kg/kmol和112.61kg/kmol。 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量 原料液及塔頂底產品的摩爾流率依題給條

27、件：一年以300天，一天以24小時計，有：W26000t/a3611kg/h，全塔物料衡算： FDW0.35F0.02D0.995WF10669kg/h F1066987.49121.9kmol/hD7058kg/h D705878.594kmol/hW3611kg/h W3611112.432.13kmol/h3.2 塔板數的確定 理論塔板數的求取 苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級圖解法（MT法）求取，步驟如下：1.根據苯-氯苯的相平衡數據，利用泡點方程和露點方程求取依據，將所得計算結果列表如下： 表-1 相關數據計算溫度，（）8090100110120130131.8苯76010251

28、3501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y10.9130.7850.6140.3760.0710本題中，塔內壓力接近常壓（實際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數據，因為操作壓力偏離常壓很小，所以其對平衡關系的影響完全可以忽略。繪出t-x-y圖（圖3-1） 苯-氯苯混合液的t-x-y圖（圖3-1）2.確定操作的回流比R采用作圖法求最小回流比。在圖-1中對角線上，自點e（0.7281，0.7281）作垂線ef即為進料線（q線），該線與平衡線的交點坐標為ye=0.9350 xe=

29、0.7281故最小回流比為考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實際操作的回流比為最小回流比的2倍，即：求精餾塔的汽、液相負荷: 精餾段：L=RD=0.493089.81=44.28kmol/hV=(R+1)D=(0.4930+1)89.81=134.1kmol/h提餾段：L=44.28+121.9=166.2kmol/hV=V=134.1kmol/h4.求操作線方程精餾段操作線：提餾段操作線：提餾段操作線為過和(0.7281,0)兩點的直線。5.圖解法求理論板層數采用圖解法求理論板層數，如圖3-2所示。苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數的圖解（圖3-2）求解結果為塊（不含釜）。其中，精餾段塊，提餾

30、段塊，第4塊為加料板位置。 實際塔板數（根據老師給的全塔效率=0.54） 實際塔板數（近似取兩段效率相同） 精餾段：塊，取塊 提餾段：塊，取塊 總塔板數塊。3.3 塔的精餾段操作工藝條件及相關物性數據的計算平均壓強取每層塔板壓降為0.7kPa計算。塔頂：加料板：塔底：精餾段平均壓強：提餾段平均壓強： 平均溫度依據操作壓力，由泡點方程通過試差法，計算出泡點溫度，其中苯、氯苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結果如下：塔頂溫度80加料板溫度88。塔底溫度131。精餾段平均溫度：。提餾段平均溫度：。 平均分子量塔頂： ，（查相平衡圖）加料板：，（查相平衡圖） 塔底： ,精餾段：提餾段：T2=109.

31、5液相組成：氣相組成： 平均密度1.液相平均密度 表3-2 組分的液相密度（kg/m3）溫度，（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下式計算苯 ： 推薦：氯苯 ： 推薦：式中的t為溫度，塔頂：進料板： 塔底： 精餾段：液相密度 氣相密度提餾段：液相密度汽相平均密度 液體的平均表面張力附： 表3-3 組分的表面張力（mN/m）溫度，（）8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4雙組分混合液體的表

32、面張力可按下式計算：由 用試差法計算出該溫度下兩組分的表面張力為塔頂：；（80）進料板：； （88） 精餾段： 提餾段的計算方法與此類似，故省略。 液體的平均粘度塔頂：查化工原理附錄11，在80下有： 加料板： 精餾段： 氣、液負相體積流量負荷計算 精餾段：氣相摩爾流率：氣相體積流量：氣相體積流量：液相回流摩爾流率：液相體積流量：液相體積流量:提餾段：氣相摩爾流率：V=V=134.1kmol/h氣相體積流量：氣相體積流量：液相回流摩爾流率：L=44.28+121.9=166.2kmol/h液相體積流量：液相體積流量:3.4 塔和塔板主要工藝結構尺寸的計算 塔徑1.初選塔板間距及板上液層高度，則

33、：按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）查Smith關聯圖，見圖3-3，得C20=0.07850圖3-3 Smith 關聯圖負荷因子泛點氣速：m/s 3.取安全系數為0.7，則空塔氣速為 4.精餾段的塔徑圓整取，此時的操作氣速。塔截面積為:實際空塔氣速為： 精餾塔有效高度 精餾段有效高度為： 提餾段有效高度為： 在進料板上方開一人孔，其高度為800mm故精餾塔的高度為：4.95+2.25+0.8=8m3.5 塔板工藝結構尺寸的設計與計算 溢流裝置因塔徑D=1.2m2m時，可達100mm。安定區寬度：規定m時mm；m時mm；本設計取m，m。 （2）開孔區面積式中： 篩孔計算及其排列取篩孔

34、的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的篩孔數（孔）每層塔板的開孔率（應在515%，故滿足要求）每層塔板的開孔面積氣體通過篩孔的氣速3.6 篩板的流體力學驗算 塔板壓降 (1)由查圖5-10得=0.7720 (2)氣體通過液層的阻力由下式計算 m/s 查表5-11，得=0.5750. （3）液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產生的阻力 由下式計算氣體通過每層塔板的液柱高度為氣體通過每層塔板的壓降為（滿足工藝要求） 液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且本案例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 液沫夾帶式中：=2.50.06=0.15m在本設計中液沫夾帶

35、量在允許范圍中。 漏液漏液點的氣速實際孔速=12.77m/s篩板的穩定性系數故在本設計中無明顯漏液 液泛為防止降液管發生液泛，應使降液管中的清液層高度苯氯苯物系屬于一般物系，取=0.5而板上不設進口堰，則成立，故在本設計中不會產生液泛現象。3.7 塔板負荷性能圖3.7.1 精餾段塔板負荷性能圖1. 液沫夾帶線以氣為限，求關系如下 （3-1）式中：將已知數據代入式（7-1） （3-2）在操作范圍內，任取幾個值，依式（3-2）算出對應的值列于下表：表3-4 精餾段液沫夾帶線0.00050.0050.010.0150.023.1382.6812.3382.0511.795由上表數據即可作出液沫夾帶線

36、1。2. 液泛線令 由 聯立 得 忽略，將與,與，與的關系式代入上式，并整理得 式中 將有關的數據代入，得 在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于表3-5。表3-5 精餾段液泛線數據0.00050.005 0.008 0.01 0.0111.909 1.562 1.211 0.8352 0.5241由上表數據即可作出液泛線2。3. 液相負荷上限以作為液體在降液管中停留時間的下限，得故 據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線3。4. 漏液線=6.211m/s （3-3）整理得 （3-4）在操作范圍內，任取幾個LS值，依上式計算出值，計算結果列于表3-6。表3-6 精餾段漏液

37、線數據0.00050.0010.010.0150.020.52480.53530.62950.66300.6916由上表數據即可作出漏液線。5. 液相負荷下限線對于平直堰，去堰上液層高度作為最小液體負荷標準。取E=1.25則據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線5。根據以上各線方程，可作出精餾段篩板負荷性能圖，如圖3-4所示 精餾段篩板負荷性能圖（圖3-4）在圖3上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由圖看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖3-6查得 QUOTE 1.815m3/s QUOTE 0.545m3/s故操作彈性為篩板塔工藝設計結算結果見表表3-7 篩板塔

38、設計計算結果序號項目精餾段1平均溫度 tm 842平均壓力 Pm kPa107.43氣相流量 Vs m3/s1.0304液相流量 Ls m3/s0.0012175實際塔板數186塔徑 m1.27板間距 m0.458溢流形式單溢流9降液管形式弓形10堰長 m0.7211堰高 m0.0481712板上液層高度 m0.0613堰上液層高度 m0.0118314降液管底隙高度 m0.0211215安定區寬度 m0.07516邊緣區寬度 m0.04517開孔區面積 m20.798418篩孔直徑 m0.00519篩孔數目409820孔中心距 m0.01521開孔率 10.022空塔氣速 m/s0.9548

39、23篩孔氣速 m/s12.7724穩定系數2.05625精餾段每層塔板壓降 kPa70026負荷上限液泛控制27負荷下限漏液控制28液沫夾帶 ev (0.1kg液/kg氣)0.0111929氣相負荷上限 m3/s1.81530氣相負荷下限 m3/s0.545031操作彈性3.3003.8 塔附件的設計. 接管進料管進料管的種類很多，有直管進料管、彎管進料管、T形進料管。本設計采用直管進料管采取如下公式計算：D=，本設計取=0.8,(kg/m3） 根據常用管道查表應選取。（2）回流管,本設計取,則 根據常用管道查表應選取。塔釜出料管(-4)m/s,本設計取。則：=37.34mm。根據常用管道查表

40、應選取。塔頂蒸氣出料管采用直管出料管,常壓操作時，出料管內氣體的適宜速度為：12-20m/s,本設計取20，則：根據常用管道查表應選取。塔釜進氣管采用直管進氣管,常壓操作時，進氣管內氣體的適宜速度為：12-20m/s,本設計取20，則：根據常用管道查表應選取。3.8.2 裙座 塔底采用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處生產的局部阻力小，所以它是塔設備主要的支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內徑大于800mm，所以裙座壁厚取16mm。基礎環內經：基礎環外經： 圓整：1600mm,；基礎環系厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m。 人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔

41、的唯一通道，人孔的設置應便于進入任何一層塔板，由于設置人空處塔板間距較大，且人孔設備過多會使制造時塔體的彎曲度難于達到要求，一般三每隔6-8塊板取一人孔。本設計共18塊板需設三個人孔，每個孔直徑為450mm，設置人孔處，孔板間距為600mm，裙座上應開2個人孔，直徑為450mm。人孔伸入塔內部應與塔內壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓。 塔總體高度的設計 （1）塔頂空間高度的計算塔頂空間指塔內最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應大于板間距，通常取為（1.4-2.0）。如果塔體安裝了除沫器，則應根據除沫器的安裝要求確定塔頂空間。本設計沒有安裝除沫器，則選=2=900mm=0

42、.9m。 （2）塔底空間塔底空間指塔內最下層塔板到塔底間距。其值由如下因素決定：塔底儲液空間依儲存液量停留38min（易結焦物料可縮短停留時間）而定；再沸器的安裝方式及安裝高度；塔底液面至最下層塔板之間要留有12m的間距。取儲存液量停留時間t=5min則塔底空間高度 m 取=1.8m。(3)塔體高度總結通過這次對精餾塔的設計，我們才發現要想得到比較理想的結果，回流比的確定特別關鍵，回流比是表征精餾操作的一個重要控制參數，回流比的數值的大小影響著精餾操作的分離效果與能耗。第四章 換熱器的設計4.1熱量衡算原料預熱的熱量衡算 原料從25預熱至88，溫度變化為：在定性溫度:下， 查得苯的比熱為: k

43、j/(kg） 查得氯苯的比熱為: kj/(kg） 混合比熱為： (kg） 理論上所需的熱量為：考慮到熱量損失， 根據經驗取Q= 1.2Q總1=1.21.119106=1.3428106kJ/h塔頂苯的熱量衡算考慮到塔頂氯苯極少，則按純苯計算1.冷凝階段 查表得苯的潛熱為： =393.9kJ/kg 苯的相對分子質量： 則塔頂苯蒸氣冷凝放出的熱量為： 2.冷卻階段液體苯從80冷卻至50，溫度變化為 按定性溫度為時，查得苯的比熱為所以冷卻放出的熱量為： 再沸器的熱量衡算因為釜底苯含量極少，幾乎全為氯苯，所以按純氯苯計算氯苯的潛熱 放出的熱量為考慮到熱量損失 取表3-8 熱量計算匯總表熱負荷 單位項

44、目KJ/hW預 熱塔頂冷凝 塔頂冷卻 再沸器 4.2換熱器（冷卻器）的計算 換熱器選用固定管板式換熱器，規格。由于冷卻水容易結垢，為了方便水垢容易清洗，冷卻水走管程，苯走殼程。塔頂苯的設計確定物性數據（1）苯在定性溫度下的物性數據 密度： 定壓比熱容： 導熱系數： 黏度； s水在定性溫度下的物性數據密度： 定壓比熱容： 導熱系數： 黏度： （2.）熱負荷計算忽略熱損失，冷卻水用量計算平均溫度差 苯 80 50 冷卻水 40 30 40 20計算 R ，P查得，因為0.8，選用單殼程可行。估算傳熱面積參照化工原理上冊附錄 取，則工藝結構尺寸由于兩流體溫度差小于50，選用固定管板式換熱器。由固定管板式換熱 器的系列標準，初選換熱器型號為G325 = 2 * ROMAN II1.69.1。主要參數