苯-氯苯连续精馏塔设计
学号：
HEBEI UNITED UNIVERSITY
毕业设计说明书
G RADUATE D ESIGN
设计题目：10000t/a苯-氯苯连续精馏塔设计
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摘要
摘要
氯苯作为一种重要的基本有机合成原料，在生产上应用广泛。本设计为一连续精馏塔，用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯。本设计选用了效率、经济、安全等各个方面综合性能较好的内件产品，采用了板式精馏塔，塔板选用筛板。筛板塔结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压强低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。本设计主要完成了工艺计算和设备设计两方面的内容。工艺计算确定塔径为0.6m，塔总高度为8.266m。设备设计部分，确定筒体材料为16MnR，筒体名义厚度为8mm。标准椭圆型封头，公称直径为600mm，曲面高度175mm，直边高度为25mm，厚度为8mm；液体和气体进出口接管法兰都选用标准为HG20593-97的突面（RF）型板式平焊钢管制法兰(PL)；丝网除沫器选用SP型过滤网；本设计选用的是圆筒形裙座，直径为600mm。最后进行了筒体和封头的强度和稳定性计算，各手孔和接管的开孔补强计算。筒体的强度和稳定性以及水压试验的校核，通过校核，确定本设计的塔体壁厚、高度等在设计压力下均符合要求。
关键词：氯苯；精馏；筛板塔
Abstract
Chlorobenzene as an important basic organic synthesis raw material, widely used in production. The design for a continuous distillation, used for the separation of volatile benzene and less volatile chlorobenzene. The design chooses the integrated product of good synthesized function with efficiency, economic, security and other aspects .It will be better that choosing rectifying tray Tower and sieve as tray. The sieve tower has mang advantages such as simple structure and low price, besides liquid drop on the surface of plate is small. It has a low pressure, but a larger capacity of production. At last gas in tower spreads evenly with a higher efficiency of mass transfer. The design completes the process calculation which defines that the tower diameter is 600mm and the overall height is 8.266m, and equipment design which defines that the material of the barrel is 16MnR and the nominal thickness is 8mm. The design selected the standard elliptic heads whose diameter is 600mm, surface height is 175mm, and straight flange height is 25mm. The piping flanges of import and export of liquid and gas are all used the RFPF according to HG 20593-97.The wire mesh demister selects the SP filter screen. This design uses a cylindrical skirt, diameter of 600mm. The cylinder and the head strength and stability calculation, the hand hole and over the opening Buqiang calculation. Cylinder intensity and stability as well as hydrostatic test check, by check, determine the design of the wall thickness of the tower body, height under pressure to meet the requirements in design. Keywords: chlorobenzene, distillation, plate column
目录
第1章绪论 (1)
1.1 精馏塔国内外发展状况及现状 (1)
1.2 课题来源 (1)
1.3 精馏原理 (1)
1.4 塔设备概述 (2)
1.5 氯苯简介 (2)
第2章苯-氯苯分离精馏 (4)
2.1 工艺流程 (4)
2.2 设备选型 (4)
2.2.1 塔设备的选型 (5)
2.2.2 塔板的类型与选择 (5)
2.3 操作条件的选择 (6)
第3章工艺计算 (8)
3.1 计算准备 (8)
3.2 精馏塔的物料衡算 (8)
3.2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8)
3.2.2 原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (8)
3.2.3 物料衡算 (8)
3.3 塔板数的确定 (9)
3.3.1 理论板层数NT的求取 (9)
3.3.2 实际板层数的求取 (10)
3.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (11)
3.4.1 操作压力计算 (11)
3.4.2 操作温度计算 (11)
3.4.3 平均摩尔质量计算 (12)
3.4.4 平均密度计算 (12)
3.4.5 液体平均表面张力计算 (14)
3.4.6 液体平均粘度计算 (14)
3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 (15)
3.5.1 塔径的计算 (15)
3.5.2 精馏塔有效高度计算 (18)
3.6 塔板主要工艺尺寸的计算 (18)
3.6.1 溢流装置计算 (18)
3.6.2 塔板布置 (21)
3.7 筛板的流体力学验算 (23)
3.7.1 塔板压降 (23)
3.7.2 液面落差 (25)
3.7.3 液沫夹带 (25)
3.7.4 漏液 (26)
3.7.5 液泛 (27)
3.8 塔板负荷性能图 (27)
3.8.1 精馏段塔板负荷性能图 (27)
3.8.2 提馏段塔板负荷性能图 (31)
第4章筒体设计 (36)
4.1 材料选择 (36)
4.1.1 材料选择依据 (36)
4.1.2 材料选择 (37)
4.2 结构形式 (37)
4.3 筒体厚度确定 (37)
4.3.1 计算准备 (37)
4.3.2 筒体厚度 (38)
第5章封头设计 (39)
5.1 封头形式选择 (39)
5.1.1 常见封头型式 (39)
5.2 封头计算 (39)
5.2.1 封头材料 (40)
5.2.2 封头厚度的计算 (40)
第6章开孔设计 (42)
6.1 手孔的选择 (42)
6.2 管道内径计算分析 (42)
6.2.1 进料管计算 (42)
6.2.2 塔顶蒸汽出口管计算 (43)
6.2.3 回流管计算 (43)
6.2.4 釜液出口管计算 (43)
6.2.5 气体进口管计算 (44)
6.3 管道法兰选择 (44)
第7章开孔补强 (45)
7.1 补强结构的选择 (45)
7.2 补强计算 (45)
7.2.1 开孔所需补强面积 (45)
7.2.2 有效补强范围 (46)
第8章裙座的选择 (48)
第9章辅助装置及附件 (49)
9.1 除沫器 (49)
9.1.1 操作气速的计算 (49)
9.1.2 直径DN的计算 (49)
9.2 梯子手柄 (50)
9.3 操作平台与梯子 (50)
9.4 吊柱 (50)
第10章压力试验 (51)
10.1 试验目的 (51)
10.2 试验压力 (51)
10.3 校核试验时圆筒的薄膜应力 (51)
第11章塔设备载荷计算 (53)
11.1 质量载荷 (53)
(53)
11.1.1 筒体圆筒、封头、裙座质量m
01
(53)
11.1.2 塔内构件质量m
02
11.1.3 保温层质量m
(53)
03
(53)
11.1.4 平台、扶梯质量m
04
11.1.5 操作时物料质量m
(53)
05
(54)
11.1.6 附件质量m
a
11.1.7 冲水质量m
(54)
w
11.1.8 偏心质量m
(54)
e
11.1.9 各种质量载荷： (54)
11.2 风载荷和风弯矩 (54)
11.2.1.1 风载荷计算示例 (54)
11.2.1.2 各段塔风载荷计算结果 (54)
11.2.2 风弯矩计算 (55)
11.2.3 地震弯矩计算 (55)
11.2.4 各种载荷引起的轴向应力 (56)
11.3 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (57)
11.4 塔设备结构上的设计 (59)
11.4.1基础环设计 (59)
11.4.2地脚螺栓计算 (60)
结论 (61)
致谢 (62)
参考文献 (63)
第1章绪论
1.1 精馏塔国内外发展状况及现状
气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。
在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费还是所有消耗的钢材重量，在整个过程装备中所占的比例都相当高，表1.1所示为几个典型的实例。[4]
图1.1 塔设备的投资及重量在过程设备中所占得比例
装置名称塔设备投资的比例% 装置名称塔设备投资的比
例%
化工及石油化工25.4 60万t，120万t/a
催化裂化
48.9
煤油及煤化工34.85 30万t/a乙烯25.3 化纤44.9 4.5万t/a丁二烯54
1.2 课题来源
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。根据实际生产的需要,模拟了满足生产需求的设计题目。
1.3 精馏原理
精馏是分离液体混合物最常用一种作，在化工、炼油等工业中应用很广。它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发的由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。
精馏过程中，料液自塔的中部某适当的位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）连续排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。塔的上半部分（加料位置以上）称为精馏段，塔的下半部分包括再沸器（蒸馏釜）称为提馏段。
精馏用于比较难分离的体系，用普通的精馏不能分离的体系则可用特殊的精馏。特殊精馏是在物系中加入第三组分，改变被分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。
1.4 塔设备概述
塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一,他可以使气(或汽)液或液液两相紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。
塔设备中常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却和回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等。
最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：
●生产能力大：即单位塔截面可以通过较大的汽、液两相流率，不会产生液泛
等不正常的流动；
●效率高：汽、液两相在塔内流动时能保持充分的密切接触，具有较高的塔板
效率或较大的传质速率；
●流动阻力小：流体通过塔设备的阻力降小，可以节省动力费用，在减压作时
易于达到所要求的真空度；
●有一定的作弹性：当汽、液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，
且不会使效率产生较大的变化；
●结构简单，造价低，安装检修方便；
●能满足物系某些工艺特性，如腐蚀性、热敏性、起泡性等特殊要求[2]。
1.5 氯苯简介
氯苯是无色透明易挥发的液体，有苦杏仁味。熔点-45.6℃，沸点131.6℃，相对密度1.107（20/4℃），折光率1.5248，闪点23℃，自燃点637.78℃，易燃。在空气中爆炸极限为1.83～9.23%（体积）。不溶于水，易溶于醇、醚、苯和氯仿等。有毒，毒性中等。
氯苯是一种重要的基本有机合成原料，用作染料、医药、农药、有机合成中间体。用于制造苯酚、硝基氯苯、二硝基氯苯、苯胺、硝基酚及杀虫剂滴滴涕等，也用作乙基纤维素和许多树脂的溶剂。氯苯的下游产品中，硝基氯化苯是氯苯的主要消费用户，对硝基氯化苯是重要的染料、农药、医药的中间体。以对硝基氯化苯为原料可以生产对硝基苯酚、对硝基苯胺、对氨基苯酚、对苯二胺、对氨基苯甲醚和对氨基苯乙醚等一系列有机化工产品。但由于用苯氯化法制氯苯后，苯和氯苯互溶，因此需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯。
近年来，氯苯衍生物系列产品在染料、医药、助剂、农药等行业中应用不断拓展。且近两年氯化苯国内产能也稳步增长，行业地位不断加强，位居世界生产大国地位。据行业数据统计，国内目前供需仍保持平衡，且总产能仍略低于下游总需求(下游实际生产满负荷开工前提下)，并没出现产能过剩的现象。由于当前国内受宏观经济环境及行业环保治理等因素影响，市场反映出相对过剩现象，但是产品短期的相对过剩并不代表行业今后的发展趋势。作为氯化苯的上游产品焦化苯在国际市场已有获利空间，未来焦化苯的出口增加，将形成对氯苯行业的有效支撑。并且据各外贸企业反馈的信息显示，氯苯出口也有进一步增长趋势。因此，氯苯行业基础稳固，市场经整理后将逐渐企稳向好。
第2章苯-氯苯分离精馏
2.1 工艺流程
连续精馏装置流程如图2.1所示
图2.1连续精馏装置流程图
首先，苯和氯苯的原料在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的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，这个过程就叫做回流。液相混合物就从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。
2.2 设备选型
2.2.1 塔设备的选型
实现精馏过程的主体设备主要有填料塔和板式塔。
填料塔属于微分接触型的气液传质设备。塔内以填料作为气液接触和传质的基本构件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相间的传质和传热。两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。
板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡活喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。
填料塔与板式塔的主要区别见表2.1所示。
表2.1 填料塔与板式塔的比较
填料塔板式塔压降
小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料
及规整填料，则压降较小
较大空塔气速
小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料
及规整填料则气速可较大
较大
塔效率
传统的填料，效率较低，而新型乱堆
及规整填料则塔效率较高较稳定、效率较高
液-气比对液体量有一定要求较大
持液量较小较大
安装、检修较难较容易材质金属及非金属材料均可一般用金属材料
造价新型填料，投资较大大直径时造价较低综合考虑上表各项，板式塔由于比填料塔性能稳定、效率高、安装检修方便及造价低等优点，本设计选用板式塔。[3]
2.2.2 塔板的类型与选择
塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业应用以错流式塔板为主，常用的错流式塔板主要有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等。
其中泡罩塔是工业上应用最早的塔板，其主要元件为升气管及泡罩。它的优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料，操作稳定可靠。其缺
点是结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大，生产效率及板效率较低。
筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。筛板的特点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压强低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞不宜处理易结焦、粘度大的物料。
浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的。其结构特点是在塔板上开有若干阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。它的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发较其他几种塔型的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向。
常用板式塔的性能比较见表2.2所示。
表2.2 板式塔性能的比较
塔型与泡罩塔相
比的相对气
相负荷
效率操作弹性
85%最大负荷时的单
板压降/mm（水柱）
与泡罩塔相比的
相对价格
可靠性
泡罩塔 1.0 良超45～80 1.0 优
浮阀塔 1.3 优超45～60 0.7 良
筛板塔 1.3 优良30～50 0.7 优由表2.2看出，筛板塔在相对气液相负荷、效率、可靠性以及价格方面都较其他两种塔优，因此本设计选用筛板塔，其特点如下：
●结构简单、制造维修方便；
●生产能力大，比浮阀塔还高；
●塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏；
●塔板效率较高，但比浮阀塔稍低；
●合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔；
●小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。
根据介质的性质，本设计选用的是筛板塔。
2.3 操作条件的选择
本设计的题目是苯-氯苯分离精馏塔设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯，采用连续操作方式，具体工艺参数如下：
处理量：10000吨/年
料液组成（含氯苯）：42％
产品组成（氯苯纯度）：98％
塔顶产品组成（含氯苯）：≤2.5％
操作压力：塔顶压强4KPa(表压)
进料热状况和回流比自选
塔底加热蒸气压力：0.5MPa（表压)
单板压降：≤0.7KPa
地震裂度：7度
土质情况：第二类场地土
当地气压=100kPa
设备年工作时间：300天（每天24小时连续运行）水电供给：水源充足，供电正常
第3章 工艺计算
3.1 计算准备
对于年产1万吨的氯苯精馏塔以每小时为计算基准：
已知每天24小时不停工，年工作时间为300天（其中大修20天，中修10天，小修及事故处理5天），所以整个车间的单位时间处理能力为：
h kg F /89.138824
3001000
10000=??=
3.2 精馏塔的物料衡算
3.2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量
ol 78.11kg/km =M
A 氯苯的摩尔质量 mol 112.56kg/k =M
B
014.056
.11298.011.7802
.011.7802
.0983.056.112025.011.78975.011.78975
.0666.056.11242.011.7858.011.7858
.0=+==+==+
=
x x x
W D F
3.2.2 原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
()()()kmol
kg kmol kg kmol kg M
M M
W
D F /56.11156.112029.0111.78029.0/70.7856.112983.0111.78983.0/62.8956.112666.0111.78666.0=?-+?==?-+?==?-+?= 3.2.3 物料衡算
原料处理量 h k m o l F /50.1562
.8989
.1388==
总物料恒算 W D 94.29+=
苯物料恒算 W D 017.0983.0666.050.15+=? 联立解得 h k m o l D /41.10=
h k m o l W /
09.5=
3.3 塔板数的确定
3.3.1 理论板层数NT 的求取
1、苯—氯苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数[1]。
查得苯-氯苯的气液平衡数据，如表3.1所示，绘出x —y 图，见图3.1所示。
表3.1 苯-氯苯的气液平衡数据
温度℃ x
A
y
A
80.1 1 1 85 0.818 0.957 90 0.678 0.911 95 0.543 0.847 100 0.440 0.782 105 0.276 0.665 110 0.185 0.563 115 0.131 0.455 120 0.0879 0.343 125
0.0454 0.200 130 0.0115 0.0567 131.75
2、求最小回流比及操作回流比
采用作图法求最小回流比。在图3.1中对角线上，自点e （0.666，0.666）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为：
890.0=y
q
，666.0=x q
图3.1 图解法求理论板层数
故最小回流比为：
42.0666
.0890.0890
.0983.0min
=--=
-
-=x
y y x R q
q
q
D
（式3.1） 取操作回流比为：
84.042.022min =?==R R （式3.2） 3、求精馏塔的气、液相负荷
()()h
kmol V V h kmol F L L h
kmol D R V h
kmol RD L /15.19/89.2715.1974.8/15.1941.10184.01/74.841.1084.0=='=+=+='=?+=+==?==
4、求操作线方程 精馏段操作线方程为：
534.0456.0983.015
.1941.1015.1974.8+=?+=
+=
x x V
D x V L y x D
（式3.3） 提馏段操作线方程为：
013.0456.1029.015
.1974
.815.1989.27-'=?-'='-'''=
'x x V W x V L y x W （式3.4） 5、图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数，如图3.1所示。求解结果为： 总理论板层数 10=N T 进料板位置 5=N F
3.3.2 实际板层数的求取
1、全塔效率
依式：μm T E lg 616.017.0-=，根据塔顶、塔底液相组成查t-x-y 图，求得塔平均温度为：
C 925.1052
10
.8075.131=+，
由表 3.5 所示及内插知该温度下苯和氯苯的粘度为：
9.105120100
9.105-215.0255.0---=μ
μ
苯
苯
∴ s m Pa ?=243.0μ苯
9.105-120100
-9.105-313.0363.0-=μ
μ
氯苯
氯苯
∴ s a m 348.0?=P μ氯苯
该温度下进料液相平均粘度为：
()()s Pa x x F F
m
?=?+?=+?=
m 278.0348.0666.0-1243.0666.0-1μ
μ
μ
氯苯
苯
则 %51512.0278.0lg 616.017.0lg 616.017.0m
≈=-=-=μE T
2. 实际塔板数N 精馏段：()层精88.751
.04
≈==
N 提馏段：()层提108.951.05≈==
N 故实际塔板数：()层18108=+=N
3.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
3.4.1 操作压力计算
塔顶操作压力
k P a
P
D
1044100=+= 每层塔板压降 kPa P 7.0=?
进料板压力 k P a P
F
6.1098
7.0104=?+= 塔底压力 k P a
P
W
6.11610
7.06.109=?+= 精馏段平均压力 k P a P m
8.10626
.109104=+=精 提馏段平均压力
k P a P m 1.1132
6
.1096.116=+=
提
3.4.2 操作温度计算
表3.2 苯-氯苯安托尼常数
安托尼系数
A B C 苯 15.9008 2788.51 -52.36 氯苯
16.0676
3295.12
-55.60
苯-氯苯安托尼常数[6]如表3.2所示。
根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得
塔顶温度 C t D
5.82= 进料板温度
C t
F
95= 塔底温度 C t
W
135=
精馏段平均温度
C t t t F D
m 75.882
95
5.822
=+=
+=精
提馏段平均温度
C t t t W F
m 1152
135
952
=+=
+=提 3.4.3 平均摩尔质量计算
1、塔顶平均摩尔质量计算 由983.01
==
y
x D ，查平衡曲线，见图3.1所示，得：1x =0.935
()kmol kg M
VD m
/70.7856.112983.0111.78983.0=?-+?=
kmol kg M LD m /35.8056.112)935.01(11.78935.0=?-+?=
2、进料板平均摩尔质量计算 查平衡曲线，见图3.1所示，得：
0.878F y =，666.0=x F
0.87878.11(10.878)112.5682.31/VFm M kg kmol =?+-?=
()kmol kg M
LFm
/62.8956.112666.0111.78666.0=?-+?=
3、塔底平均摩尔质量计算 查平衡曲线，见图3.1所示，得：
092.01=y ，029.01==W x x
kmol kg M VWm /39.10956.112)092.01(11.78092.0=?-+?= kmol kg M LWm /56.11156.112)029.01(11.78029.0=?-+?=
4、精馏段平均摩尔质量
()kmol kg M Vm /50.802
31
.827.78+=精 ()kmol kg M Lm /985.84262
.8935.80=+=
精
5、提馏段平均摩尔质量
()kmol kg M Vm /85.952
31
.8239.109=+=提
()kmol kg M Lm /59.1002
62
.8956.111=+=
提
3.4.4 平均密度计算
1、气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即：
()()
()
m T M P kg R m Vm m
Vm 3
/86.215.27375.88314.85.808.106=+??=
=
精
精精
ρ
（式3.7）
()()
(
)
()
m T M P kg R m Vm m
Vm 3
/36.315.273115314.885.951.113=+??=
=提提提
ρ
（式3.8）
2、液相平均密度计算
液相平均密度依式3.9计算，即：
1//Lm i i ρρ=α∑ （式3.9） （1）塔顶液相平均密度的计算
由D t =82.5C ?=355.65K ，查《化学化工物性数据手册》得：
3812.5/A kg m ρ=，31039.7/B kg m ρ=，故
m kg LDm
3
/96.8167
.1039025.05.812975.01=+=
ρ
（2）进料板液相平均密度的计算 由F t =95C ?=368K ，查《化学化工物性数据手册》得：
3792.1/A kg m ρ=，31019.7/B kg m ρ=
进料板液相的质量分率
()58.056
.112666.0111.78666.011
.78666.0=?-+??=
αA
()m kg LFm
3
/04.8747
.101958.011.79258.01-+=
ρ
（3）塔底液相平均密度的计算
由W t =135C ?=408.15K ，查《化学化工物性数据手册》得：
3750.4/A kg m ρ=，3979.4/B kg m ρ=，故
()m kg LWm
3
/46.9734
.97902.014.75002.01=-+=
ρ
精馏段液相平均密度为：
()
m kg Lm 3
/5.845204.87496.816=+=
ρ精
提馏段液相平均密度为：
()
m kg Lm 3
/48.9092
46.9735.845=+=
ρ
提
苯-甲苯精馏塔课程设计报告书
课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 摘要：精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工﹑炼油﹑石油化工等工业中得到广泛的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图 一、简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯 苯氯苯板式精馏塔工艺设计说明书 1 2020年5月29日 苯-氯苯板式精馏塔工艺设计设计说明书 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 一、设计题目 试设计一座苯—氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯60000吨,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%(以上均为质量%)。 二、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,2R min; 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。 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.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 文档仅供参考 1 2020年5月29日 1.组分的饱和蒸汽压οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、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: 38 .01238.01 2??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 化工原理课程设计 设计题目:苯-甲苯体系板式精馏塔设计 化工原理课程设计任务书 ?设计任务 分离含苯35% ，甲苯65%的二元均相混合液，要求所得单体溶液的浓度不低于97% 。（以上均为质量分率） 物料处理量：20000吨/年。（按300天/年计） 物料温度为常温（可按20℃计）。 ?设计内容 设计一常压下连续操作的板式精镏塔，设计内容应包含： 方案选择和流程设计； 工艺计算（物料、热量衡算，操作方式和条件确定等），主要设备的工艺尺寸计算（塔高、塔径）； 主体设备设计，塔板选型和布置，流体力学性能校核，操作负荷性能图，附属设备选型； 绘制工艺流程示意图、塔体结构示意图、塔板布置图； （设计图纸可手工绘制或CAD绘图） ?计算机辅助计算要求 物性计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下热容的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在沸腾时的汽化潜热的通用程序。 气液相平衡计算 ①编制计算二元理想混合物在任意温度下泡点、露点的通用程序； ②编制计算二元理想混合物在给定温度、任意组成下气液分率及组成的通用程序。 精馏塔计算 ①编制计算分离二元理想混合液最小回流比的通用程序； ②编制分离二元理想混合液精馏塔理论塔板逐板计算的通用程序。 采用上述程序对设计题目进行计算 ?报告要求 设计结束，每人需提交设计说明书（报告）一份，说明书格式应符合毕业论文撰写规范，其内容应包括：设计任务书、前言、章节内容，对所编程序应提供计算模型、程序框图、计算示例以及文字说明，必要时可附程序清单；说明书中各种表格一律采用三线表，若需图线一律采用坐标纸（或计算机）绘制；引用数据和计算公式须注明出处（加引文号），并附参考文献表。说明书前后应有目录、符号表；说明书可作封面设计，版本一律为十六开(或 A4幅面)。 摘要 化工生产和现在生活密切相关，人类的生活离不开各色各样的化工产品。设计化工单元操作，一方面综合了化学，物理，化工原理等相关理论知识，根据课程任务设计优化流程和工艺，另一方面也要结合计算机等辅助设备和机械制图等软件对数据和图形进行处理。 本次设计旨在分离苯和甲苯混合物，苯和甲苯化学性质相同，可按理想物系处理。通过所学的化工原理理论知识，根据物系物理化学特性及热力学参数，对精馏装置进行选型和优化，对于设备的直径，高度，操作条件（温度、压力、流量、组成等）对其生产效果，如产量、质量、消耗、操作费用 化工原理课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 工艺计算书 目录 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为38%<以上均为质量%）。 二．操作条件 1.塔顶压强4kPa<表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力0.5MPa(表压>； 5.单板压降不大于0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板 四．工作日 每年300天，每天24小时连续运行。 五．厂址 厂址为天津地区。 六．设计内容 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.塔板主要工艺尺寸的计算； 6.塔板的流体力学验算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图<可根据实际情况选作）； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 × 符号说明： a ——填料的有效比表面积，㎡/m3——填料的总比表面积，㎡/m3 a t ——填料的润湿比表面积，㎡/m3 a w ——塔板开孔区面积，m2 A a ——降液管截面积，m2 A f ——筛孔总面积，m2 A ——塔截面积，m2 A t ——流量系数，无因次 c C——计算umax时的负荷系数，m/s d ——填料直径，m d ——筛孔直径，m 0 D ——塔径，m D ——液体扩散系数，m2/s L D ——气体扩散系数，m2/s V e ——液沫夹带量，kg(液>/kg(气> v E——液流收缩系数，无因次 ——总板效率，无因次 E T F——气相动能因子，kg1/2/(s.m1/2> ——筛孔气相动能因子， F g——重力加速度，9.81m/s2 h——填料层分段高度，m HETP关联式常数 ——进口堰与降液管间的水平距离，m h 1 h ——与干板压降相当的液柱高度，m液柱 c h ——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m d h ——塔板上鼓泡层高度，m f ——与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱 h l h ——板上清液层高度，m L ——允许的最大填料层高度，m h max h ——降液管的低隙高度，m ——堰上液层高度，m h OW h ——出口堰高度，m W ——进口堰高度，m h’ W h δ——与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱 BeiJing JiaoTong University HaiBin College 化工原理课程设计 说明书 题目：年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续 精馏塔的设计 院（系、部）：化学工程系 姓名： 班级： 学号： 指导教师签名： 2015 年4 月12 日 摘要 目前用于气液分离的传质设备主要采用板式塔，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比较优越。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小上下浮动，自行调节。其中精馏塔的工艺设计计算包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。 关键词：气液传质分离；精馏；浮阀塔 ABSTRACT Currently，the main transferring equipment that used for gas-liquid separation is tray column. For the separation of binary, we should use a continuous process. The advantages of the float value tower lie in the flexibility of operation, efficiency of the operation, pressure drop, producing capacity, and equipment costs. Its main feature is that there is a floating valve on the hole of the plate, then the air can come into the tray plate at a steady rate and make contract with the level of liquid, so that the flow valve can fluctuate and control itself according to the size of the air. The calculations of the distillation designing include the calculation of the tower height, the tower diameter, the size of various parts of the tray and the arrangement of the tray, and the check of the hydrodynamics performance of the tray. And then draw the dray load map. Key words：gas-liquid mass transfer；rectification；valve tower - 专业课程设计——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 ： 学号： 指导老师： 时间： 目录 设计任务书 (2) 一．设计题目 (2) 二．操作条件 (2) 三．塔板类型 (2) 四．工作日 (3) 五．厂址 (3) 六．设计容 (3) 七．设计基础数据 (3) 符号说明 (4) 设计方案 (8) 一．设计方案的确定 (8) 二．设计方案的特点 (9) 三．工艺流程 (9) 工艺计算书 (12) 一．设计方案的确定及工艺流程的说明 (12) 二．全塔的物料衡算 (12) 三．塔板数的确定 (13) 四．塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 (16) 五．精馏段的汽液负荷计算 (19) 六．塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 (20) 七．塔板负荷性能图 (25) 八．附属设备的的计算及选型 (28) 筛板塔设计计算结果 (38) 设计评述 (41) 一．设计原则的确定 (41) 二．操作条件的确定 (41) 参考文献 (44) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 设计任务书 一．设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯10000t，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯为35%（以上均为质量分数）。二．操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔底加热蒸汽压力：0.506MPa(表压)； 5.单板压降：≤0.7kPa； 三．塔板类型 筛板或浮阀塔板（F1型）。 四．工作日 每年330天，每天24小时连续运行。 五．厂址 地区。 六．设计容 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.塔板主要工艺尺寸的计算； 6.塔板的流体力学验算； 7.塔板负荷性能图； 8.精馏塔接管尺寸计算； 9.绘制生产工艺流程图； 10.绘制精馏塔设计条件图； 11.绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）； 12.对设计过程的评述和有关问题的讨论。七．设计基础数据 苯-氯苯纯组分的饱和蒸气压数据 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分） 化学与环境工程学院 化工与材料系 2004年5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%）。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6.年工作日330天，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.辅助设备的选型与计算； 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压ο i 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3 ） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、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35.3×103 kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238.012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 附参考答案：苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） 化工过程设 备设计 设计题目：设计一座处理苯——甲苯混合液的连续筛板式精馏塔设计人：旷天亮 班级：11级化工<3）班 学号：1120204009 设计时间：2018年12月 目录 课程设计任务书??????????????????2 第一章．设计概述??????????????????5 第二章．设计方案的确定及流程说明????????????????9 第三章.塔的工艺计算??????????????????12 第四章．塔和塔板主要工艺尺寸的设计????????????2?4 ??? （1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定????????????.24 （2）塔板的流体力学验算????????????????????..27 （3） 塔板的负荷性能图 ??????? （4＞设计结果概要或设计结果一览表 ?? 第五章 .对本设计的评述和有关问题的分析讨论 化工原理课程设计二》任务书 （1＞ （一） 设计题目： 试设计一座苯 —甲苯连续精馏塔，要求进料量 5 吨/小时，塔顶馏出液中苯含量不低于 99%，塔底馏出液中苯含量不高于 2%，原料液中含苯 41%＜以上均为质量 %）。 ＜二）操作条件 ＜1）塔顶压强 4kPa ＜表压） ＜2）进料热状况气液混合进料 ＜液：气 =1：2） ＜3）回流比自选 ＜4）单板压降不大于 0.7kPa ＜三）设备型式 ： 筛板塔 ＜四）设备工作日 ：每年 330天，每天 24 小时连续运行 ＜五）厂址 ： 西宁地区 ＜六）设计要求： 1、 概述 2、 设计方案的确定及流程说明 3、 塔的工艺计算 4、 塔和塔板主要工艺尺寸的设计 （1） 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定； .34 29 .33 西北师大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的意。 作者 2013年12月 课程设计说明书 题目: 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计 院(系): 化学化工学院 专业年级: 化学2012级 姓名: 王*** 学号: 121****** 指导教师: **副教授 2015年10月 目录 1绪论 (1) 2 设计方案确定与说明 (1) 2.1设计方案的选择 (1) 2.2工艺流程说明 (2) 3 精馏塔的工艺计算 (2) 3.2精馏塔的操作工艺条件和相关物性数据的计算 (3) 3.2.1精馏塔平均温度 (4) 3.2.2气、液相的密度的计算 (4) 3.2.3混合液体表面力 (6) 3.2.4混合物的黏度 (7) 3.2.5相对挥发度 (8) 3.2.6 气液相体积流量计算 (8) 3.3塔板的计算 (9) 3.3.1操作线方程的计算 (9) 3.3.2实际塔板的确定 (10) 3.4塔和塔板主要工艺结构尺寸计算 (11) 3.4.1塔径的计算 (11) 3.4.2溢流装置 (13) 3.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列 (15) 3.5 精馏塔塔板的流体力学计算 (17) 3.5.1精馏塔塔板的压降计算 (17) 3.5.2淹塔 (18) 3.6 塔板负荷性能计算 (18) 3.6.1 雾沫夹带线 (18) 3.6.2 液泛线 (19) 3.6.3 液相负荷上限 (20) 3.6.4 漏液线 (20) 3.6.5 液相负荷下限 (21) 3.6.6塔板负荷性能图 (21) 4 设计结果汇总表 (23) 5工艺流程图及精馏塔工艺条件图 (24) 6设计评述 (25) 1绪论 精馏塔作为石油化工行业最常用的化工设备之一，在当今工业中发挥了极其重要的作用。精馏塔通过物质的传质传热，将塔的进料中的物质分离，从而在塔顶和塔底分别获得人们需要的高浓度物质。苯与氯苯的分离，必须经过各种加工过程，炼制成多种在质量上符合使用要求的产品工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年，很长一段时间被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以后，石油化工的生产规模不断扩大，大型塔的直径已超过 10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。 工业生产对塔板的要求主要是：①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。②塔板效率要高。③塔板压力降要低。④操作弹性要大。⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。为了满足上述要求，近30年来，在塔板结构方面进行了大量研究，从而认识到雾沫夹带通常是限制气体通过能力的主要因素。在泡罩塔、筛板塔和浮阀塔中，气体垂直向上流动，雾沫夹带量较大，针对这种缺点，并为适应各种特殊要求，开发了多种新型塔板。 本文的主要设计容可以概括如下：1.设计方案的选择及流程；2.工艺计算； 3.浮阀塔工艺尺寸计算；4.设计结果汇总；5.工艺流程图及精馏塔工艺条件图 2 设计方案确定与说明 2.1设计方案的选择 化工原理课程设计------------苯-甲苯连续精馏板式塔的设计专业年级：11级化工本2 姓名：申涛 指导老师：代宏哲 2014年7月 目录 一序言 (3) 二板式精馏塔设计任务书 (4) 三设计计算 (5) 1.1 设计方案的选定及基础数据的搜集 (5) 1.2 精馏塔的物料衡算 (8) 1.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 1.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (17) 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 1.6 筛板的流体力学验算 (21) 1.7 塔板负荷性能图 (24) 四设计结果一览表 (30) 五板式塔得结构与附属设备 (31) 5.1附件的计算 (31) 5.1.1接管 (31) 5.1.2冷凝器 (33) 5.1.3 再沸器 (33) 5.2 板式塔结构 (34) 六参考书目 (36) 七设计心得体会 (36) 八附录......................................................................................... 错误!未定义书签。 一序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。 化工原理工程设计处理量为3000吨/年苯和氯苯体系精馏分离板式塔设计 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 板式精馏塔设计任务书 一、设计题目： 苯-氯苯体系精馏分离板式塔设计 二、设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（进料量）30000吨／年操作周期7200 小时／年 进料成分：含氯苯35%（质量分率，下同） 塔顶产品组成氯苯含量为98%;塔底产品组成含氯苯不得高于1.7%. 2、操作条件 操作压力4000Pa（表压）进料热状态q=0.7 单板压降：<或=0.7kPa 3、设备型式筛板或浮阀塔板（F1型） 4、厂址新乡地区 三、设计内容： 1、设计方案的选择及流程说明 2、工艺计算 3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及蒸馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4、辅助设备选型与计算 5、设计结果汇总 6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图 7、设计评述 目录 1.精馏塔的概述 (4) 2．设计内容...................................................................................................................... 错误!未定义书签。 2.1.精馏塔的物料衡算.......................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.塔板数的确定 (10) 2.3.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (13) 苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计 算书 1 2 苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书(精馏段部分) 化学与环境工程学院 化工与材料系 5月27日 课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a,塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%(以上均为质量%)。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa(表压); 2.进料热状况,自选; 3.回流比,自选; 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa; 5.单板压降不大于0.7kPa; 6.年工作日330天,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.塔内流体力学性能的设计计算; 5.塔板负荷性能图的绘制; 1 2020年5月29日 2 2020年5月29日 6.塔的工艺计算结果汇总一览表; 7.辅助设备的选型与计算; 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制; 9.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οi p (mmHg) 2.组分的液相密度ρ(kg/m 3) 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐:t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐:t B 0657.14. 1124-=ρ 式中的t 为温度,℃。 3.组分的表面张力σ(mN/m) 3 2020年5月29日 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算: A B B A B A m x x σσσσσ+= (B A x x 、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: 38 .01 238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c (氯苯的临界温度:C ?=2.359c t ) 5.其它物性数据可查化工原理附录。 附参考答案:苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书(精馏段部分) 一、设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔(筛板塔),塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液,其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐;塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流,塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。流程图略。 化工原理课程设计 设计题目：苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计设计人： 班级： 学号： 指导老师： 设计时间： 目录 设计任务书 (3) 前言 (4) 第一章工艺流程设计 (5) 第二章塔设备的工艺计算 (6) 第三章塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15) 第四章塔板的流体力学验算 (18) 第五章塔板负荷性能图 (21) 第六章换热器的设计计算与选型 (25) 第七章主要工艺管道的计算与选择 (28) 结束语 (30) 参考文献 (32) 附录 (33) 化工原理课程设计任务书 设计题目：苯—甲苯连续精馏塔（浮阀塔）的设计 一、工艺设计部分 （一）任务及操作条件 1. 基本条件：含苯25％(质量分数，下同)的原料液以泡点状态进入塔内，回流比为最小回流比的 1.25倍。 2. 分离要求：塔顶产品中苯含量不低于95％，塔底甲苯中苯含量不高于2％。 3. 生产能力：每小时处理9.4吨。 4. 操作条件：顶压强为4 KPa (表压)，单板压降≯0.7KPa，采用表压0.6 MPa的饱和蒸汽加热。（二）塔设备类型浮阀塔。 （三）厂址：湘潭地区（年平均气温为17.4℃） （四）设计内容 1. 设计方案的确定、流程选择及说明。 2. 塔及塔板的工艺计算塔高（含裙座）、塔径及塔板结构尺寸；塔板流体力学验算；塔板的负荷性能图；设计结果概要或设计一览表。 3. 辅助设备计算及选型（注意：结果要汇总）。 4. 自控系统设计（针对关键参数）。 5. 图纸：工艺管道及控制流程图；塔板布置图；精馏塔的工艺条件图。 6. 对本设计的评述或有关问题的分析讨论。 二、按要求编制相应的设计说明书 设计说明书的装订顺序及要求如下： 1. 封面（设计题目，设计人的姓名、班级及学号等） 2. 目录 3. 设计任务书 4. 前言（课程设计的目的及意义） 5. 工艺流程设计 6. 塔设备的工艺计算（计算完成后应该有计算结果汇总表） 7. 换热器的设计计算与选型（完成后应该有结果汇总表） 8. 主要工艺管道的计算与选择（完成后应该有结果汇总表） 8. 结束语（主要是对自己设计结果的简单评价） 9. 参考文献（按在设计说明书中出现的先后顺序编排，且序号在设计说明书引用时要求标注） 10. 设计图纸 三、主要参考资料 [1] 化工原理；[2] 化工设备机械基础；[3] 化工原理课程设计；[4] 化工工艺设计手册 四、指导教师安排杨明平；胡忠于；陈东初；黄念东 五、时间安排第17周～第18周 西北师范大学 化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺年级:2011 题目: 苯—甲苯精馏塔设计 学生姓名: 卢东升 学号: 201173020228 2014年1月3日 前言 课程设计是化工原理课程的一个重要的实践教学内容，是在学习过基础课程和化工原理理论与实践后，进一步学习化工设计的基础知识、培养化工设计能力的重要环节。通过该设计可初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法、得到化工设计能力的基本锻炼，更能从实践中培养工程意识、健全合理的知识结构。 此次化工原理设计是精馏塔的设计。精馏塔是化工生产中十分重要的设备，它是利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离。在精馏塔中，料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分（称回流液）回入塔顶，其余作为塔顶产品（称馏出液）连续排出。塔釜产生的蒸汽沿塔板上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质传热过程，使混合物达到一定程度的分离。精馏塔的分离程度不仅与精馏塔的塔板数及其设备的结构形式有关，还与物料的性质、操作条件、气液流动情况等有关。该过程是同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。由这些设备、仪表等构成精馏过程的生产系统，即本次所设计的精馏装置。 课程设计是让同学们理论联系实践的重要教学环节，是对我们进行的一次综合性设计训练。通过课程设计能使我们进一步巩固和加强所学的专业理论知识，还能培养我们独立分析和解决实际问题的能力。更能培养我们的创新意识、严谨认真的学习态度。当代大学生应具有较高的综合能力，特别是作为一名工科学生，还应当具备解决实际生产问题的能力。课程设计是一次让我们接触实际生产的良好机会，我们应充分利用这样的时机认真去对待每一项任务，为毕业论文等奠定基础。更为将来打下一个稳固的基础。 虽然为此付出了很多，但在平常的化工原理课程学习中总是只针对局部进行计算，而对参数之间的相互关联缺乏认识，所以难免有不妥之处，望垂阅者提出意见，在此表示深切的谢意。 作者 2013年12月 课程设计任务书 课程名称综合课程设计1 课程代码80s06210 设计时间指导教师 专业班级 一、课程设计任务（题目）及要求 （一）设计任务：筛板塔设计 在一常压操作的连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物，原料液处理量为5500kg/h、组成为0.5(苯的质量分数，下同)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。 设计条件如下： 操作压力4kPa(塔顶表压) 进料热状况自选 回流比自选 单板压降≤0.7kPa 全塔效率E T=52% 气候条件忽略 试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。设计基本资料见主要参考资料。 （二）设计要求 1、学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换。 2、查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。 3、最后提交的课程设计成果包括： a) 课程设计说明书纸质文件。 b) 课程设计说明书电子文件。 c) 课程设计计算电子表格文件。 二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求） 1、分析课程设计题目的要求； 2、写出详细设计说明； 3、写出详细计算过程、经验值的取舍依据； 4、设计完成后提交课程设计说明书； 5、设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排符合要求。 6、计算过程使用的符号符合参考资料中的要求，设计内容按参考资料[2]121页设计示例执行。理论塔板数的求取用逐板计算法。A f和W d的求取按自己推导的公式进行。 三、主要参考资料 [1] 贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,2002年6月. [2] 陈敏恒，潘鹤林.化工原理（少学时）.华东理工大学出版社，2008年8月. 指导教师（签名）：教研室主任（签名）： 苯-氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计 一、设计题目 设计一苯-氯苯连续精馏塔冷凝器。工艺要求：年产纯度为99.4%的氯苯40500t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%）。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，料液温度为50℃t； 3.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 4.单板压降不大于0.7kPa； 5.回流液和馏出液温度均为饱和温度； 3.冷却水进出口温度分别为25℃和30℃； 4.年工作日330天，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.冷凝器的热负荷； 4.冷凝器的选型及核算； 5.冷凝器结构详图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压ο i 2.组分的液相密度ρ（kg/m3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、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： 38 .01238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C 2.359?=c t ） 化工原理课程设计 –––––板式精馏塔的设计 姓名单素民 班级 1114071 学号 111407102 指导老师刘丽华 河南城建学院 序言 化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程（《物理化学》，《化工制图》等）所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的基本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其分离。 目录 一、化工原理课程设计任书 (3) 二、设计计算 (3) 1.设计方案的确定 (3) 2.精馏塔的物料衡算 (3) 3.塔板数的确定 (4) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10) 6.塔板主要工艺尺寸的计算 (11) 7.筛板的流体力学验算 (13) 8.塔板负荷性能图 (15) 9.接管尺寸确定 (30) 二、个人总结 (32) 三、参考书目 (33) 课程设计题目—苯-氯苯分离过程筛板精馏塔设计2.3万吨一、设计题目 试设计一座苯—氯苯连续精馏塔，已知原料液的处理量为2.3万吨，设塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，塔底馏出液中含苯不高于0.2%，原料液中含氯苯为38%（以上均为质量%）。 二、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：2R min 4.塔釜加热蒸汽压力：0.5MPa（表压）； 5.单板压降不大于：0.7kPa； 6.冷却水温度：35℃； 7.年工作日300天，每天24小时连续运行。 三、设计容 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.塔板主要工艺尺寸的计算； 6.塔板流体力学性能的计算； 7.塔板负荷性能图的绘制； 8.塔的工艺计算结果汇总一览表； 9.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 10.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 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.液体的粘度μL 5.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： 38 .01238.01 2??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 6.其他物性数据可查化工原理附录。苯氯苯板式精馏塔工艺设计说明书
苯-甲苯体系板式精馏塔设计
苯氯苯板式精馏塔工艺设计方案
年处理量18万吨苯—甲苯混合液的连续精馏塔的设计
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计
苯与甲苯连续精馏塔设计方案青海大学)
苯甲苯精馏塔课程设计说明书
苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计说明
化工原理课程设计苯-甲苯板式精馏塔设计
苯与氯苯精馏塔设计
苯氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书
化工原理课程设计之苯-甲苯连续精馏塔浮阀塔的设计
苯-甲苯精馏塔设计
连续精馏塔内分离苯、甲苯混合物
苯氯苯板式精馏塔冷凝器工艺设计
化工原理课程设计苯甲苯的分离(筛板塔)
苯一氯苯分离过程板式精馏塔设计说明