苯-氯苯溶液连续精馏塔设计⼀、前⾔
课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节,是理论联系实际的桥梁,是使学⽣体察⼯程实际问题复杂性、学习化⼯设计基本知识的初次尝试。通过课程设计,要求学⽣能综合利⽤本课程和前修课程的基本知识,进⾏融会贯通的独⽴思考,在规定的时间内完成指定的化⼯设计任务,从⽽得到化⼯⼯程设计的初步训练。通过课程设计,要求学⽣了解⼯程设计的基本内容,掌握化⼯设计的程序和⽅法,培养学⽣分析和解决⼯程实际问题的能⼒。同时,通过课程设计,还可以使学⽣树⽴正确的设计思想,培养实事求是、严肃认真、⾼度责任感的⼯作作风。课程设计是增强⼯程观念,培养提⾼学⽣独⽴⼯作能⼒的有益实践。
本设计采⽤连续精馏分离苯-氯苯⼆元混合物的⽅法。连续精馏塔在常压下操作,被分离的苯-氯苯⼆元混合物由连续精馏塔中部进⼊塔内,以⼀定得回流⽐由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯,由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于%,塔顶产品苯纯度不低于98%(质量分数)。⼆、摘要:
氯苯作为⼀种重要的基本有机合成原料,⼴泛⽤于⽣产,由磷苯液相氯化法制中含有⼀定量的苯,⽤于分离挥发性苯和氯苯连续精馏塔的设计是不容易的。设计选择良好的合成功能的集成产品和效率,经济,安全和其他⽅⾯。这将是选择精馏塔和筛板筛板塔更好。有很多优点是结构简单,
价格低廉,⽽且液滴板表⾯的⼩。它有⼀个较低的压⼒,但⼀个更⼤的⽣产能⼒。最后,⽓体在塔内均匀分布,具有较⾼的传质效率。设计完成了塔径为1000mm和总⾼度为15m的⼯艺计算和设备设计,它定义了那个桶材料为16MnR,标称厚度为8毫⽶,根据钢制压⼒容器(压⼒容器)。设
计选⽤标准椭圆封头的直径为1000mm,表⾯⾼度200mm,直边⾼度是根据⼯艺设备的设计和jb4737-95 25mm。进⼝和出⼝的液体和⽓体管道的法兰都是根据汞丝⽹除沫器选⽤SP滤⽹采⽤rfpf。设计⽆具体要求,选择圆
柱裙,其直径1000mm..最后的设计进⾏festigkeit和稳定性ueberpruefung等等,并对塔体的厚度和⾼度均符合要求的设计压⼒下。Abstract:
Chlorobenzene as an important basic organic synthesis raw material, widely used in production, the rule of law by a benzeneliquid-phase chlorination of p contains a certain amount of benzene, the design for a continuous distillation column for
separation volatile benzene and chlorobenzene is not easy. The design chooses the integrated product of good synthesizedfunction with efficiency, economic, security and other aspects .It will be better that choosing rectifying tray Tower and sieve assieve 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 towerdiameter is 1000mm and the overall height is 15m, and equipment design which defines that the material of the barrel is16MnR and the nominal thickness is 8 mm according to the Steel Pressure Vessel
(GB150-1998).The design selectes the standard elliptic heads whose diameter is 1000mm, surface height is 200mm, straightflange height is 25mm according to the Process Equipment Design and JB4737-95. The piping flanges of import and exportof liquid and gas are all used the RFPF according to HG wire mesh demister selects the SP filter screen. The design has nospecific requirements so that the cylindrical skirt is selected, whose diameter is 1000mm..Finally the design conducts thefestigkeit and stability ueberpruefung and so on, and defines the thickness and height of the tower body all conform therequirements under the design pressure.三、设计⽅案的确定(1)产品性质、质量指标
产品性质:有杏仁味的⽆⾊透明、易挥发液体。密度1.105g/cm3。沸点131.6℃。凝固点-45℃。折射率1.5216(25℃)。闪点29.4℃。燃点637.8℃,折射率1.5246,粘度(20℃)0.799mPa·s,表⾯张⼒33.28×10-3 N/m.溶解度参数δ=9.5。溶于⼄醇、⼄醚、氯仿、苯等⼤多数有机溶剂,
不溶于⽔。易燃,蒸⽓与空⽓形成爆炸性混合物,爆炸极限1. 3%-7.1%(vol)。溶于⼤多数有机溶剂,不溶于⽔。常温下不受空⽓、潮⽓及光的
影响,
3 长时间沸腾则脱氯。蒸⽓经过红热管⼦脱去氢和氯化氢,⽣成⼆苯基化合物。有毒.在体内有积累性,逐渐损害肝、肾和其他器官。对⽪肤和粘膜有刺激性.对神经系统有⿇醉性,LD502910mg/kg,空⽓中最⾼容许浓度50mg/m3。遇⾼温、明⽕、氧化剂有燃烧爆炸的危险。质量指标:塔顶产品苯纯度94%,原料液中苯40%,塔顶苯的回收率99%。(以上均为质量分数)(2)设计⽅案简介
1.精馏⽅式:本设计采⽤连续精馏⽅式。原料液连续加⼊精馏塔中,并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度⾼,可控性好,产品质量稳定。由于所涉浓度范围内⼄醇和⽔的挥发度相差较⼤,因⽽⽆须采⽤特殊精馏。
2.操作压⼒:本设计选择常压,常压操作对设备要求低,操作费⽤低,适⽤于苯和氯苯这类⾮热敏沸点在常温(⼯业低温段)物系分离。
3. 塔板形式:根据⽣产要求,选择结构简单,易于加⼯,造价低廉的筛板塔,筛板塔处理能⼒⼤,塔板效率⾼,压降教低,在苯和氯苯这种黏度不⼤的分离⼯艺中有很好表现。
4.加料⽅式和加料热状态:设计采⽤泡点进料,将原料通过预热器加热⾄泡点后送⼊精馏塔内。5.由于蒸汽质量不易保证,采⽤间接蒸汽加热。
6.再沸器,冷凝器等附属设备的安排:塔底设置再沸器,塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却⾄泡点下⼀部分回流⼊塔,其余部分经产品冷却器冷却后送⾄储灌。塔釜采⽤间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送⾄储罐。(3)设计任务原料:苯-氯苯溶液原料温度:30℃处理量:7万吨/每年
原料组成(质量分数):40%
产品要求:塔顶产品中苯的质量分,94%塔顶产品中苯的回收率:99%(4)符号说明:英⽂字母
Aa---- 塔板的开孔区⾯积,m2Af---- 降液管的截⾯积, m2Ao---- 筛孔区⾯积, m2A T ----塔的截⾯积 m2△PP
----⽓体通过每层筛板的压降
C----负荷因⼦⽆因次t----筛孔的中⼼距C
----表⾯张⼒为20mN/m的负荷因⼦20
----液体通过降液管底隙do----筛孔直径u’
o的速度
D----塔径 m Wc----边缘⽆效区宽度
----液沫夹带量 kg液/kg⽓Wd----⼸形降液管的宽度ev
----总板效率Ws----破沫区宽度ET
R----回流⽐Rmin----最⼩回流⽐M----平均摩尔质量 kg/kmol----平均温度℃tm
g----重⼒加速度 s2Z----板式塔的有效⾼度Fo----筛孔⽓相动能因⼦ kg1/2/2)
hl----进⼝堰与降液管间的⽔平距离 m θ----液体在降液管内停留时间----与⼲板压降相当的液柱⾼度 mυ----粘度hc
hd----与液体流过降液管的压降相当的液注⾼度 m ρ----密度hf----塔板上⿎层⾼度 m σ----表⾯张⼒h
----板上清液层⾼度 mΨ----液体密度校正系数L----与板上液层阻⼒相当的液注⾼度 m 下标h1
ho----降液管的义底隙⾼度 m max----最⼤的----堰上液层⾼度 m min----最⼩的how
----出⼝堰⾼度 m L----液相的hW
h’
----进⼝堰⾼度 m V----⽓相的W
----与克服表⾯张⼒的压降相当的液注⾼度 mhσ
H----板式塔⾼度 m----塔底空间⾼度 mHB
Hd----降液管内清液层⾼度 m----塔顶空间⾼度 mHD
----进料板处塔板间距 mHF
----⼈孔处塔板间距 mHP
----塔板间距 mHT
----封头⾼度 mH1H
----裙座⾼度 m2
K----稳定系数l
----堰长 mW
Lh----液体体积流量 m3/hLs----液体体积流量 m3/s
n----筛孔数⽬P----操作压⼒ KPa△P---压⼒降 KPa
△Pp---⽓体通过每层筛的压降 KPaT----理论板层数u----空塔⽓速 m/su
----漏夜点⽓速 m/s0,min
’ ----液体通过降液管底隙的速度 m/s uo
----⽓体体积流量 m3/hVh
----⽓体体积流量 m3/sVs
----边缘⽆效区宽度 mWc
----⼸形降液管宽度 mWd
----破沫区宽度 mWs
Z ---- 板式塔的有效⾼度 m希腊字母δ----筛板的厚度 m
τ----液体在降液管内停留的时间 s υ----粘度ρ----密度 kg/m3----表⾯张⼒N/mφ----开孔率⽆因次α----质量分率⽆因次下标
Max---- 最⼤的Min ---- 最⼩的L---- 液相的V---- ⽓相的
四、带控制点的⼯艺流程图
五、操作条件的选取1塔顶压强:4kPa(表压);2.进料热状况:泡点进料q=1;3.回流⽐:R=
4.塔釜加热蒸汽压⼒:的饱和⽔蒸⽓5.单板压降不⼤于;
6.⽣产时间:300天,每天24⼩时连续运⾏。7.冷却⽔进⼝温度:30℃六、⼯艺计算1.全塔物料衡算
(1) 原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量 MA=kmol氯苯的摩尔质量 MB=kmolxF=/+= (摩尔分率,下同) xD=/+=F* xF -D* xD =(F-D)Xw(1)D* xD / F* xF =99% (2)联⽴(1)(2) Xw=
(2) 原料液级塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=*+*= (kg/kmol) MD=*+*=(kg/kmol)(3) 物料衡算 原料处理量 F=70000*1000/(300*24*= kmol/h 总物料衡算 D+W=F苯物料衡算 D*xD+W*xW=F*xF
联⽴解得 D= (kmol/h) W= (kmol/h) 2.最佳回流⽐的确定(⼀)常压下苯-氯苯混合液相平衡关系
1、纯组分的饱和蒸汽压P o 和温度t 的关系:Ct B
A P o +-=ln 查表得:
计算⽰例:取温度t=85℃9008.15lnP o
A =o A P =
常压下苯-氯苯⽓液相平衡数据(P=760mmHg ) 表⼀温度℃(mmHg )o BP
(mmHg )x y8590100105110115120125130
苯-氯苯t-x-y图:
苯-氯苯⽓液平衡相图: (⼆)回流⽐的确定1、q线⽅程。因为采⽤泡点进料,所以q=1,则xq =xF
2、相对挥发度?的确定。
由试差法求的:表⼀中第四栏结果在xF
=时,?=。试差⽅
法:在excel表格中,设定各个参数的计算公式,然后按缩⼩范围的⽅法,逐步改变温度t的值,直⾄某⼀温度对应的x值为,此时的?值即为所求相对挥发度。相平衡关系式:Y=αX/(1+(α-1)X)由于q=1所以Xe=Xf=Ye=?=*(1+*=因此最⼩回流⽐
Rmin=(Xd-Ye)/(Ye-Xe)=( 最佳回流⽐R=2 Rmin=*2= 3.理论板及实际板的确定(⼀)操作线⽅程L=RD=×=h
V=(R+1)D=(+1)×=hL’=L+qF=+1*= kmol/hV’= V=h
精馏段操作线⽅程:Yn+1=Xn+=+提馏段操作线⽅程:Yn+1=Xn+=—逐板计算法:
泡点进料q=1,Xq=Xf=
第⼀块塔板上升的⽓相组成: Y1=Xd=第⼀块塔板下降的液体组成:
X1=Y1/(第⼆块塔板上升的⽓相组成:Y2=+=*+=
第⼆块塔板下降的液体组成:X2= Y2/((如此反复计算得:Y3= X3= Y4= X4=〈 Xq
因为X4〈Xq ,第五块塔板上升的⽓相组成由提馏段操作线⽅程计算: Y5=—=*n —==
第六块塔板下降的液体组成: X5= Y5/( ( X6= Y7= X7= Y8= X8= Y9= X9= Y10= X10= Y11= X11= Y12= X12= Y13= X13=<=Xw
因此总理论板是13块(包括塔釜),第五块加料,精馏段需四块 (⼆)全塔效率T E
选⽤m T E µlog 616.017.0-=公式计算。该式适⽤于液相粘度为~·s 的烃类物系,式中的m µ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(80+=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11得:s m Pa ?=24.0A µ,s m Pa=34.0B µ。
µm=µXf+µb (1-Xf )=*+*=
2.实际塔板数p N (近似取两段效率相同) 精馏段: Np1=4/ =8块
提馏段:Np2=(13-4)/=18块, 总塔板数Np1=Np1+ Np2=8+18=26块。 4.塔径的计算(⼀)相关物性数据计算 I. 平均压强
P D =4+= 加料板:Pf=+*8= P w =P F +18×=
则精馏段平均压强P=(P D +P F )/2= 提留段平均压强P'= (P F +P w )/2= 2.平均温度m t查温度组成图得:塔顶为℃,加料板为℃,塔底为130℃。
精馏段平均温度:Tm1=+/2=℃ 提留段平均温度:Tm2=+130)/2=℃ 3.密度不同温度下苯-氯苯密度
⽓相密度计算公式:OO V TP
M
P T 4.22=ρ 液相密度计算公式:BBAALx x ρρρ+=1
(x A 、x B 为质量百分含量)
由下表可知精馏段和提留段x,y 的组成 1、精馏段;液相x= ⽓相y=
液相平均质量流率Ml1=*+*()=kmol 汽相平均质量流率Mv2=*+*()=kmol 拉格郎⽇法求ρ:提留段 ℃ X= Y= 精馏段 ℃ X=Y=
(100-80)/()=()/(ρa1-815) ρa1=m3
(100-80)/(1019-1042)=()/(ρb2-1042) ρb2= kg/m3所以:1/ρl1=(*)/+()/ρl1= kg/m3ρv1=**/(+**= kg/m32、提留段;液相x= 液相y=
液相平均质量流率Ml1=* +*()=kmol汽相平均质量流率Mv2=*+*()=kmol(120-100)/(768..)=()/(ρρa1=m3(120-100)/()=()/(ρb2-1019) ρb2= m3所以:1/ρl1=(* /)/+()/=ρl1= m3ρv2=**/(+**= m34.表⾯张⼒
不同温度下苯-氯苯表⾯张⼒
液体平均表⾯张⼒公式:∑=
=niiiLmx1σσ
①塔顶液相表⾯张⼒
(100-80)/()=()/(σσa=m(100-80)/()=()/(σσb=mσldm=*+* = mN/m②进料板液相表⾯张⼒(100-80)/()=()/(σσa=m(100-80)/()=()/(σσb=mσlfm=*+* = mN/m③塔底液相表⾯张⼒
(140-120)/()=(130-120)/(σσa=m (140-120)/()=(130-120)/(σσb=m σldm=*+* =m
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容