化工原理課程一氯代苯項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1、化工原理課程一氯代 苯項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案亠產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介一氯代苯，簡(jiǎn)稱一氯苯或氯苯，英文名稱為 Mouochlorobenzene (or Chlorobe nzen e).理化性質(zhì)分子式：GH5CI,結(jié)構(gòu)式：，分子量：112.56，無色透明易揮發(fā)液體，有杏仁味，比重d2°=1.1O7,沸點(diǎn)131.6 C,凝固點(diǎn)為-45 C,閃點(diǎn)為85T,自燃點(diǎn)1180T,折射率n D5 =1.5216。易燃，空氣中爆炸極限為1.8%9.6%?？扇苡诖蠖鄶?shù) 有機(jī)溶劑，不溶于水。其它性質(zhì)如表 1-1所示。表1-1苯和氯苯的主要物理性質(zhì)物質(zhì)常溫下狀態(tài)沸點(diǎn)水中溶解度與水共沸點(diǎn)共沸組成苯無色透明

2、液體80.1 C1.865g/L(25 C)69.25 C苯 91.16% ,水(101.3kPa)8.84%氯苯無色透明液體132 C0.049g/(100g 水)90.2 C氯苯71.6%,水(30 C)28.4% )質(zhì)量指標(biāo)根據(jù)HG2-810-75,其產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1-2所示表1-2氯苯產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)名稱一級(jí)品二級(jí)品外觀無色或微黃色透明液體比重d201.1462 1.10761.1057 1.1.82氯苯含量 %> 99.20> 98.70笨含量%< 0.15< 0.30多氯苯含量%< 0.65< 1.00酸度對(duì)甲基橙指示劑反應(yīng)呈中性用途氯苯用于如

3、下幾方面：（1）合成有機(jī)中間體，如鄰硝基氯苯、對(duì)硝基氯苯、二硝基氯苯，從而生產(chǎn) 涂料，顏料，醫(yī)藥，農(nóng)藥，燃料，抗氧劑，感光材料；（2） 直接用于合成二苯醚，二氯二苯砜類聚合物和農(nóng)藥DDT等;（3）用于合成MDI,TDI和殺蟲劑農(nóng)藥等的溶劑。國(guó)外生產(chǎn)技術(shù)概況1950年我國(guó)氯苯的產(chǎn)量?jī)H為439T。1952年在錦西化工總廠建成我國(guó)第一套 4000T/a大型一氯苯生產(chǎn)裝置，至1970年我國(guó)一氯苯年產(chǎn)量已達(dá)到 3.75萬噸， 到1991年一氯苯生產(chǎn)能力已達(dá)到14萬噸，居世界第二位，到1994年又增至17.5 萬噸，超過美國(guó)，居世界第一位。我國(guó)一氯苯產(chǎn)，銷量和生產(chǎn)廠家分別如表1-3和1-4所示。表1-3我

4、國(guó)一氯苯產(chǎn)，銷量年份19701980198519901991199219931994生產(chǎn)能力14.017.5產(chǎn)量（萬噸）3.755.104.998.399.1011.5310.35消費(fèi)量（萬噸）5.094.768.359.2011.50表1-4我國(guó)一氯苯生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)能力和產(chǎn)量生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力（萬噸）產(chǎn)量（萬噸）1991 年1994 年1991 年1993 年錦西化工總廠1.803.501.721.72天津化工廠1.801.801.731.71化工廠1.801.801.291.58化工廠1.801.801.211.38農(nóng)藥廠1.501.500.801.25化工廠0.600.700.650.73

5、長(zhǎng)壽化工廠0.600.600.36停產(chǎn)化學(xué)工業(yè)公司0.800.800.550.68店化工廠0.600.800.430.41化工廠0.450.450.360.29其他2.253.750.60合計(jì)14.017.509.1010.35同時(shí)期國(guó)外生產(chǎn)能力和產(chǎn)量如表1-5、6 7所示。表1-5主要國(guó)家一氯苯生產(chǎn)能力（萬噸）國(guó)家美國(guó)德國(guó)日本意大利法國(guó)合計(jì)1986 年16. 810.02.1.1.501.031.41989 年16. 810.02.81.501.032.11992 年16. 810.05,21.501.034.5表1-6美國(guó)，西歐和日本氯苯產(chǎn)量（萬噸）美國(guó)西歐日本1985 年10.17.63

6、.71990 年10.87.13.31991 年9.56.73.7表1-7國(guó)外主要生產(chǎn)公司及生產(chǎn)能力國(guó)外公司美國(guó) Monsato德國(guó)Bayer美國(guó) Standard chlori ne日本二井東壓生產(chǎn)能力（萬噸）8.08.56.83.0氯苯健康危害氯苯具有中等毒性。工作場(chǎng)所最高允許濃度為 75ppm為此，在生產(chǎn)中杜絕 跑、冒、滴、漏；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)排氣；避免與人體直接接觸。如有接觸立即用水 沖洗。服用葡萄糖及維生素丙可具有解毒作用。侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收。 健康危害：對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制和麻醉作用；對(duì)皮膚和粘膜有刺激性。急性中毒：接觸高濃度可引起麻醉癥狀，甚至昏迷。脫離現(xiàn)場(chǎng)，積極救治后,

7、 可較快恢復(fù)，但數(shù)日仍有頭痛、頭暈、無力、食欲減退等癥狀。液體對(duì)皮膚有輕 度刺激性，但反復(fù)接觸，則起紅斑或有輕度表淺性壞死。慢性中毒：常有眼痛、流淚、結(jié)膜充血；早期有頭痛、失眠、記憶力減退等 神經(jīng)衰弱癥狀；重者引起中毒性肝炎，個(gè)別可發(fā)生腎臟損害急救措施和應(yīng)急處理皮膚接觸：脫去被污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚，就醫(yī)。 眼睛接觸：提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗，就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處， 保持呼吸道通暢； 如呼吸困難， 給輸氧。 如呼吸停止時(shí)，立即進(jìn)行人工呼吸，就醫(yī)。食入：飲足量溫水，催吐，就醫(yī)。迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)， 并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。 切斷火源。 建議

8、應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器， 穿消防防護(hù)服。 盡可能切斷泄漏源。 防 止進(jìn)入下水道、 排洪溝等限制性空間。 小量泄漏： 用砂土或其它不燃材料吸附或 吸收。也可以用不燃性分散劑制成的乳液刷洗， 洗液稀釋后放入廢水系統(tǒng)。 大量 泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容 ; 用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。用防爆泵轉(zhuǎn)至槽車或 專用收集器，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。廢棄物處置方法：用焚燒法。廢料同其他燃料混合后再焚燒，燃燒要充分， 防止光氣生成。焚燒爐排出的鹵化氫通過酸洗滌器除去。氯苯的生產(chǎn)方法（1）直接氯化法：有氣相法和液相法兩種。氣相法，反應(yīng)溫度400500C，成本高于液相法，故已被淘汰。液相法，通常用三氯化鐵催

9、化，但在生成氯苯的同時(shí)，還伴 有多氯苯生成。其相對(duì)速度常數(shù)如下：從以上的相對(duì)速度常數(shù)可知，如能在反應(yīng)過程中維持苯有較高的濃度， 而使 氯苯的濃度較低，則可控制多氯苯的生成。為此可采用多釜串聯(lián)或接近活塞流的 管式反應(yīng)器連續(xù)操作，即液相法有間歇和連續(xù)兩種工藝。 氯化是放熱反應(yīng)，可用 載熱體移出反應(yīng)熱。但更好的方法是使反應(yīng)在液體的沸點(diǎn)下進(jìn)行。此時(shí)，一部分 過量的苯和少量氯苯氣化，帶走大量熱量，可使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力增加。反應(yīng)產(chǎn) 物中含有氯化氫，在蒸餾前要用氫氧化鈉溶液中和。所以該工藝所得氯化液再經(jīng) 水洗、中和、粗餾、精餾，除去過量苯和多氯苯而得成品。（2）氧氯化法：應(yīng)是在275°C和常壓下于

10、氣相中進(jìn)行的，催化劑為銅-氧化鋁。為了抑制多 氯苯的生成，所用的苯需大大過量。盡管如此，還會(huì)生成 5%8%的二氯苯， 而氯化氫被全部用完。為了得到更多的一氯苯，采用苯過量和不深度反應(yīng)的低轉(zhuǎn)化率循環(huán)套用苯的 生產(chǎn)工藝，從而使所得的氯化液為主是一氯苯和未反應(yīng)的大量苯，也存在少量多氯苯。本設(shè)計(jì)是假定氯化液只有苯和一氯苯二元體系，一氯苯含量為38%對(duì)該二元體系進(jìn)行精餾分離，要求氯苯純度為 99.8%，苯中含氯苯不能高于2%1.2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介（1）根據(jù)任務(wù)書中的要求，我們要進(jìn)行的是 7200 T/a 99.8% 氯苯精餾工藝設(shè)計(jì)，由任務(wù)書中的條件和要求，根據(jù)以上兩者之間物性的差別，結(jié)合生產(chǎn)實(shí) 際，本設(shè)計(jì)

11、是采用精餾塔對(duì)其進(jìn)行分離。由于設(shè)計(jì)規(guī)模較大（7200 T/a 99.8%氯苯），所以采用連續(xù)操作方式。（2）精餾塔包括板式精餾塔和填料精餾塔。板式精餾塔設(shè)置一定數(shù)量的塔 板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上的液層， 進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。填料塔裝有一定 高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上流動(dòng)，氣、液兩相密 切接觸進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。雖然填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大 等優(yōu)點(diǎn)。但填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有 效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料； 對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。由于板式塔

12、造價(jià)便宜，操作較平穩(wěn)， 不會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大，并且更容易實(shí)現(xiàn)側(cè)線進(jìn)料和出料， 等等，所以綜合 考慮，本設(shè)計(jì)采用板式精餾塔對(duì)其進(jìn)行分離。（3）板式精餾塔塔板類型按氣液流動(dòng)方式可分為有降液管式塔板（也稱溢 流式塔板或錯(cuò)流式塔板）及無降液管式塔板（也稱穿流式塔板或逆流式塔板，如 柵板塔板和淋降塔板）兩類，在工業(yè)生產(chǎn)中，以有降液管式塔板應(yīng)用最為廣泛， 所以選擇有降液管式塔板。有降液管式塔板主要有泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板三種。泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板， 其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，板上液層厚，塔板壓降大，生 產(chǎn)能力及板效率較低。所以泡罩塔板

13、已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔 設(shè)備中已很少采用。浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)， 應(yīng)用廣泛。浮閥的類型很多，國(guó) 常用的有如下圖所示的F1型、V-4型及T型等。浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閥孔(b)(«)造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘 度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn) 象，使塔板效率和操作彈性下降。篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。塔板上開有許多均勻的小孔，孔徑一般為38mm篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流堰，使板上能 保持一定厚度的液層。篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，板上液面落差小

14、，氣體 壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘 度大的物料。但篩板塔的設(shè)計(jì)和操作精度要求較高，過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。 近年來，由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高， 可使篩板塔的操作非常精確， 故應(yīng)用 日趨廣泛。綜上所述， 由于本設(shè)計(jì)物料粘度不大， 也不易結(jié)焦， 而篩板比泡罩塔板結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、造價(jià)低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大，又符合目前的發(fā)展 趨勢(shì)，所以選擇篩板。（4）38%的氯苯原料進(jìn)入精餾工序需要貯槽進(jìn)行中間儲(chǔ)存，準(zhǔn)備一個(gè)班（ 8 小時(shí)）的料以備周轉(zhuǎn)用，該貯槽數(shù)量 2 只，一開一備，以適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)需要。（5）原料進(jìn)塔確定為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以需要原料預(yù)熱器

15、1 只，用蒸汽加熱。（6）原料進(jìn)預(yù)熱器用泵輸送，數(shù)量 2 只，一開一備，以適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)需要。（7）塔頂上升蒸氣采用全冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔，其余部 分經(jīng)冷卻器冷卻后自流至苯貯槽。需要全冷凝器 1 只和分配器 1 個(gè)；苯冷卻器 1 只；苯貯槽儲(chǔ)存一個(gè)班的料，數(shù)量 2 只，一開一備，以適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)之需要。（8）回流比等待計(jì)算后確定。（9）塔釜外置不與塔相連，采用間接蒸汽加熱，需要再沸器 1 只。（10）塔底氯苯產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至貯槽儲(chǔ)存，貯槽儲(chǔ)放一個(gè)班的料，數(shù)量 2 只，一開一備；產(chǎn)品冷卻器 1 只。（11）所得苯需要輸送至上工序大貯槽循環(huán)套用，用泵輸送，數(shù)量 1 只。（12）產(chǎn)品氯苯需

16、要輸送到下工序大貯槽進(jìn)一步加工成所需產(chǎn)品或作為產(chǎn)品 出售，需要用泵輸送，數(shù)量 1 只。工藝流程草圖及說明2.1 工藝流程草圖1）工藝流程方塊圖（2）工藝流程圖口2.2工藝流程說明上工序氯化反應(yīng)（或粗餾）所得的含量為 38%勺氯苯（苯和氯苯的混合物）輸送至本工序原料貯槽，通過泵送原料入預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫 度，然后進(jìn)入到精餾塔中。塔上升蒸氣出塔頂經(jīng)全冷凝器冷凝和分配器分配， 部分回流至塔頂；一部分經(jīng)冷卻后自流至苯貯槽。塔下降液體經(jīng)再沸器汽化成蒸 氣后由塔底上升至塔頂，塔釜(再沸器)重組分氯苯經(jīng)冷卻后輸送至氯苯貯槽。分離而得的98%苯返回上工序氯化工序作為原料循環(huán)套用。所得氯苯或者作

17、為中 間體進(jìn)入下工序進(jìn)一步加工成所需產(chǎn)品；或者作為產(chǎn)品出廠銷售。三.工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)3.1精餾塔的物料衡算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量：MA=78.11 Kg/kmol ;氯苯的摩爾質(zhì)量：MB=112.56 Kg/kmolXf=(0.62/78.11)- ( 0.62/78.11)+(0.38/112.56)=0.7016Xd=(0.98/78.11)- ( 0.98/78.11)+(0.02/112.56)=0.9860Xw=(0.002/78.11)- ( 0.002/78.11)+(0.998/112.56)=0.0029原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量Mf =

18、 0J2984 xl 12j56 + -0J2984) x 7K11 =dMd = 0.9860 x7S_llD範(fàn)6Q) xl 12256 =Mw = 0_99711126 + 0-0_9971)7»_11 = 112_46£&1>物料衡算以時(shí)間為基準(zhǔn)，取1小時(shí)為基準(zhǔn)；一年按300天連續(xù)生產(chǎn)計(jì)。則每小時(shí)生產(chǎn) 的氯苯產(chǎn)品千摩爾數(shù)：總物料衡算，即苯物料衡算，即聯(lián)立解得；3.2塔板數(shù)的確定321理論版層數(shù)NT的求取(1)根據(jù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，即苯和氯苯純組分飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，由拉烏爾定律計(jì) 算氣液平衡數(shù)據(jù)，其公式如下：計(jì)算結(jié)果列于表3-1 o表3-1苯和氯苯純組分飽和蒸汽

19、壓及氣液平衡數(shù)據(jù)溫度C8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760x1.0000.6770.4420.2650.1270.0190.000Y1.0000.9130.7850.6130.3760.0720.0005.004.614.404.143.95(2)采用圖解法求理板層數(shù)根據(jù)苯-氯苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，作出如下圖1 : 求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比。在圖1中對(duì)角線上，自點(diǎn)e(0.7016,0.7016)做垂線ef即為進(jìn)料線(q線)，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為=0.923,=0

20、.702故最小回流比取操作回流比為 3,貝y R=3Rmin=3X 0.285=0.855求操作線方程精餾段操作線方程為提留段操作線方程為 求精餾塔的氣液相負(fù)荷= 0_461c+ 03140£740S7£.w=xV V醫(yī)蠱3皿g圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖1所示，求解結(jié)果為總理論板層數(shù) N t=9（不包括再沸器）進(jìn)料板位置N f=3322實(shí)際板層數(shù)的求解 總板效率的求解采用奧康奈爾法求總板效率故 實(shí)際板層數(shù)求取精餾段實(shí)際板層數(shù)N 精=3/0.45 7提留段實(shí)際板層數(shù)N 提=(9-3 ) /0.45 14所以實(shí)際進(jìn)料板N f=7 （第7塊板數(shù)）3.3精餾塔的

21、工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算3.3.1 操作壓力計(jì)算w=110.2+0.7X 14=120.0KPa塔頂操作壓力p每層塔板壓降進(jìn)料板壓力p精餾段平均壓力 塔底操作壓力p提留段平均壓力D=101.3+4=105.3KPa P=0.7KPaf=105.3+0.7 X 7=110.2KPa3.3.2 操作溫度計(jì)算根據(jù)表1中溫度與液相組成x的數(shù)據(jù)作圖tx圖從圖中可知，塔頂溫度t進(jìn)料板溫度t塔底溫度t精餾段平均溫度t提留段平均溫度td=80.5 Cf=88.5 Cw=131.5 Cm精=(80.5+88.5 )/ 2=84.5 Cm提 = (88.5+131.5 )/2=110C333平均摩爾質(zhì)量計(jì)算(

22、1) 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：xD=yi =0.986 查平衡曲線可知 x 1=0.935二塔頂氣體平均摩爾質(zhì)量：打g0 *)X112 Sb 7M塔頂液體平均摩爾質(zhì)量：副3 0 9H » (1 °勺衍)x112% KO(2) 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：x f =0.540yF=0.855進(jìn)料氣體平均摩爾質(zhì)量：1 lr (1 OK55)xl 12 56 的進(jìn)料液體平均摩爾質(zhì)量：010x7S 11+(1 0 510)x1126 91 96KKrrnJ(3) 塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：X w=0.0029yw=0.01塔底氣體平均摩爾質(zhì)量：M'g D 016 111(1-0 01

23、)x117 6 H?KKmnl 塔底液體平均摩爾質(zhì)：叫沁 0 0019x7111(1-0 0029)x117 56(4) 精餾段平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：精餾段氣相平均摩爾質(zhì)量：精餾段液相平均摩爾質(zhì)量：(5) 提留段平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：提留段氣相平均摩爾質(zhì)量：提留段液相平均摩爾質(zhì)量：334平均密度計(jì)算108480$583Hx(S4ls + 273_15)(1) 氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即精餾段氣相平均密度：(2) 液相平均密度計(jì)算 塔頂液相平均密度計(jì)算=1033 kg/mt d=80.5 C ,查手冊(cè)得=815kg/m 進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算3t F=131.5 C, 查手冊(cè)得 =81

24、5kg/m 3=1042 kg/m進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 塔底液相平均密度計(jì)算t W=88.5 C , 查手冊(cè)得 精餾段液相平均密度計(jì)算 提留段液相平均密度計(jì)算液體平均表面力計(jì)算液體平均表面力依下式計(jì)算， 即 塔頂液體平均表面力t D=80.5 C , 查手冊(cè)得 =21.27mN/m =25.96 mN/m =0.986 X 21.27+0.014 X 25.96=21.34 mN/m 進(jìn)料板液體平均表面力t F=88.5 C , 查手冊(cè)得 =20.24mN/m=25.02 mN/m =0.567 X 20.24+0.433 X 25.02=22.31 mN/m 塔底液體平均表面力t W=131

25、.5 C , 查手冊(cè)得 精餾段液體平均表面力= (21.34+22.31 ) 2=21.82 mN/m 提餾段液體平均表面力= (20.33+22.31 ) 2=21.32 mN/m液體平均黏度計(jì)算液相平均黏度依下式計(jì)算(1) 塔頂液相平均粘度的計(jì)算t d=80.5 C,，查苯和氯苯的溫度-粘度曲線得=0.308mPas=0.428 mPas炯 10=0.986 炯 100.308+0.014 炯 100.428=0.309 mPas(2) 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算t f=88.5 C,查苯和氯苯的溫度-粘度曲線得=0.283mPas=0.399mPas炯 10=0.567 炯 100.283

26、 +0.433 炯 100.399=0.328 mPas(3 )塔底液相平均粘度的計(jì)算t聲131.5 C,查苯和氯苯的溫度-粘度曲線得(4 )精餾段液相平均粘度的計(jì)算(5)提餾段液相平均粘度的計(jì)算3.4精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算3.4.1塔徑的計(jì)算(1)精餾段塔徑計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為=竺=吩沁=0311"% .1120-5 3600/3600x£64*T -_5 "3600/ 由式中C由 計(jì)算，其中的 由附圖一查取，圖的橫坐標(biāo)為取板間距，板上液層高度，則 查附圖一得u-叫氣j叫冷聲禺2-15 業(yè)常斷燈底期 室塔氣速計(jì)算取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為 提

27、留段塔徑計(jì)算因?yàn)榫s段和提留段塔徑相近，塔徑取圓整后D=0.7m塔截面積空塔氣速342精餾塔有效高度計(jì)算(1)精餾段有效高度(2 )提餾段有效高度為(3) 進(jìn)料板間距為0.4m精餾段有效高度：3.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算溢流裝置計(jì)算因塔徑D=0.8m,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:(1) 堰長(zhǎng)I w取溢流堰高度hw, 由采用平直堰，堰上液層高度按下式計(jì)算，即=E近似取E=1， 其中=0.5m"10000JS=00074m取 hL=0.06m hw=hL-h ow=0.06-0.0074=0.0526m弓形降液管高度查弓形降液管的參數(shù)，得所以 驗(yàn)算液體在降液管中

28、停留時(shí)間，即3600x00322> 5s故降液管設(shè)計(jì)合理。(4)降液管底隙高度取液體通過降液管底隙時(shí)流速=0.05m/s所以 V 0.025m ,基本符合要求。而 > 0.006m,所以降液底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度=53mm塔板寬度（1）塔板的分塊因D=800mm所以板分5塊，采用整塊式。（2）邊緣區(qū)寬度確定邊緣區(qū)寬度為，破沫區(qū)寬度為；（3）開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積Aa按式計(jì)算，即0_8T-(B09B4 +0.00 =2x(0_246x-0_24163 4 0_0%4j = 2x(0 0661 + 0 0964) =0_325m2Aa=0.325（4）篩孔計(jì)算及其排列

29、本設(shè)計(jì)處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑 =5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為 開孔率為/Uj005氣體通過閥孔的氣速為塔板布置圖3.6塔板流體力學(xué)驗(yàn)算361塔板壓降(1)干板阻力計(jì)算干板阻力，按式計(jì)算如下=0.051由=1.67,查圖 5-10 得，=0.772液柱。(2 )氣體通過液層的阻力計(jì)算氣體通過液層的阻力，按式計(jì)算，即插圖得:=0.60 x 0.06=0.036m 液柱二潘 Er /圖么】2于篩扎飽瀝it秦歡KMJA Al(3)液面表面力的阻力計(jì)算 液柱。氣體通過每層塔板的液柱高度為可按下式計(jì)算，即=4毎=0 0449+0036 +000206 = 0.

30、0S3<hn氣體通過每層塔板的壓降為g窘=0.0830x861x91=703Pa 他 0_7iPa362液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。液沫夾帶液沫夾帶量按下式計(jì)算如下，即：57x10-®21_»2xl0-3035-D_15 0141x1站氣則在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許圍364漏液對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速由下式計(jì)算，即=4_4xO_實(shí)際孔速為 穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液365液泛為防止降液管液泛的發(fā)生，使降液管中清液層高度滿足下列要求苯和氯苯屬不易發(fā)泡物系，取，則而板上不設(shè)進(jìn)口堰， 耳可由下式計(jì)算液柱。液柱。符合防止

31、淹塔的要求3.7塔板負(fù)荷性能圖漏液線3.8塔體結(jié)構(gòu)及塔高示意圖(1)塔頂空間Hd取 Hd 2.0Ht 2.0*0.35 0.70m(2)塔底空間Hb塔底儲(chǔ)液空間Ls'*0.00150*6*60 0.54m3塔頂儲(chǔ)液?jiǎn)J度0.540.541 07mA T0.5026塔底液面值在下層塔板之間有1.43m故 HB 1.07 1.43 2.5m(3) 塔頂封頭高度H1由于塔徑D=0.8m查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)下冊(cè) P881橢圓封頭，得曲面高度為200mn和折邊高度為50mm容積V=0.0921 m3.貝UH1200 50 250mm 0.25m(4) 塔底裙座高度H2估計(jì)再沸器立式布置，由于氣量不是

32、很大，再沸器的高度不會(huì)超過3.0m。塔底封頭0.25m,加上底部出料高度大約0.45m,自由空間高度3.3m,故H2=4.0m。(5) 塔頂氣相出口管高度選為0.15m。(6) 由于塔徑D=0.8<1.0m,所以不設(shè)人孔。塔板結(jié)構(gòu)為整塊式。i iZ XI k壬"<+工r II工ILV圖7篩板塔塔高示意圖3.9塔接管尺寸計(jì)算(1) 進(jìn)料管已知 F=30.92kmol/h , M LFm 93.96kg/kmol, LFm 911kg/m3故進(jìn)料流量30.92* 93.9633Vf F* MLFm/ LFm3.189m /h 0.0008858m /s911取進(jìn)料管流速uf

33、0.5m/s，貝y4Vf4* 0.0008858進(jìn)料官?gòu)?dFF . 0.0475m47.5mmY ufY *0.5取進(jìn)料管尺寸為 57*3.5 (即公稱直徑DN50。(2) 回流管已知 L 1.90m3/h 0.000528m3/s取管流速為ur 0.3m/s，則4* 0.000528dR 0.0473m47.3mmR，*0.3(L 18 84kmol /h 18.84* 78.59 1.811m3/h 0.0005031m3 /s 用上述計(jì)算 817.5誤差不大)取回流管尺寸為 57*3.5 (DN50m3/h =0.000282 m3/s(3) 釜液產(chǎn)品出口管取管流速uw 0.4m/s，

34、則dw4W4*0.0002820.0300m30.0mmuw*0.4取釜液出料管38*3.5(即 DN32(4)塔頂蒸汽管已知 vt 40.87kmol /h40.87*78.591089m3/h0.302m3/s2.95取 uT 15m/s，則4*0.302dT 0.160mV *15160mm取塔頂蒸汽管為194*6(DN175(5)加熱蒸汽管已知 V 40.87kmol/h40.87 112.53.581284m3/h0.3567m3/s取u 15m/s，則(6)4 0.3567d150.174m174mm取塔底加熱蒸汽管為塔頂和塔底測(cè)壓管194 6 ( DN17532 3各一個(gè)，測(cè)壓接

35、管 32 3( DN25(7) 塔頂、塔底進(jìn)料管、精餾和提留段各一個(gè)測(cè)溫管，共8個(gè)測(cè)溫管,(DN25(8) 塔釜液位自控液位計(jì)接管上下各一個(gè)共2個(gè)測(cè)液位接管，32 3( DN25(9) 塔釜液位指示接管上、下各一個(gè)共2個(gè)指示液位接管，25 3（ DN20(10)釜液進(jìn)再沸器加熱出料管（產(chǎn)品出料管在該管上接出）49 76 112 533w 40.87 8.892 49.76kmol/h5.683m /h 0.00158m /s9.85取流速u 0.4m/s，則4 O.001580.071m 71mm0.4取894 (DN80(11)排空管(塔頂)取 57 3.5 ( DN50（排液管（接在出液下

36、部）32 3（ DN25四.塔輔助設(shè)備的計(jì)算及選型4.1原料儲(chǔ)罐數(shù)量2只，流程號(hào)為v連續(xù)精餾，貯放一個(gè)班（8小時(shí)）的料, 則貯放體積V 8F 8 30.92kmol /h 8 30.92 93.9624.94m3/hm查常溫（即40°C）下，得33a 857.3kg/m , b 1086kg/m原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)Xa 0.62 XB 0.38m-931.9kg/m3XA/ A XD/ D 0.62/857.3 0.38/1086裝料系數(shù)85%則V 原 V 泄 29.34m30.85選擇立式平底錐 蓋容器，規(guī)格為：32 m3(3000 4400)，公稱容積Vg 32m3，計(jì)算容積V計(jì) 31.

37、6m3， 工作容積v工29.5m3，直徑D=3000mm 高度H=4400mm壁厚8mm材質(zhì) A3F，重量 3700kg，圖號(hào) R22-00-11。實(shí)際裝料系數(shù)，牛黑78.9%V計(jì) 31.64.2原料輸送泵數(shù)量2只，流程號(hào)為P 102ab進(jìn)料板高度=3.0+2.5+4.55=10.05m 。塔 壓力為110.2kPa，原料密度為931.9 kg/m3， 考慮安全系數(shù)，確定泵的揚(yáng)程為 H=15m流 量為F 3.12m3/h。選擇計(jì)量泵2JB-DQ4000/6.3，所配電機(jī) 為3kw,材質(zhì)：組合體。型號(hào)說明：2缸計(jì) 量泵，防爆 型，大機(jī)座，帶氣動(dòng)控制，流量 為 4000l/h，排出壓力為 6.3

38、kgf/cm2。也可以選擇 F25-16 泵。Q 3.6m3/h , H 16m, 所配電機(jī)1.1KW 重量60kg。也可以選擇KCB-55齒輪泵，進(jìn)、出管 經(jīng)為DN25流量Q 55 1/min ,排出壓力為3.3 kgf/cm2，轉(zhuǎn)速為 1500r/min，電機(jī) 2.2KW (Y100L-4 )。一般選擇KCB-55齒輪泵。要求高時(shí)選 擇計(jì)量泵，但排出壓力不 需要這么高，把所 配電機(jī)功率調(diào)整為2.2KW足夠。4.3預(yù)熱器數(shù)量一只，流程 號(hào)為E-103原料流量F 3.12m3/h，其中苯占62%質(zhì)量 流量苯為1800kg/h，氯苯為1105kg/h。設(shè)計(jì)地區(qū)為市，按冬天最冷氣溫為-5 C,夏天

39、最高氣溫為40C設(shè)計(jì)。計(jì)算換熱 器熱量時(shí)按冬天最冷溫度設(shè)計(jì)。查-5 °C時(shí)苯和氯苯比熱分別為31.65 kcal/(kmol C) (10C 時(shí)) 和 35.42 kcal/(kmol C)。 查90 C時(shí)苯和氯苯比熱 分別為 35.77 kcal/(kmol C)和 38.99 kcal/(kmol C)。則苯的平均比熱31.65 35.77233.71kcal/(kmol C)，氯苯的平均比熱35.42 38.99 37.21kcal/(kmol C)。2選擇單程列管式換熱器作為預(yù)熱器；立 式；原料走管程，從下進(jìn)上出；加熱蒸汽走 殼程，上進(jìn)下出，加熱蒸汽壓力為0.5MPa俵壓)，

40、即0.6MPa絕對(duì)壓力，該蒸汽的 溫度為158.7 C，汽化熱為 2091.1 kj/kg。Cp，* 3371kcal/kmo1 c F6 1807KJ/(kg 37 214 186Cp，氯苯 37.21kcal/kmol c : 1.385KJ/ (kg C)112.5傳熱熱量損失按傳熱量的5%十，則需要傳熱的熱量Q (1800 1.8071105 1.385)(88.5 5)/(1 5%)470750 KJ / h 130.8KW查教材上冊(cè)P229管殼式換熱器中總傳 熱系數(shù)K值，得知冷流體為輕油沸騰，熱流 體的水蒸氣冷凝時(shí)的 K值為 4551020W/(m2 c)。由于冷流體實(shí)際為苯和 氯

41、苯二元體系與輕油相近，但不沸騰，僅加 熱到泡點(diǎn)，所以選取 K值為455W/( m2 c)。換熱器流向?yàn)槟媪魇?，平均溫度為tm七2bln At1(158.7 5)(158.7 88.5),158.7 5 ln158.7 88.593.5ln 2.332110.4C故傳熱面積S130.8 103K tm 455 110.42.60m2根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)(修訂 版)P138,選擇列管式固定管板換熱器 JB1145-73，型號(hào)規(guī)格為 5 m2 ( 273 2000)， 為單 管程，公稱傳熱面積為5m2，計(jì)算傳熱面積 為5.66 m2，管長(zhǎng)為2m管數(shù)為38根，管子 規(guī)格為25 2.5。公稱壓力為2

42、5kgf/cm2，材質(zhì)為 10#碳鋼。傳熱面積裕度H竺117.7%2.60能保證完成生產(chǎn)任務(wù)需要，但傳熱面積 裕度過大。然而K值為經(jīng)驗(yàn)值，其次操作的 波動(dòng)性和加熱蒸汽壓力的波動(dòng)性， 選裕度大 些好。當(dāng)然也可以選用4m2( 273 1500)，其計(jì)算 傳熱面積為4.18 m2。4.4篩板塔數(shù)量1只，流程號(hào)為T1044.5再沸器數(shù)量1只，流程號(hào)為E105選用立式熱虹吸式再沸器蒸發(fā)量 V =40.87Kmol/h因?yàn)樵?30 C是氯苯的汽化熱 r=8469Kcal/kmol, 再沸器的熱 損失 按 5%計(jì) 算，則所傳熱量Q=V 'r/(1-5%)=40.87X8469/0.95=364300

43、 Kcal/h=423.7kw選擇再沸器的總傳熱系數(shù)K=600w/m2c平均溫度差 tm=158.7-131.5=272 C 傳熱面積 S=Q/KA tm=423.7 X 103/6002X 27.2=26.0m 2根據(jù)化工工藝 設(shè)計(jì) 手冊(cè)上冊(cè) P144， 立式熱虹吸式再沸器，選擇規(guī) 格為45m (800 X 2000)直徑為800mm管長(zhǎng)為2m,公稱 傳熱面積45 m2,計(jì)算傳熱面積為46.6 m 2 , 管數(shù) 205 根，公稱 壓力為 10Kgf/cm 2, 材質(zhì)為 碳鋼 10。 水蒸汽走殼程，氯苯走管程。 設(shè) 備總高大約 2.8m。根據(jù)塔 彈 性系數(shù)，氣相 Vs,max=0.52m3/s

44、, 是正常操作的 Vs=0.310 m3/s 的 1.68 倍。則 最大氣相 負(fù)荷 時(shí)所需 傳熱面積為 26X 1.68=43.6 m 2，所以能保證任務(wù)完成。4.6產(chǎn)品(氯苯)冷卻器數(shù)量1只，流程號(hào)為E106產(chǎn)品流量是W=8.892kmol/h。出料氯苯從131.5 C冷卻到50C，平均比熱 Cp=(41.79+36.68)/2=39.24kcal/kmol°C,冷、熱流體逆流，熱損失不計(jì)。產(chǎn)品走管程, 冷卻水走殼程，冷卻水溫度從25C上升到30 C。貝Mtmt2 t1(131.5 30)(50 25)idlnt1131.5 3050 2554.6C傳熱量 Q=8.892 X 39

45、.24 X 4.188 X(131.5-50)=33.1KW根據(jù)教材上冊(cè)P229,水為冷流體，有機(jī) 溶劑為熱流體時(shí)，總傳熱系數(shù) K=280-850W/(m2 C ),取 K=350 W/(m2 C ), 則傳熱面積 S= Q/ ( tm) =33.1 X 103/ (350X 54.6 ) =1.73 m2選擇5M(273 X 2000)。與預(yù)熱器一樣，可以減少設(shè)備備用。4.7氯苯儲(chǔ)槽數(shù)量2只，流程號(hào)為V 107a-b氯苯流量 W=8.892Kmol/h, 50 °C密度為 1075Kg/m3,貝9W=8.892 X 112.5/1075=0.9206 m/h3體積:V=8W=8&l

46、t; 0.9306=7.44m裝料系數(shù)：© =85%則選用臥式橢圓封頭(JB1428-74 )，公 積壓力為10Kg/cm3，公積面積 Vg=10M，計(jì) 算體積 V計(jì)=10.4m2，直徑 D=1800mm長(zhǎng) L=3400mm壁厚為 8mm重量為 2280kg,材質(zhì) 為16Mn圖為 R28-10-16。規(guī)格型號(hào)為： 10m(x )4.8氯苯輸送泵數(shù)量1只，流程號(hào)為P108設(shè)計(jì)流量Q=10Mh，揚(yáng)程H=25m選擇50YG60立式管道油泵，機(jī)座號(hào) 31 2，所配電機(jī)功率為3000瓦，轉(zhuǎn)速 n=2950r/min。4.9 全冷凝器數(shù)量 1 只，流程 號(hào)為 E 109V=40.87Kmol/h

47、,苯在 80 C的汽化潛熱為r=7353Kcal/kmol 。冷卻水 走 管程，苯蒸氣 走殼程，熱損失 小計(jì)。則傳熱量 Q=V x r=40.87 x 7353 x 4.186=1.258 x 106 kJ/h=349.4kw冷卻水溫度從 25 C到30 C .，苯蒸氣由80.5 C冷凝為80.5 C的苯液體。則平均溫 度差冷流體為水，熱流體為低沸點(diǎn)烴類大致 與 冷 凝 相 似 。 查 教 材 上 冊(cè) P229 ， 得 K=455-1140w/(m2. C) ，取 K 600 w /( m 2.c) 。 則傳熱面積 S= Q/ ( tm) =349.4 x32103/ ( 600x 53) =

48、11.0 m 2根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè) P138， 選擇列管式固定管板換熱器( JB1145-73 )， 公稱直徑為DN=400mm管長(zhǎng)為2m,管程數(shù) 為U,管數(shù)為102根，管子規(guī)格為© 25 X 2.5 伽，材質(zhì)為10#碳鋼，公稱傳熱面積為15 m2, 計(jì)算面積為15.2 m。型號(hào)為15 m(© 400X 2000)。流程為自流式臥式冷凝器。設(shè)計(jì) 壓力為 :10 kgf /cm2。傳熱面積裕 度 :H=(15.2-11)/11=38.2% ，能保證任務(wù)。4.10 分配器數(shù)量 1 只，流程 號(hào)為 A110分配器取 0.8m2( 700X 1800)臥式橢 圓封頭容器。設(shè)計(jì)

49、壓力為 10kgf/cm 2。4.11 苯冷卻器數(shù)量 1 只，流程號(hào)為 E 111苯流量D=22.03kmol/h。從80.5 C冷卻到45 C ,在該溫度圍苯的平均比熱Cp=(33.22+35.10)/2=34.16kcal/(kmolC )，故傳 熱 量 Q=22.03 X 34.16 X 4.186 X ( 80.5-45 ) =1.118 X 105kJ/h=31.1kw冷卻水從25°C上升到30°C,逆流進(jìn)行傳 熱，則tt2 ti (80.5 30) (45 25) 32 9Cmin8.ti45 25總傳熱系數(shù) K=280-850 w/(m2 C )，取 K=35

50、0 w/(m2 C )，貝傳熱面積 S= Q/(tm) =31.1 x 103/(350x 32.9 ) =2.7 m2選擇與預(yù)熱器一樣冷卻器，可以減少設(shè)備備用。即規(guī)格型號(hào)為：5M( 273 X 2000)。4.12苯貯槽數(shù)量2只，流程號(hào)為V-112a-b 已知D=22.03Kmol/h,苯在45 C的密度為A=852kg/m3貯放一個(gè)班8小時(shí)的料，所需容積為V=8 X 22.03 X 78.59/852=16.3m 3裝料系數(shù)： =85%則V =16.3/0.85=19.2m 3選擇臥式橢圓封頭容器(JB1428-74 ) 公稱壓力為10kgf/cm2,公稱容積20朋，計(jì)算容積為206 m,

51、直徑為D=22m,長(zhǎng)度L=46m,壁厚為10mm 材質(zhì)16Mn 重量為 4130Kg。 圖號(hào)R-28-10-22。規(guī)格型號(hào)為：20m( 2200 X 4600)實(shí)際裝料分?jǐn)?shù)16.320679.1%。4.13苯輸送泵數(shù)量1只，流程號(hào)為P113選擇與氯苯一樣的管道油泵50Y G60/3KW .。4.14精餾系統(tǒng)設(shè)備一覽表精餾系統(tǒng)設(shè)備一覽表見表4-1表4-1設(shè)備一覽表流程號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量材質(zhì)備注V-101a-b原料貯槽32lM( © 3000 X 4400)2A3F立式平底錐形P-102a-b原料輸送泵2JB-DQ4000-6.3/3KW2組合件3Kw電機(jī)E-103預(yù)熱器5M( &#

52、169; 273 X 2000)110*立式橢圓封頭T-104篩板塔© 800X10200110*21塊篩板E-105再沸器45lM( © 800 X 2000)110*GCH800-10-45E-106氯苯冷卻器5M( © 273 X 2000)110*立式橢圓封頭V-107a-b氯苯貯槽10lM( © 1800 X 3400)216Mn臥式橢圓封頭P-108氯苯輸送泵50YG60/3KW1組合件3Kw電機(jī)E-109全冷凝器15lM( © 400 X 2000)110*臥式橢圓封頭A-110分配器0.8M( © 700X 1800)1A3F臥式橢圓封頭E-111苯冷卻器5M( © 273 X 2000)110*立式橢圓封頭V-112a-b苯貯槽20M( © 2200 X 4600)216Mn臥式橢圓封頭P-113苯輸送泵50YG60/3