一、苯-氯苯板式精馅塔的工艺设计任务书（一）设计题目设计一座苯-氯苯连续精饰塔，要求年产纯度为％的苯36432吨，塔底镭出液中含苯1%,原料液中含苯为61% （以上均为质量百分数）。

（二）操作条件1•塔顶压强4kPa （表压）2.进料热状况：饱和蒸汽进料3.回流比：R=2R ttia4.单板压降不大于（三）设计内容设备形式：筛板塔设计工作日：每年330天，每天24小时连续运行厂址：青藏高原大气压约为的远离城市的郊区设计要求1.设计方案的确定及流程说明2.塔的工艺计算3.塔和塔板主要工艺尺寸的确定（1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学验算（3）塔板的负荷性能图绘制（4）生产工艺流程图及精懈塔工艺条件图的绘制4.塔的工艺计算结果汇总一览表5.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p； (mmHg)2•组分的液相密度卩(kg/m5)3.组分的表面张力er (mN/m)4•液体粘度U (mPas)常数二、苯-氯苯板式精憎塔的工艺计算书（精馆段部分）（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饰塔（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。

典型的连续精饰流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精懈塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。

在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。

操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。

塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（饰出液）。

（二）全塔的物料衡算1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为kg/kmol和kmol0. 61/78. 11x P = --------------------------------------- =0.61/78. 11 + 0. 39/112.62.平均摩尔质量3.料液及塔顶底产品的縻尔流率依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有：36432 x 1000 x 0.989330 x 24（三）塔板数的确定 1 •理论塔板数Nr 的求取 2）确定操作的回流比2?将1）表中数据作图得x 〜卩曲线及x 〜y 曲线。

在x-y 图上，因q 二0, e （,）查得人=0. 693 , X Q = 0. 31 o 故有：3）求理论塔板数（图解法）精饰段操作线：y =」一 x += 0. 60心+ 0. 392R + 1 R + 1 总理论板层数：（包括再沸器） 进料板位层：42. 实际塔板数TV 』 1） 全塔效率码选用=0.17-0.616 log 公式计算。

该式适用于液相粘度为~・s 的烧类物系, 式中的几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+129）二。

C （取塔顶底的算术平均值），在此平均温度下查化工原理附录得：M A = 0. 246mPa - s, /LI S = 0. 352mPa • s 。

2） 实际塔板数/J （近似取两段效率相同）精馆段：= 3/0. 51 = 6块提镭段：血1 = 2. 5/0. 51 = 5块（四）塔的精饰段操作工艺条件及相关物性数据的计算=58. 62 kmol/h , 全塔物料衡算:F = D + W x f F =X D D + X WJ = 84. 22kmol/h W = 25. 6kmol/h=0. 7624 ; R = 2R.・、 =1. 5250・ 989 — 0.6930. 693 - 0. 311. 平均压强厶取每层塔板压降为计算。

塔顶：/?D =77.31+4 = 81.31kPa加料板：P F = 81. 31 + 0. 7 X 6 = 85. 51kPa 塔底：= 85. 51 + 0. 7 X 5 = 89. OlkPa精镭段平均压强化=(81.31 + 85.51)/2 = 83.41kPa 提镭段平均压强化=(89. 01 + 85. 51)/2 = 87. 26kPa 2. 平均温度一P =厅心+ P 紬B 和lg 严=A- —两式联立由试差法求得 t + C t D = 73. 35 °C ； t F = 83. 76 °C ； t = 125. 79 °C儿=% = 0.989, “ = 0.93 (查相平衡图)加料板：* = 0.725, A 7 = 0. 38 (查相平衡图) 塔底：y w = 0. 075，x w = 0. 014精饰段：M Vs = (78・ 49 + 87. 59) / 2 = 83. 04kg/kmol 提镉段： 叽 =(87. 59 + 110. 01)/2 = 98. 8kg/kmol 4. 平均密度/% 1) 液相平均密度Qs塔顶：t D = 73. 35 °C p A = 822. 2Kg / m z = 1049. 3Kg / 进料板：t F = 83. 76 °C /?,= 810. SKg / m z = 1037. IKg /精懈段平均温度: 提懈段平均温度:3.平均分子量皿〃73.3^S3.7678.5bC 125.7^-S3.76=104.71SC塔顶:塔底：t w = 83. 76 p A = 761. IKg / nf = 989. ^Kg / m 3 精懈段：p“= (824. 9 + 947. 2) / 2 = 886. OoKg / m' 提懈段：(947. 2 + 986. 6) / 2 = 966. QKg / 屛2) 汽相平均密度/V”5 •液体的平均表面张力％塔顶：t D = 73. 35 °C; a DA = 22. 09/ztV / m = 24. 44/ztV / m 进料板：t F = 83. 76 °C; j = 20. 82/ztV / m j = 23. 34/aV / m 塔底：t w = 125. 79 °C:a WA = 15. 82zaV / m (J 粘=18. 11 mN / m精镉段：b“= (24. 44 + 21. 59)/2 = 21. 86皿V / m 提馅段:b“= (21. 59 + 18. 77)/2 = 20. 18血V’ / m 6.液体的平均粘度“z”塔顶：t D = 73. 35 °C 卩以=°・332mpa ・s 卩皿=0・457砂曰・s 加料板：t F = 83. 76 °C “A = °・298如a ・s 卩強=0・416如曰・s 塔底：t F = 125. 79 °C,卩朴=。

・ 206如＜a • s , “皿=0. 302/npa • s 精镭段：“血=(0. 333 + 0. 334) / 2 = 0. 3335如a • s 提饰段：〃如=(0. 334 + 0. 3003) / 2 = 0. 317/npa ・ s（五）精饰段的汽液负荷计算汽相摩尔流率卩=（斤 + 1）2? = 2. 525 x 58. 62 = 148. Q2Kmol / h8. 314 x (104. 71 + 273. 15)=2. 76危 / m84. 81 x 99. 36提餾段：A.液相回流摩尔流率 Z = RD = 1. 525 X 58. 62 = 89. ^Kmol / h（六）塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 1 •塔径1） 初选塔板间距H r = 400nm 及板上液层高度九=50mm ,则: 2） 按Smith 法求取允许的空塔气速“叫（即泛点气速作）查Smith 通用关联图得Ro = 0. 075负荷因子C = Go （乞严=0. 075 x （生兰严=o. 076320 20 泛点气速：U = 0. 07631886, 05 - 2, 38 = 1. 47刃 / sm/s 亠 \ 2.38 3） 操作气速取 u = Q. v = 0. 7 x 1. 47 = 1. 029/» / sma 〉. 4） 精镉段的塔径闘整取Q = 1400mm塔截而积为儿=—D" = — x (1. 4)" = 1. 539矿 4 4 此时的操作气速u =丄卫=0.935M /S 。

2.011 2 •塔板工艺结构尺寸的设计与计算 1）溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盘，且不设进口内堰。

① 溢流堰长（出口堰长）几液相体积流量Zs3600。

血 89. 40 x 90. 0_ 3600 x 886. 05=0. 0025/z?3 / s取厶=0. 6Z? = 0. 6 X 1. 4 = 0. 84m②出口堰高九.—=0.6 —= 13.92查得E二③降液管的宽度巧和降液管的面积哲由厶/ Q = 0. 66,查化原下P由图11T6得伤/ /? = 0. 1, 4 / 4 = 0. 055 ,即: W d = 0. 14m 9 A f = 0. 055矿液体在降液管内的停留时间r = *工=13. 55 > 5s （满足要求）Ls④降液管的底隙高度九液体通过降液管底隙的流速一般为~s,取液体通过降液管底隙的流速u： = 0. Im/ s ,则有:故降液管设计合底隙高度设计合理2）塔板布置1•塔板分块因D二1400故塔板分4块2.边缘区宽度瞪.=0. 09也W c = 0. 04也②开孔区面积屯式中：x = D I 2 - 驰 + 传）=0. 47m3）开孔数”和开孔率卩取筛孔的孔径d0 = 5nin ,正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度d = 3nun,且取r/心=3.0。

故孔心距/ = 3x5 = 15inino每层塔板的开孔数刀=巴也=5769 （孔）每层塔板的开孔十瞬•罟皿W 应在5込故满足要求）气体通过筛孔的孔速％ = ? = 12. 54加/s 4）精饰段的塔高乙= (N w 一 1)毎=(6 — 1)0. 4 = 2加；（七）塔板上的流体力学验算 1 •塔板压降动能因子丘=0. 983^2. 38 = l ・52@ /(s ・ zz?1 2) 查化原图得0 = 0. 60比=p L gh p = 0. 539Apa < 0. 7Kpa (满足工艺要求)。