化工原理课程设计
首先应根据已给定的操作条件，由图解法或解析法求得理论塔板数、选定或估算塔板效率，从而测得实际塔板数，然后对以下内容进行设计或计算： Ⅰ、塔高的计算。包括塔的主体高度、顶部与底部空间的高度，以及裙座的高度。
Ⅱ、塔径的计算。
Ⅲ、塔内件的设计。主要是塔盘的工艺和结构设计，此多此还包括，塔的进出口、防冲档板、防涡器、除沫器等的设计计算。
设计流程简略图流程：装置的有关操作条件→给定的塔板设计条件→确定塔径→溢流区的设计→气液接触区的设计→各项核对计算。
一、设计方案的确定
1、操作压力
蒸馏操作可在常压，加压，减压下进行。应该根据处理物料的性能和设计总原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本次设计为一般物料因此，采用常压操作。
2、进料状况
进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。这样塔的操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造上也叫方便。本次设计采用泡点进料即q=1。
3、加热方式
蒸馏釜的加热方式一般采用间接加热方式，若塔底产物基本上就是水，而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大。便可以直接采用直接加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓泡管，不需安装庞大的传热面，这样，操作费用和设备费用均可节省一些，然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍微有增加。但对有些
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物系。当残液中易挥发组分浓度低时，溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。
4、冷却方式
塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。如果要求的冷却温度较低。可考虑使用冷却盐水来冷却。
5、热能利用
蒸馏过程的特性是重复进行气化和冷凝。因此，热效率很低，可采用一些改进措施来提高热效率。因此，根据上叙设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采用常压操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式，适当考虑热能利用。
本设计任务为分离苯—氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏方法，设计中采用泡点进料，将混合料液经预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升器采用全凝器冷凝后，部分回流。其余部分作为塔顶产品经冷却后送入储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜部分采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送入储罐。工艺流程图见附图。查阅得知苯和氯苯的一些性质如下：
（http://wenku.http://m.diyifanwen.net//view/7aae7929915f804d2b16c16b.html?from=related&hasrec=1）
1.苯和氯苯的物理性质
表1.1苯和氯苯的物理性质
项目 苯 （A） 氯苯（B） 分子式 C6H6 C6H5 Cl 相对分子质量 78.11 112.56 沸点 80．1 131.8 临界温度/c 288.5 359.2 。临界压力/kpa 6833.4 4520
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2.苯－氯苯的气液相平衡数据
表1.2苯－氯苯的气液相平衡数据
沸点温度 t ℃ 80.02 90 100 110 苯的组成 液相xA 1 0.69 0.447 0.267 气相yA 1 0.916 0.785 0.61
沸点温度 t ℃ 120 130 131.8 苯的组成 液相xA 0.129 0.0195 0 气相yA 0.378 0.0723 0 3.组成饱和蒸气压p0
i表1.3苯－氯苯的组成饱和蒸气压
温度℃ 80 90 100 110 120 130 131.8 pmmhg苯 0i760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 p0immhg氯苯
148 205 293 400 543 719 760 二 、精馏塔的物料衡算
1、 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量 M苯 = 78.11kg/kmol 氯苯的摩尔质量 M氯苯=112.56kg/ kmol
0.62/78.11?0.701
0.62/78.11?0.38/112.560.98/78.11XD??0.986
0.98/78.11?0.02/112.560.002/78.11XW??0.003
0.002/78.11?0.998/112.56XF? - 6 -
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2、 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF?0.701?78.11?(1?0.701)?112.56?88.411kg/kmol MD?0.986?78.11?(1?0.986)?112.56?78.593kg/kmol MW?0.003?78.11?(1?0.003)?112.56?112.457kg/kmol
3、 物料衡算
15?107?300?242.083?104 原料处理量 W???185.26kmo/lh
MW112.457总物料衡算 F=D+W （1） 易挥发组分物料衡算 0.701F=0.986D+0.003W （2） 联立上式（1）、（2）得： D=453.72kmol/h F=638.98kmol/h
三、塔板数的确定
1、理论板层数NT的求取
苯－氯苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数根据苯－氯苯物系的气液平衡数据，绘出x-y，t-x-y图
图3.1苯－氯苯的气液平衡t -x-y图
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1.000.950.900.850.800.750.700.650.600.550.50(0.701,0.918)y 0.450.400.350.300.250.200.150.100.050.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00x=0.003wX=0.986DX
图3.2苯－氯苯的气液平衡x-y图
（1）、根据苯－氯苯的气液平衡数据作x-y图及t -x-y图
通过气液平衡关系在t -x-y图直角坐标系中做出平衡曲线，并在苯－氯苯的气液平衡x-y图标出c点（xw、xw）、e点（xF、xF）、a点（xD、xD）三点；
（2）、求最小回流比Rmin及操作回流比R
因饱和液体进料，在图中对角线上自点e（0.701,0.701）作垂线（q线）该线与平衡线的交点坐标为（yq=0.918,xq=0.701），此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。Rmin=(xD-yd)/(yq-xq)=(0.986-0.918)/(0.918-0.701)=0.313取操作回流比: R=2Rmin=1.2×0.313=0.626
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