【正文】 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 精餾的特點(diǎn)及分類 精餾是分離液體混合物的典型單元操作。它是通過加熱造成氣液兩相物系，利利用物系中各組分揮發(fā)度的不同的特性來實(shí)現(xiàn)分離的。 按精餾方式分為簡單精餾、平衡精餾、精餾和特殊精餾。 蒸餾分離具有以下特點(diǎn) （ 1）通過蒸餾分離，可以直接獲得所需要的產(chǎn)品。 （ 2）適用范圍廣，可分離液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)混合物。 （ 3）蒸餾過程適用于各種濃度混合物的分離。 （ 4）蒸餾操作耗能較大，節(jié)能是個(gè)值得重視的問題。 平衡蒸餾 將混合液在壓力 p1下加熱，然后通過減壓閥使壓 力降低至 p2后進(jìn)入分離器。過熱液體混合物在分離器中部分汽化，將平衡的氣、液兩相分別從分離器的頂部、底部引出，即實(shí)現(xiàn)了混合液的初步分離。 簡單蒸餾 原料液在蒸餾釜中通過間接加熱使之部分汽化，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入冷凝器中冷凝，冷凝液作為餾出液產(chǎn)品排入接受器中。在一批操作中，餾出液可分段收集，以得到不同組成的餾出液。 連續(xù)精餾操作流程 化工生產(chǎn)以連續(xù)精餾為主。操作時(shí)，原料液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱為釜?dú)堃海?；部分液體被汽化，產(chǎn)生上升蒸氣，依次通過各層 塔板。塔頂蒸氣進(jìn)入冷凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱為餾出液）采出。 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 2 1－精餾塔 2－全凝器 3－儲(chǔ)槽 4－冷卻器 5－回流液泵 6－再沸器 7－原料液預(yù)熱器 圖 1連續(xù)精餾裝置示意圖 精餾塔的踏板分類 塔板的結(jié)構(gòu)形式 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有 ?80mm、 ?100mm 和?150mm 三種尺寸，可根據(jù)塔徑大小選 擇。泡罩下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。它的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性適中塔板不易堵塞。缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力及板效率較低結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。 圖 2泡罩塔板 （ a)操作示意圖 (b)塔板平面圖 (c)圓形泡罩 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 3 篩孔塔板簡稱篩板，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有許多均勻小孔，孔徑一般為3～ 8mm。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。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低生產(chǎn)能力大，板上液面落差小，氣體壓降低，塔板效率較高。缺點(diǎn)是操作彈性小、篩 孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料。 圖 3篩孔塔板 （ a） 操作示意圖 （ b）篩孔布置圖 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn) 90176。，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，可防止閥片與板面的黏結(jié)。 a） F1 型浮閥 （ b） V4 型浮閥 （ c） T 型浮閥 圖 4浮閥塔板。 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 4 待分離混合物 甲苯（ toluene，又名 methylbenzene） 圖 5甲苯的球棍模型 甲苯系 苯的同系物 ，亦名 “ 甲基苯 ” 、 “ 苯基甲烷 ” ，具有類似苯的芳香氣味， 沸點(diǎn) （常壓） ℃ ， 熔點(diǎn) ℃ 。甲苯不溶于 水 ，溶于 乙醇 、 乙醚 和丙酮 。 蒸氣 和 空氣 形成爆炸性 混合物 ， 爆炸極限 ～ %（ 體積 ）。如甲苯溶解 溴 后，在光照條件下，甲基上的氫 原子 被溴原子取代（與 甲烷 相似）而在鐵作催化劑 條件下，苯基上的氫原子被溴原子取代（與苯相似）；但甲苯分子中存在著 甲基 和 苯基 的相互影響，使得甲苯又具有不同于苯和甲烷的性質(zhì)，如苯環(huán)上的取代反應(yīng) （鹵化、 硝化 等），甲苯比苯容易進(jìn)行，甲苯分子中的甲基可以被 酸性高錳酸鉀 溶液 氧化 ,生成苯甲酸。 性質(zhì) 表 1 甲苯的理化性質(zhì) CAS號(hào) 108883 沸點(diǎn) ℃ RTECS號(hào) XS5250000 在水中的溶解度 g/100 mL (2025℃) SMILES Cc1ccccc1 黏度 cP,20℃ 化學(xué)式 C7H8 (C6H5CH3) 主要危險(xiǎn) 高度易燃 摩爾質(zhì)量 g/mol 警示性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)詞 R11, R38, R48/20, R63, R65, 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 5 R67 外觀 清澈的無色液體 安全建議標(biāo)準(zhǔn)詞 S2, S36/37, S29, S46, S62 密度 g/ml（ l） 閃點(diǎn) 4 ℃ 熔點(diǎn) ? ℃ 沸點(diǎn) ℃ 甲苯 (Toluene）是最簡單，最重要的 芳烴 化合物之一。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈 黃色 。甲苯的熔點(diǎn)為 95 ℃ ，沸點(diǎn)為 111 ℃ 。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類似），在 常溫 常壓下是一種無色透明，清澈如水的液體，密度為 g/cmamp。sup3。，對(duì)光有很強(qiáng)的折射作用（ 折射率 ： ）。甲苯幾乎不溶于水 (0,52 g/l)，但可以和二硫化碳， 酒精 ，乙醚以任意比例混溶，在 氯仿 ，丙酮和大多數(shù)其他常用有機(jī)溶劑中也有很好的 溶解性 。甲苯的粘性為 mPas ，也就是說它的粘稠性弱于水。甲苯的熱值為 kJ/kg，閃點(diǎn)為 4 ℃ ，燃點(diǎn)為 535 ℃ 。 圖 6 甲苯 甲苯的用途 甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶劑中。甲苯容易發(fā)生氯化，生成苯 — 氯甲烷或苯 三氯甲烷 ，它們都是工業(yè)上很好的溶劑；它可以萃取 溴水中的溴，但不能和溴水反應(yīng)；它還容易硝化，生成對(duì)硝基甲苯或鄰硝基甲苯，它們都是 染料 的原料；它還容易 磺化 ，生成鄰甲苯磺酸或 對(duì)甲苯磺酸 ，它們是做染料或制 糖精 的原料。甲苯與硝酸取代的產(chǎn)物三硝基甲苯一份甲苯和三份 硝酸 硝化，可得到 三硝基甲苯 （俗名 TNT，梯恩梯），是威力很大的 炸藥 。 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 6 甲苯主要由原油經(jīng) 石油化工 過程而制行。作為溶劑它用于油類、 樹脂 、天然橡膠和 合成橡膠 、煤焦油、 瀝青 、醋酸纖維素，也作為溶劑用于纖維素 油漆 和清漆，以及用為照相制版、墨水的溶劑。甲苯也是 有機(jī)合成 ，特別是氯化苯酰和苯 基、糖精、三硝基甲苯和許多染料等有機(jī)合成的生要原料。它也是航空和 汽車 汽油的一種 成分 。 苯 苯的理化性質(zhì) 表 2苯的理化性質(zhì) 分子量： 表面張力（與空氣接觸， 0℃ ） 熔點(diǎn) ℃ 導(dǎo)熱系數(shù)（ 12℃ ，液體 ,) (m． K) 沸點(diǎn) ℃ 折射率（ 20℃ ) 14462 液體密度 (20℃ ℃ 氣體密度： ℃ 相對(duì)密度（ 38℃ ,空氣 =1）： 爆炸界限 %% 氣化熱 (25℃ 臨界溫度 ℃ 最大爆炸壓力的濃度 % 臨界壓力： 302kg/m3 最易引燃濃度 5% 臨界密度： 4898kPa 燃燒熱（液體，25℃ ） 比熱容 Cp=(kg． K) 毒性級(jí)別 2 比熱比 Cp/Cv= 易爆炸性級(jí)別 0 蒸氣壓 (℃ ) 易燃性級(jí)別 3 粘度（ 20℃ ． s 苯在常溫常壓下為具有芳香氣味的無色透明揮發(fā)性液體。能放出有毒蒸氣。苯是一種不易分解的化合物，與其它化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，其基本結(jié)構(gòu)不變，僅 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 7 僅是苯環(huán)中的氫原子被其它基團(tuán)取代而已。苯的蒸氣能與空氣形成爆炸性的混合物。液體苯比水輕，但其蒸氣比空 氣重。遇到高熱或明火極容易引起燃燒和爆炸。苯蒸氣能擴(kuò)散很遠(yuǎn)，遇到火源就著燃，并能把火焰沿氣流引回來。苯容易產(chǎn)生和積聚靜電。苯與氧化劑接觸反應(yīng)激烈。苯難溶于水，但易溶于酒精、乙醚、丙酮、氯仿、汽油、二硫化碳等有機(jī)溶劑。 課程設(shè)計(jì)使教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性。學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的的初次嘗試。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì) 的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力，同時(shí)通過課程設(shè)計(jì)，還可以樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是嚴(yán)肅認(rèn)真的高度責(zé)任感的工作作風(fēng)同時(shí)也增強(qiáng)工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力。 設(shè)計(jì)方案簡介 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，用低壓熱蒸汽對(duì)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱，加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器 冷卻后送至儲(chǔ)罐。塔底一部分經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐作為產(chǎn)品產(chǎn)出，另一部分進(jìn)過再沸器加熱再次送入塔內(nèi)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比是最小回流比的 2 倍。 苯 甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 8 第二章 工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 11苯 (A)甲苯 (B)飽和蒸氣壓（總壓 105Pa） 溫度 /℃ 85 90 95 100 105 pA*/105Pa 2． 40 PB*/105Pa 表 12 苯 甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 溫度 /℃ 85 90 95 100 105 液相中苯的摩爾分率 xA 0 氣相中苯的摩爾分率 yB 0 表 13 苯 甲苯部分溫度下的密度 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 3A mkg/ ??? 815 3B mkg/ ??? 810 表 14 純組分的表面張力 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 苯 mN/m 甲 苯 mN/m