苯甲苯连续精馏装置课程设计(3)

（三）确定加热方式

蒸馏大多采用间接蒸汽加热，设置再沸器，以提供足够的热量；

若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，也可采用直接蒸汽加热。

直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，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，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。

所以，本设计采用间接加热方式。

（四）确定冷却方式

设备一般采用常温水作为冷却剂。这样，既经济，又取材方便。水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。

因而，本设计以常温水作为冷却剂。

5

（五）热能的利用

采用合适的回流比；使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降至最低。与此同时，合理利用精馏过程本身的热能也是节约的重要举措。

蒸馏系统的合理设置，。采用中间再沸器和中间冷凝器的流程[1]，可以提高精馏塔的热力学效率。因为设置中间再沸器，可以利用温度比塔底低的热源，而中间冷凝器则可回收温度比塔顶高的热量。

综合上述，进行方案的设计，因参考一下原则： (1) 满足工艺和操作的要求

所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。 (2) 满足经济上的要求

要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。

在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。 (3) 保证安全生产

例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。

以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。

四 塔的工艺计算

已知参数：苯、甲苯混合液处理量，F＝13200kg/h；xF?0.46；xD?0.96；xW?0.01；进料热状况:饱和液体进料即q=1；单板压降不大于0.7kPa。

表1 苯和甲苯的物理性质

项目 苯A 甲苯B

表2 常压下苯和甲苯的气液平衡数据

温度 液相中苯的摩尔分数x 气相中苯的摩尔分数y 0.00000 0.07110 0.11200 110.56 108.79 107.61

6

分子式 分子量M 78.11 92.13 沸点（K） 临界温度t（℃） 临界压强PC（kPa） C353.3 110.6 562.1 318.57 6833.4 4107.7 C6H6C6H5?CH30.00000 0.03000 0.05000

105.05 102.79 100.75 98.84 97.13 95.58 94.09 92.69 91.40 90.11 87.63 86.52 85.44 84.40 83.33 82.25 81.11 80.01 0.10000 0.15000 0.20000 0.25000 0.30000 0.35000 0.40000 0.45000 0.50000 0.55000 0.65000 0.70000 0.75000 0.80000 0.85000 0.90000 0.95000 1.00000 0.20800 0.29400 0.37200 0.44200 0.50700 0.56600 0.61900 0.66700 0.71300 0.75500 0.82500 0.85700 0.88500 0.91200 0.93600 0.95900 0.98000 1.00000

表3 液体的表面张力

温度 苯，mN/m 甲苯，mN/m 表4 苯与甲苯的液相密度

温度(℃) 苯,kg/m3 甲苯,kg/m3

表5 液体粘度μL

温度(℃) 苯（mPa.s） 甲苯（mPa.s） 80 0.308 0.311 90 0.279 0.286 100 0.255 0.264 110 0.233 0.254 120 0.215 0.228 80 815 810 90 803.9 800.2 100 792.5 790.3 110 780.3 780.3 120 768.9 770.0 80 21.27 21.69 90 20.06 20.59 100 18.85 19.94 110 17.66 18.41 120 16.49 17.31

（一）精馏塔的物料衡算

F＝13200kg/h

7

1）料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分率

46/78.11xF??0.5046/78.11?54/92.13

96/78.11xD??0.966

96/78.11?4/92.13

1/78.11xW??0.01181/78.11?99/92.14

2）平均分子量

MF?0.50?78.11?(1?0.50)?92.14?85.11Kg/Kmol

MD?0.966?78.11?(1?0.966)?92.14?78.59Kg/KmolMW?0.0118?78.11?(1?0.0118)?92.14?91.97Kg/Kmol

3）物料衡算原料处理量

总物料衡算 W’+D’=13200 （1）

?0.01W’=0.46?13200 （2） 易挥发组分物料衡算 0.96D’

联立上式（1）、（2）解得：

F'?13200Kgh F=13200/85.11=155.10 kmol/h D'?6252.6Kgh D=6252.6/78.59=79.56 kmol/h W'?6947.4Kgh W=6947.4/91.97=75.54 kmol/h

（二）塔板数的确定

⒈ 塔板数NT的计算

在本设计中，因苯—甲苯属于理想物系，可用图解法计算理论板数NT。其计算方法如下：

（1）根据苯－甲苯的气液平衡数据作x-y图及t -x-y图（如下图所示）。

8

9