化工原理课程设计--设计筛板塔分离苯和甲苯的混合物

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1、 1 第一章 绪论 本次化工原理课程设计我们的任务是设计筛板塔分离苯和甲苯 的混合物。分离苯和甲苯对现实有着很重要的意义。 苯是染料、塑料、合成橡胶、合成树脂、合成纤维、合成药物和 农药等的重要原料，也是涂料、橡胶、胶水等的溶剂，也可以作为燃 料。 苯的沸点为 80.1， 熔点为 5.5， 在常温下是一种无色、 味甜、 有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为 0.88g/ml， 但其分子质量比水重。苯难溶于水，1 升水中最多溶解 1.7g 苯；但 苯是一种良好的有机溶剂， 溶解有机分子和一些非极性的无机分子的 能力很强。 甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂， 也是有机化工的重要

2、原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对 过剩，因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯衍 生的一系列中间体，广泛用于染料、医药、农药、火炸药、助剂、香 料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。甲苯进行侧链氯化得 到的一氯苄、二氯苄和三氯苄，包括它们的衍生物苯甲醇、苯甲醛和 苯甲酰氯（一般也从苯甲酸光气化得到），在医药、农药、染料，特 别是香料合成中应用广泛。甲苯的环氯化产物是农药、医药、染料的 中间体。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐剂（主要使用其钠 盐），也用作有机合成的中间体。甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间 体，包括对甲苯磺酸及其钠盐、CLT 酸、甲

3、苯-2,4-二磺酸、苯甲醛 -2,4-二磺酸、甲苯磺酰氯等，用于洗涤剂添加剂，化肥防结块添加 2 剂、有机颜料、医药、染料的生产。甲苯硝化制得大量的中间体。可 衍生得到很多最终产品，其中在聚氨酯制品、染料和有机颜料、橡胶 助剂、医药、炸药等方面最为重要。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能 不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ，沸点为 111 。 甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一 种无色透明，清澈如水的液体，密度为 0866 克厘米 3，对光有 很强的折射作用（折射率： 1,4961）。 甲苯几乎不溶于水(0,52 g/l)， 但可以和

4、二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大 多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的粘性为 0,6 mPa s，也就是说它的粘稠性弱于水。甲苯的热值为 40.940 kJ/kg，闪点 为 4 ，燃点为 535 。 本次分离设计，我采用的塔板的类型为筛板塔精馏， 筛板塔塔板 上开有许多均布的筛孔，孔径一般为 38mm，筛孔在塔板上作正三角 形排列。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： () 结构比浮阀塔更简单， 易于加工， 造价约为泡罩塔的 60， 为浮阀塔的 80左右。 () 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015。 () 塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。

5、() 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右。 筛板塔也有它的缺点，比如： () 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 3 () 操作弹性较小(约 23)。 () 小孔筛板容易堵塞。 虽然筛板塔也有它的缺点， 但是设计良好的筛板塔仍具有足够的 操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛 板的应用日益增多，所以在本设计中设计该种塔型。 第二章 设计方案的确定及工艺流程的说明 1 . 生产工艺流程示意图 图 1-1 生产工艺流程示意图 2. 设计方案的确定 本设计任务为分离苯甲苯混合物。 对于二元混合物的分离，应 原 料 原 料 罐 原 料 预 热 精 馏 塔 冷凝器

6、冷却器 再沸器 苯 冷却器 甲苯储罐 甲苯 苯的储罐 4 采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料， 将原原料液通过预热器加 热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升采用全凝器， 冷凝液在泡点下一 部分回流至塔内，其余问部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系 属于分离物系， 最小回流比较小， 故操作回流比取最小回流比的 2 倍。 塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 第三章 全塔物料衡算 1. 原料液与塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 （1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量 A M=78.11Kg/mol 甲苯的摩尔质量 B M=92.13Kg/mol F X= 13.92/60.011.78/40.0 11.78/40.0 =0.440 D X= 13.92/02.011.78/98.0 11.78/98.0 =0.983 W X= 13.92/99.011.78/01.0 11.78/01.0 =0.012 （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M=0.44078.11+(1-0.440)