精馏塔课程设计

第一章绪论

1.1精馏的特点及分类

精馏是分离液体混合物的典型单元操作。它是通过加热造成气液两相物系，利利用物系中各组分挥发度的不同的特性来实现分离的。

按精馏方式分为简单精馏、平衡精馏、精馏和特殊精馏。

1.1.1蒸馏分离具有以下特点

（1）通过蒸馏分离，可以直接获得所需要的产品。

（2）适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物。

（3）蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离。

（4）蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题。

1.1.2平衡蒸馏

将混合液在压力p1下加热，然后通过减压阀使压力降低至p2后进入分离器。过热液体混合物在分离器中部分汽化，将平衡的气、液两相分别从分离器的顶部、底部引出，即实现了混合液的初步分离。

1.1.3简单蒸馏

原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸气进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接受器中。在一批操作中，馏出液可分段收集，以得到不同组成的馏出液。

1.1.4连续精馏操作流程

化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。

1－精馏塔 2－全凝器3－储槽 4－冷却器

5－回流液泵 6－再沸器 7－原料液预热器

图1连续精馏装置示意图

1.2精馏塔的踏板分类

1.2.1塔板的结构形式

1.泡罩塔板

泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有φ80mm、φ100mm和φ150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。它的优点是操作弹性

适中塔板不易堵塞。缺点是生产能力及板效率较低结构复杂、造价高。

图2泡罩塔板

（a)操作示意图 (b)塔板平面图 (c)圆形泡罩

2.筛孔塔板

筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。它的优点是结构简单、造价低生产能力大，板上液面落差小，气体压降低，塔板效率较高。缺点是操作弹性小、筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料。

图3筛孔塔板

（a）操作示意图（b）筛孔布置图

3.浮阀塔板

浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，可防止阀片与板面的黏结。

a）F1 型浮阀（b） V-4 型浮阀（c） T 型浮阀

图4浮阀塔板。

1.3 待分离混合物

1.3.1甲苯（toluene，又名methylbenzene）

图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”，具有类似苯的芳香气味，沸点（常压）110.63℃，熔点-94.99℃。甲苯不溶于水，溶于乙醇、乙醚和丙酮。蒸气和空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1.2～7.0%（体积）。如甲苯溶解溴后，在光照条件下，甲基上的氢原子被溴原子取代（与甲烷相似）而在铁作催化剂条件下，苯基上的氢原子被溴原子取代（与苯相似）；但甲苯分子中存在着甲基和苯基的相互影响，使得甲苯又具有不同于苯和甲烷的性质，如苯环上的取代反应（卤化、硝化等），甲苯比苯容易进行，甲苯分子中的甲基可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成苯甲酸。

1.3.2性质

表1甲苯的理化性质

CAS号108-88-3 沸点110.6 ℃

RTECS号XS5250000 在水中的溶

解度

0.053 g/100

mL

(20-25℃)

SMILES Cc1ccccc1 黏度0.590 cP,20℃

化学式C7H8

(C6H5CH3) 主要危险高度易燃

摩尔质量92.14 g/mol 警示性质标

准词

R11, R38,

R48/20,

R63, R65,

R67

外观

清澈的无色

液体 安全建议标准词

S2, S36/37,

S29, S46, S62

密度

0.8669 g/ml

（l ）

闪点

4 ℃

熔点 ?94.99 ℃ 沸点 110.6 ℃

甲苯(Toluene ）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0.866 g/cm³，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 ℃。

图6甲苯

1.3.3甲苯的用途

甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它可以萃取溴水中的溴，但不能和溴水反应；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯与硝酸取代的产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），是威力很大的炸药。