苯与氯苯分离化工原理课程设计

(一）产品与设计方案简介

1.产品性质、质量指标和用途

产品性质：有杏仁味的无色透明、易挥发液体。密度1．105g/cm3。

沸点131．6℃。凝固点-45℃。折射率1．5216(25℃)。闪点29．4℃。燃点637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面张力33．28×10-3N／m．溶解度参数δ＝9．5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。易燃，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1. 3％-7．1％(vol)。溶于大多数有机溶剂，不溶于水。常温下不受空气、潮气及光的影响，长时间沸腾则脱氯。蒸气经过红热管子脱去氢和氯化氢，生成二苯基化合物。有毒．在体内有积累性，逐渐损害肝、肾和其他器官。对皮肤和粘膜有刺激性．对神经系统有麻醉性，LD502910mg／kg，空气中最高容许浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸的危险。与氯酸银反应剧烈

质量指标：苯纯度不低于99.8%，塔顶馏出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯45%。（以上均为质量分数）

产品用途：作为有机合成的重要原料

2.设计方案简介

（1）精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔

中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品

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质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。

（2）操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于苯和氯苯这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。（3）塔板形式：F1型浮阀塔板，浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低;塔板开口率大，生产能力大；由于阀片可随气量的变化自

由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。

（4）加料方式和加料热状态：设计采用泡点进料，将原料通过预

热器加热至泡点后送入精馏塔内。

（5）由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。

（6）再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至泡点下一部分回流入塔，其余部分经产品冷却器冷却后送至储灌。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。3工艺流程草图及说明

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如图1所示，求解结果为

总理论板层数 N T =11.0（包括再沸器）

进料板位置 N F

=4

图1 图解法求理论板层数

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图2 苯-氯苯物系温度组成图

2．实际塔板数的求取

（1）全塔效率

塔的平均温度(83.9131.5)/2107.7m t =+=℃

平均温度下的气液组成 0.300m x =0.656m y =

苯与氯苯的粘度分别为 0.238A u mpa s = 0.256B u mpa s =

平均粘度为 0.3000.2380.6560.2560.239m u mpa s =⨯+⨯= 塔板效率为 0.170.616lg 0.170.616lg 0.2390.553

T m E u =-=-⨯=（2）实际板层数的求取

N 精=3/0.553=5.42≈6

N提=8/0.553=14.47≈15

N p=6+15=21

(四) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

1、操作压力的计算

塔顶操作压力p D=101.08+4=105.08kpa

每层塔板压降Δp=0.7kpa

进料板压力p F=105.08+0.7×6=109.28kpa

塔底压力p W=105.08+0.7×21=119.78kpa

精馏段平均压力p m=1/2×（105.08+109.28）=107.18kpa 提馏段平均压力p m‘=1/2×（109.28+119.78）=114.53kpa

2、操作温度计算

由t-x-y图得，塔顶温度t D=83.5℃，进料板温度t F=91.7℃，塔底温度t W=131.1℃。精馏段平均温度t m=1/2×（83.9+91.7）=87.6℃，提馏段平均温度t m‘=1/2×（131.1+91.7）=111.4℃。

3、平均摩尔质量的计算

塔顶x D=y1=0.9860，查图1得x1=0.9353。同理，加料板x F=0.6188，y F=0.8818；塔底x W=0.0017，y W=0.0067。

M VDm=0.9860×78.11+(1-0.9860) ×112.56=78.59kg/kmol

M LDm=0.9353×78.11+(1-0.9353) ×112.56=79.65kg/kmol

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图3 精馏段塔板负荷性能图

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近，因此，原料液全部进入提留段，作为提留段的回流液，两端上升的蒸汽流相等，即。

V V F L L =+='',4、辅助设备

对连续精馏装置的热量衡算，可以求得冷凝器和再沸器的热负荷以及冷却介质和加热介质的消耗量，并为设计这些换热设备提供基本数据。从传质角度而言，宜将热量加入塔底，即选择冷进料，这样可提供更多的气相回流。

随着进料带入热量增加，塔底再热器供热必将减少，加热蒸汽消耗量降低，但全塔总的耗热量是一定的。从废热回收利用和能量回收品味而言，加热原料所需的品味较低，且多可利用废热。因此我们采用热进料。

精馏过程需要消耗大量的能量，我们采取的降低能耗的具体措施如下：

1)选择经济合理的回流比；

2)回收精馏装置的余热，以用作本装置和其他装置的热源；3)对精馏过程进行优化控制，减小操作裕度，使其在最佳状况下操作，可确保过程能耗为最低。

5、精馏塔的操作和调节

对于我们的精馏塔和物系，保持精馏稳态操作采取的措施是：1)塔压稳定；