分离甲苯-苯的混合液

化工原理课程设计说明书

设计题目：分离甲苯-苯的混合液

设计者：

专业：化学工程与工艺

学号：

指导老师：

2008年7月16日

厦门大学化学工程与生物工程系

化工原理课程设计任务书

设计题目：分离甲苯-苯的混合液

设计条件：

处理量：4吨/小时

进料浓度：40%甲苯（质量）

处理要求：塔顶甲苯浓度≤4.5%（质量）

塔底甲苯浓度≥96.5%（质量）年工作小时： 7200小时

专业：化学工程与工艺

学号：

姓名：

指导老师：

2008年7月16日

目录

一、设计的方案简介

二、工艺流程图及其说明

三、工艺计算及主体设备设计

四、辅助设备的计算及选型

五、参考文献

附图一、相平衡曲线x-y（求理论板图解法）附图二、工艺流程简图

附图三、设备一览表

附图四、主体设备工艺条件图

一、设计方案简介

苯和甲苯性质相似，但我们可以根据相对挥发对的差异，利用精馏技术分离得到高纯度的苯，回收甲苯。

本次设计采用板式精馏塔、连续操作，处理量4000kg/h，泡点进料，回流比为1.8倍的最小回流比，塔顶冷凝才用全凝器，塔底再废器为间壁加热，产品质量分数达到95.5％，釡出液质量分数小于3.5%。

在设计过程中将先对塔内进行工艺计算分析气液相组成、温度、压力等的变化，得到塔的各种设计尺寸；然后将对本工艺的附属设备进行计算，并选型；对工业生产过程做好理论基础。

二、工艺流程图（见附图）及说明

1、工艺流程图(附图二)

2、工艺流程简介

来自贮槽的原料液经高压泵进入预热器预热到一定温度之后进入精馏塔，塔顶冷凝器将上升蒸汽冷凝成液体，其中一部分作为塔顶产品取出，另一部分重新引回塔顶作为回流液。最终塔顶出来的苯产品再经过一个冷却器冷却后进入苯贮槽。塔釜设有再沸器。加热的液体产生蒸汽再次回到塔底，沿塔上升，同样在每层塔板上进行汽液两相的热质交换。塔釜的另一部分釜液经冷却器后排入下水道。

加热蒸汽分为两路，分别进入预热器和再沸器作为加热介质。降温后的液体水或者是部分水蒸汽随管道排进下水道。同样，冷却水分为三路，分别进入冷凝器、苯产品的冷却器和塔釜的冷却器，充分换热均匀之后，全部排入下水道。

在流程设计伤，釜出液为100℃左右的高温水，热值高，将其送回热水循环管路用于高炉产蒸汽，具有节能的特点。塔顶采用分段冷凝泡点回流，也是出于节能考虑。在流量控制上采用自动控制，有利于节约劳动力，并使过程控制精确，并可实现计算机控制，有利于连续生产。在检修方面充分考虑到泵的日常维护，因此运用双泵设计便于实际生产中的不停车检修。

三、工艺计算及主体设备设计

1、工艺条件

正如前面设计任务书，本次设计工艺条件如下：

进料温度： 25ºC 处理量： 4吨/小时 进料浓度： 40%甲苯（质量）

处理要求： 塔顶苯浓度 ≥ 95.5%（质量） 塔底苯浓度 ≤ 3.5%（质量）

塔顶压强： 4kPa(表压) 进料状态： 泡点进料 回流比： 1.8Rmin 冷却水温： 28ºC 加热蒸汽： 0.2 MPa 设备形式： 筛板塔 塔顶冷凝采用全凝器 塔底再沸器为间壁加热 年工作时：7200小时

年工作日：300天（连续操作）

2、汽液平衡数据及相图

数据来源：

苯 t p A +⨯-

=*

24.2205

31.061.63.1206023.6lg

甲苯 t

p B +-=*

58.21994.1343078.6lg

液相中苯的摩尔分数：x=(p 总- *B p )/（*A p -*

B p ） 气相中苯的摩尔分数：y=*

A p *x/ p 总

2.1 苯和甲苯的汽液平衡数据如下：

2.2 作t-x-y 和 x-y图

用excel作图，并将图象附于下：

图一：苯－甲苯混合液的t-x-y图

图二：苯－甲苯混合液的x-y图

3、全塔物料衡算

3.1 料液及塔顶、塔底产品组分质量（摩尔）分率 苯:M A =78.11 kg/kmol 甲苯:M B =92.13 kg/kmol

进料液中轻组分质量分数为60％的摩尔分率 X F =

0.60/0.60/78.11

0.6390.60/(10.60)/0.60/78.110.40/92.13

A A

B M M M ==+-+

塔顶轻组分质量分数为95.5％的摩尔分率 X D =

0.955/0.955/78.11

0.9610.955/(10.955)/0.955/78.110.045/92.13

A A

B M M M ==+-+

塔底轻组分质量分数为3.5％的摩尔分率 X W =

0.035/0.035/78.11

0.0410.035/(10.035)/0.035/78.110.965/92.13

A A

B M M M ==+-+

将以上计算结果列为下表：

表3-1：进料、塔顶、塔釡物料摩尔分数

3.2 平均分子量 原料液:

()F F A F B M x M 1x M 0.678.11(10.6)92.1383.72/kg kmol =+-=⨯+-⨯=

塔顶:

()F F A F B M x M 1x M 0.95578.11(10.955)92.1378.74/kg kmol =+-=⨯+-⨯=

塔底:

()F F A F B M x M 1x M 0.03578.11(10.035)92.1391.64/kg kmol =+-=⨯+-⨯=