苯、甲苯分离

4)平衡线与q线的交点 因α为常数，可判断最小回流比时操作线与平衡线相交，而不是相切。 2.45 x 与x = 0.491联立，解得xe = 0.491, ye = 0.703 由y = 1 + 1.45 x 5) Rmin 与R 取 R x − ye 0.957 − 0.703 = 1.4,因为Rmin = D = = 1.198 Rmin ye − xe 0.703 − 0.491
工作任务二：确定苯、 工作任务二：确定苯、甲苯分离工艺操作条件
1.掌握物料的汽、液相平衡关系，操作压力对平衡关系的影响，确定操作 掌握物料的汽、液相平衡关系，操作压力对平衡关系的影响， 掌握物料的汽 压力， 压力，同时确定顶釜温度 1）确定操作压力 压力升高，t-x-y图上移,两相区变小，分离难度增加，塔板数增加；压 力降低，真空精馏的设备及操作费用均高于常压精馏。 因此，选用常压精馏。 2）确定顶、釜温度 查t-x-y图，确定塔顶温度为81.2摄氏度，塔釜温度为110摄氏度。
PA0 PA0 = 0 = 2 . 53；塔釜 110 摄氏度时 α 底 = 0 = 2 . 37 ） PB PB
y=
αx 2.45 x 2.45 x = = 1 + (α − 1) x 1 + ( 2.45 − 1) x 1 + 1.45 x
3)确定 q 线方程 由泡点进料，确定 q = 1。对于 q = 1的情况， q x 不能采用 y = x − F , 这时 q 线方程可直接写为 x = x F = 0 .491 q −1 q −1
结论：采用蒸馏操作 理由：a、苯、甲苯混合液是均相混合液体 b、苯、甲苯有一定的沸点差 c、苯、甲苯沸点都不高
2）了解蒸馏操作的方法、原理、特点及适用情况等，确 定蒸馏方法 蒸馏操作的分类 1.按操作流程可分为间歇蒸馏和连续蒸馏：生产中以后者 为主，间歇蒸馏主要应用于小规模、多品种或某些有特殊 要求的场合。 2.按蒸馏操作方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、 精馏和特殊蒸馏：对于易分离的物系或对分离要求不高的 物系，可采用简单蒸馏或平衡蒸馏;对于较难分离的物系 或分离要求较高的物系，可采用精馏；很难分离的或用普 通方法不能分离的物系可采用特殊蒸馏。特殊蒸馏包括水 蒸气蒸馏、恒沸蒸馏、萃取蒸馏等。 3按操作压力可分为常压、加压和减压操作：工业生产上 一般都采用常压操作，沸点在室温小于150度的混合物通 常在常压下进行蒸馏操作；在常压下为气态混合物，则采 用加压蒸馏，在常压下沸点较高或在高温下易发生分解、 聚合等易变质的物系，则可采用减压蒸馏。 4按混合物中组分的数目可分为双组分和多组分精馏：工 业生产上以多组分精馏为多，但两组分精馏的原理及计算 原则同样适用于多组分精馏，只是处理多组分精馏过程时 更加复杂，因此常以两组分精馏为基础。
使用吉利兰关联图估计N值： R − Rmin 1.677 − 1.198 = = 0.179 R +1 1.677 + 1 查化工原理吉利兰关联图，得
N − 7.167 代入数据， = 0.48，解得N = 14.（包括蒸馏釜） 7 N +1 故总的理论板数为14.7块（包括蒸馏釜）
N − N min = 0.48 N +1
7)提馏段操作线方程 L' W ym +1 = ' xm − ' xw V V 其中：L' = L + qF = RD + qF = 1.677 × 32.28 + 1× 65.26 = 119.39kmol / h V ' = V − (1 − q ) F = ( R + 1) D = (1.677 + 1) × 32.28 = 86.41kmol / h 所以，提馏段操作线方程 ym +1 = 119.39 32.98 xm − × 0.035 = 1.38 xm − 0.013 86.41 86.41
结论：选用筛板塔 理由：结构简单；金属消耗量少；造价低廉； 气体压降小，板上液面落差也小；其生产能 力及板效率较泡罩塔高。 主要设备：筛板塔、原料罐、回流罐、预热 器、冷凝器、再沸器、产品贮罐
流程图：
4）编制蒸馏分离方案 塔顶采用全凝器，泡点回流，塔底采用蒸馏釜，间 接加热，泡点进料。 精馏要求塔顶产品中含甲苯为5%，塔釜产品中含苯为 3%
4.掌握回流比对精馏操作的影响确定操作回流比 掌握回流比对精馏操作的影响确定操作回流比 回流是保证精馏塔连续稳定操作得必要条件。回流液得多少对整 个精馏塔的操作有很大得影响。对精馏而言，进料状况和馏出液组成 一定，即g线一定， (xD,xD)是一定的。随着回流比的增加，精馏段操 作线得截距xD/(R+1)越小，则其操作线偏离平行线越远，或越接近于 对角线，那么所需得理论塔板数越少，这就减少了设备费用。反之， 回流比R减小，理论塔板数增加。但另一方面。回流比增加，回流量L 及上升蒸汽用量V均随之增加，塔顶冷凝器和塔底再沸器的负荷随之 增大，这就这就了操作费用。反之，回流比R减小，则冷凝器、再沸 器、冷却水用量和加热蒸汽消耗量都减少。R过大和过小从经济观点 来看都是不利的。因此应选择适宜的回流比，使精馏操作的结果为最 佳。
精细化工产品分离精制与控制
项目名称：苯、甲苯分离 工作任务一：确定苯、甲苯分离方案 工作任务二：确定苯、甲苯分离工艺操作条件 工作任务三：选用苯、甲苯分离主体设备并确定 主要结构尺寸 工作任务四：苯、甲苯分离操作 组别：第一组 组员：缪 奕 陈海棠 王巧元
工作任务一：确定苯、甲苯分离方案
1）了解传质分离方法、原理、特点及适用情况，确定苯、甲苯的分离方法 1.蒸馏 原理：蒸馏是利用混合物中各组分间挥发度不同的性质，通过加入或移出热量的 方法，使混合物形成气液两相，并让它们相互接触进行质量传递和热量传递， 致使易挥发组分在气相中增浓，难挥发祖坟在液相中增浓，实现混合物的分 离，这种操作统称为蒸馏。 特点：a、蒸馏操作流程通常较为简单 b、可直接获得所需要的产品c、蒸馏需要 消耗大量的能量 适用情况：适用范围广泛，不仅可分离液体混合物，还可通过改变操作压力使常 温常压下呈气态或固态的混合物在液化后得以分离。 2.吸收 原理：利用混合气体中各组分在同一种溶剂（吸收剂）中溶解度的不同而分离气 体混合物的单元操作称为吸收。 吸收操作的应用： （1）原料气的净化 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳，用丙酮脱 除裂解气中的乙炔等。 （2）有用组分的回收 例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的氮，用洗油处理焦炉 气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。 （3）某些溶液产品的制取 例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氧化氢 以制取盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。 （4）废气的治理 如磷肥生产中，放出含氟的废气具有强烈的腐蚀性，用水制成 氟硅酸；又如用碱吸收硝酸厂尾气中含氮的氧化物制成的硝酸钠等。
2.掌握精馏塔的物料衡算，确定顶釜出料量。 掌握精馏塔的物料衡算，确定顶釜出料量。 掌握精馏塔的物料衡算
0.45 78 = 0.491(苯的分子量78，甲苯的分子量92) x苯 = 0.45 1 − 0.45 + 78 92 1 − 0.05 78 塔顶轻组分xD = = 0.957 1 − 0.05 0.05 + 78 92 0.03 78 塔釜轻组分xw = = 0.035 0.03 1 − 0.03 + 78 92
3.掌握精馏操作作线方程，进料状况及其对精馏操作的影响，确定进料状态。 掌握精馏操作作线方程，进料状况及其对精馏操作的影响，确定进料状态。 掌握精馏操作作线方程
1）确定相对挥发度 α
全塔的相对挥发度的平 （塔顶 81 . 2 摄氏度时 α 顶
2）确定平衡线方程
均值 α =
α 顶α 底 =
2 . 53 × 2 . 37 = 2 . 45
8)理论塔板数(采用吉利兰快速估值法) 已知α = 2.45，xD = 0.957, xw = 0.035, Rmin = 1.198, R = 1.677 由教材第26页的芬斯克方程计算N min : N min 1 − xw x lg( D × ) lg( 0.957 × 1 − 0.035 ) 1 − xD xw 0.035 = 7.167 = = 1 − 0.957 lg α lg 2.45
结论：采用精馏 理由：a、苯、甲苯沸点差不是很大 b、分离要求较高
3）了解蒸馏装置与设备，选用主要设备，确定基本操作流程
板式塔
塔板类型：有溢流塔板和无溢流塔板 几种典型的有溢流塔板 （1）泡罩塔 优点：不易发生泄漏现象；有较好的操作弹性；当气液负荷有较大波动时，仍能维持几 乎恒定的板效率；不易堵塞；对各种物料的适应性强。 缺点：结构复杂；金属消耗量大；造价高；压降大；液沫夹带现象比较严重；限制了气 速的提高，生产能力不大。 （2）筛板塔 2 优点：结构简单；金属消耗量少；造价低廉；气体压降小，板上液面落差也小；其生产 能力及板效率较泡罩塔高。 缺点：操作弹性范围较窄，小孔筛板容易堵塞。 （3）浮阀塔 目前常用型号有F-1型、V-4型、T型 （4）喷射型塔板：舌形塔、浮动舌形塔、浮动喷射塔和斜孔塔板 （5）网孔塔板 这种塔板上装有倾斜的挡沫板，其作用是避免液体直接被吹过塔板，并 提供气液分离和气液接触的表面。网孔塔板具有生产能力大，压降低，容易加工制 造的特点。 （6）垂直塔板
（ × M 混 = x苯 M 苯 + x甲苯 M 甲苯 = 0 .491 × 78 + 1 − 0 .491） 92 = 8Biblioteka Baidu .126 40000 × 10 3 F = = 65 .26 kmol / h 300 × 24 × 85 .126 由 F = D + W 和 Fx F = Dx D + Wx w 联立解得 D = 32 .28 kmol / h ， w = 32 .98 kmol / h
3.萃取 原理：在液体混合物（原料液）中就加入一个与其基本不相混容的液体 作为溶剂，造成第二相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度 不同而使原料液混合物得以分离的单元操作。 适用情况：a、沸点差很小b、溶质含量低 c、沸点很高，需要真空精馏 d、 热敏性物料 适宜采用萃取操作 萃取在工业生产中的应用 ①液-液萃取在石油化工中的应用 ②在生物化工中和精细化工中的应用 ③湿法冶金中的应用 ④食品化工中应用 4.结晶 原理：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程，是获 得纯净固态物质的重要方法之一。 特点:以晶体形态出现，能从杂质含量很高的溶液或多组分熔融状态混合 物中获得非常纯净的晶体产品；对与许多其他方法难以分离的混合物 系、同分异构体物系和热敏性物系等，结晶分离方法更为有效；结晶 操作能耗低，对设备材质要求不高，一般也很少有三废的排放。 适用于化学、食品、医药、轻纺及许多高新技术领域
所以R = 1.4 Rmin = 1.4 ×1.198 = 1.677
6）精馏段操作线方程
精馏段操作线方程为yn +1 = 即yn +1 = R 1 xn + xD R +1 R +1
1.677 1 xn + × 0.957 = 0.626 xn + 0.359 1.677 + 1 1.677 + 1