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％-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2910mg／kg，空气中最高容许浓度50mg／m3。遇高温、明火、氧化剂有燃烧爆炸性，LD

50

的危险。与氯酸银反应剧烈

质量指标：氯苯纯度不低于%，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

首先，苯和氯苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与氯苯的分离。

(二)精馏塔的物料衡算

1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

苯的摩尔质量M A=kmol

kg/

氯苯的摩尔质量M B=kmol

kg/

2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

3.物料衡算

氯苯产量h kmol W /85.3046

.112*24*3001000

*25000==

总物料衡算85.30+=D F

苯物料衡算0029.0*85.309860.0*6378.0*+=D F 联立解得h kmol D /25.56=

（三）塔板数的确定

1．理论塔板数T N 的求取

根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取y x ~ ①由手册查得苯-氯苯的饱和蒸汽压数据，列于下表 苯-氯苯气液平衡数据

本题中，塔内压

力接近常

压

（实际上略高于

常

压），而表中所给为常

压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对y x ~平衡关系的影响完全可以忽略。

②求最小回流比、操作回流比及最小理论塔板层数

将1.表中数据作图得y x ~曲线（如图1）及y x t ~-曲线（如图2）。在y x ~图上，因1=q ，查得8946.0=q y ，而6378.0==F q x x ，9860.0=D x 。故有：

考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的倍，即：

6585.03559.085.185.1=⨯==m R R

③求精馏塔气、液相负荷 L=RD=×=h V=(R+1)D=+1)×=h L ’=L+F=+=h V ’=V=h

④求操作线方程

精馏段操作线：595.0397.01

1+=+++=

x R x x R R

y D 提馏段操作线为过()0029.0,0029.0和()8479.0,6378.0两点的直线。 ⑤图解法求理论塔板数 如图1所示，求解结果为 总理论板层数N T =（包括再沸器） 进料板位置N F =4

图1图解法求理论板层数

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 =g 0.256B u mpa s =g 平均粘度为0.3000.2380.6560.2560.239m u mpa s =⨯+⨯=g 塔板效率为0.170.616lg 0.170.616lg 0.2390.553T m E u =-=-⨯= （2）实际板层数的求取 N 精=3/=≈6 N 提=8/=≈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 =+4= 每层塔板压降Δp= 进料板压力p F =+×6= 塔底压力p W =+×21=

精馏段平均压力p m =1/2×（+）=

提馏段平均压力p m ‘=1/2×（+）=

2、操作温度计算

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

3、平均摩尔质量的计算

塔顶x D =y 1=，查图1得x 1=。同理，加料板x F =，y F =；塔底x W =，y W =。 M VDm =×+×=kmol M LDm =×+×=kmol M VFm =×+×=kmol