苯和甲苯的分离__常州工程精细0911

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。
浮阀型式 1-浮阀片；2-凸缘；3-浮阀“腿”；4-塔板上的孔
（5） （6）
网孔塔板 网孔塔板具有生产能力大、压降低、容易加工制造的特点 垂直塔板
工业上常用的几种塔板的性能比较见表 塔板类型 泡罩塔板 筛板 浮阀塔板 舌形塔板 斜孔塔板 相对生产 能力 1.0 1.2～1.4 1.2～1.3 1.3～1.5 1.5～1.8 相对塔板效 操作弹 率 性 1.0 1.1 1.1～1.2 1.1 1.1 中 低 大 小 中 压力降 高 低 中 低 低 结构 复杂 简单 一般 简单 简单 成本 1.0 0.4～0.5 0.7～0.8 0.5～0.6 0.5～0.6
F D W 已知： 全塔总物料衡算式： 易挥发组分的物料衡算 式：FxF DxD WxW
解：苯和甲苯的摩尔质量分别为78kg/kmol和92kg/kmol
进料组成
0.45 / 78 0.49 0.45 / 78 0.55 / 92 平均摩尔质量为 M m xF M A (1 xF ) M B 0.49 78 （ 1 0.49） 92 85.14kg / m ol xF 400001000 65.25km ol/ h 85.14 300 24 Dx 由题意得 D 0.95 FxF 则F DxD 0.95FxF 0.95 65.25 0.49 30.37km ol/ h 同理 W (1 xW ) 0.97 F (1 xF )
泡罩塔板
1-升气管；2-泡罩；3-塔板
（2） 筛板塔：是结构最简单的塔板 优点：结构简单；金属耗量少；造价低廉； 气体压降小。板上液面落差也较小； 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 ：目前常用的型号有F-1 型、V-4型、T型 （4） 喷射型塔板 喷射型塔的特点是 蒸汽以喷射状态斜向通入液层，使气 液两相接触加强，主要有舌形塔、浮 动舌形塔、浮动喷射塔和斜孔塔板等。
工艺流程图：
㈣、编制蒸馏分离方案 本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后自塔的中部适当位置连续加 入精馏塔内。在塔内，气相与液相密切接触，在浓度差和温度差的存在下（即传热、 传质推动力），气相进行部分冷凝，使其中部分难挥发组分注入液相中；气相冷凝时 释放的冷凝潜热传给液相，使液相部分气化，其中易挥发组分转入气相中。经过塔内 每层塔板后，结果是气相中易挥发组分的含量高，液相中难挥发组分含量高，从而达 到苯、甲苯的分离。此外，塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回 流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
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，获得纯净固态物质。 特点：都是以晶体形态出现；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。
2、确定顶釜温度 ①确定塔顶产品中甲苯的含量、塔釜产品中苯的含量及理由 结论：塔顶产品中甲苯的含量为5%，塔釜产品中苯的含量3% 理由：在整个工艺过程中，精馏塔中的温度是介于两物质沸点之间的，而塔釜的温度 最高，塔顶的温度最低，整个塔内的温度，由下至上逐渐降低。当混合液中部分的甲 苯也会形成气相，以气体形式上升到塔顶时，由于温度低于其沸点，大部分的甲苯会 形成液体流回塔釜，而塔中的温度基本高于苯的沸点，因此苯能继续上升到塔顶，形 成较纯的产品。由此可得出，在塔釜苯的含量会逐渐较少至没有，而甲苯的含量基本 保持不变。 ②确定顶釜温度
W (1 xW ) 0.97F (1 xF ) 0.97 65.25 (1 0.49) 32.28km ol/ h 全塔物料衡算 D W F 65.25 DxD WxW FxF 65.25 0.49 31.97km ol/ h D 31.37km ol/ h xD 0.97 W 33.88km ol/ h xW 0.047
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。 适用情况： ①沸点差很小、溶质含量低、沸点很高，需要真空精馏 、热敏性材料 ②萃取在工业生产中的应用： 液-液萃取在石油化工中的应用、在生物化工中和精 细化工中的应用 、湿法冶金中的应用 、食品化工中应用
已知：塔顶中含苯95%，甲苯5%；塔釜中含甲苯97%，苯3%。 故得：
Байду номын сангаас
x苯塔顶
0.03 0.95 78 78 0.957 x苯塔釜 0.03 0.97 0.0352 0.95 0.05 78 92 78 92
查t-x-y图可得： 塔顶的温度：80.8℃ 塔釜的温度：110℃
㈡、掌握精馏塔的物料衡算，确定顶釜出料量
结论：精馏操作 理由：工艺中需要分离的苯、甲苯纯度较高，而精馏是借助回流技术来实现高纯度 和高回收率的操作的，此方法较为适宜。另外，苯、甲苯的沸点差不是很大。
㈢、了解蒸馏装置与设备，选用主要设备，确定基本操作流程 1、选用主要设备 精馏装置系统一般由精馏塔、塔顶冷凝器、塔釜再沸器等相关设备组成。 在化工生产过程中，使用量最多、应用范围最广的气液传质设备是板式塔。 板式塔按塔内液体流动情况，分为有溢流装置和无溢流装置；按塔板结构特点，分 为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。 ①几种典型的溢流塔板 （1） 泡罩塔 ：是最常用 的工业蒸馏操作所采用的塔 板 优点：不易发生漏液现象； 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；压强大；液 沫夹带现象比较严重；限制 了气速的提高，生产能力不 大。
苯的基本物理性质 苯的沸点为80.2 ℃ ，在常温下是一种无色、有芳香气味的透明液体，易挥发。
甲苯的基本物理性质 甲苯的沸点为110.6 ℃，在常温下呈无色液体状态。
一、确定苯、甲苯分离方案
㈠、了解传质分离方法、原理、特点及适用情况，确定苯、甲苯分离方法 1、蒸馏 原理：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，难挥发组分在液相中增浓，实现混合物的分离。 特点：① 可以直接活的所需要的产品 ； ②蒸馏分离的使用范围广泛，不仅可以分离液体混合物，还可以通过改变操作压力 使常温常压下呈气态或固态的混合物在液化后得以分离； ③蒸馏是通过对混合物加热建立两相体系的，因此需要消耗大量的能量。 适用情况：广泛应用与化工、是有、医药、食品、冶金及环保等领域。 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。 适用情况：广泛应用于气体混合物的分离，在工业上的具体应用主要有原料气的净 化、有用组分的回收、某些溶液产品的制取、废气的治理。
结论：采用蒸馏方法 理由：①本工艺过程中的苯、甲苯混合物是均相混合物适宜蒸馏。 ②苯、甲苯具有不同的挥发度（苯为80.2℃ ，甲苯为110.6 ℃），蒸馏正是依据溶 液中各组分的挥发度差异来实现组分的分离或提纯的。
㈡、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 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。
结论：选用筛板塔 理由：结构简单；金属耗量少；造价低廉；气体压降小。板上液面落差也较小； 其生产能力及板效率较泡罩塔高。
②除沫装置：在精馏设备中，通常在设备的顶部设有除沫装置，用于分离出口气 中夹带的液沫和液滴，以提高产品质量，减少夹带损失。 ③容器接管: 化工容器的接管是连接容易与工艺管线的附件，还可以安装测量仪 表，设置分析取样口等。 ④视镜和液面计 a视镜 视镜除用来观察设备内部情况外，也可用作液面指示镜。 b液面计 液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置。 ⑤人孔与手孔 由于工艺过程和安装、检修的需要，在容易筒体或分头上需要开孔和安装接管。 2、确定基本操作流程 基本操作流程：原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进 料板上与自塔上部下降的回流液汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。 在每层塔板上，回流液体与上升蒸汽相互接触，进行热和质的传递过程。操 作时，连续从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽 化，产生上升蒸汽，一次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝， 并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送作为 塔顶产品（馏出液）。
精细化工产品分离精致与控制
——苯、甲苯混合液的分离
指导教师：张裕萍
项目一
完成小组——第五小组 小组成员及任务安排： 朱丽（制作PPT） 叶晶晶（整理资料） 金岩（画流程图） 吴郴（查找资料）
工作任务
• 确定苯、甲苯分离方案 • 确定苯、甲苯分离工艺操作条件 • 选用苯、甲苯分离主体设备并确定主要结 构尺寸 • 苯、甲苯分离操作
塔釜采用间接蒸汽加热，在塔底设置再沸器，将由塔内流出的物料经再沸器加热使物 料的进一步分离提纯。其中由再沸器排出的液体为塔底产品，经冷却后送至储罐。
二、确定苯、甲苯分离工艺操作条件
㈠、掌握物料的气、液平衡关系，操作压力对平衡关系的影响，确定操作压力，同 时确定顶釜温度。 1、确定操作压力 气液平衡关系是气液两相在平衡状态下的浓度关系。相平衡时，混合物液面上的蒸 汽压是各组分的蒸汽压之和。 蒸馏操作通常在一定外压下进行，操作过程 中溶液的沸点随组成而变。故总压一定下的 沸点与组成（t-x-y）图是分析蒸馏过程的基 础。 压力对（t-x-y）图的影响： ①当压力升高时，物质的沸点升高，因此加 热程度高使设备能耗加大。（t-x-y）图上移， 两相区的分离程度变小。②当压力降低时 （负压），设备投资变高（需设抽真空装 置），操作流程复杂且费用增加。 结论：采用常压操作 理由：①采用常压操作，两相区的分离程度相对较大，即沸程较大。 ②采用常压操作不需要消耗额外的能量，有利于节能。 ③采用常压操作不会导致操作费用或设备费用的增加，有利于节约成本。
㈢、掌握精馏操作线方程，进料状态及其对精馏操作的影响，确定进料状态
1、精馏操作线方程：
精馏段： yn 1
R 1 xn xD R 1 R 1 L' L' ' ' 提馏段：y n 1 ' xm ' xw L W L W
①由苯-甲苯物系的气液平衡数据表，求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比。 在苯-甲苯物系的气液平衡数据表中对角线上，自 (0.49,0.49)作垂线，即为进料线，该 线与平衡线的交点坐标为 (0.49,0.712) 故最小回流比为 x y 0.97 0.712