苯-甲苯混合物分离精馏塔设计
第一章 概 述 1.1精馏塔的简单介绍 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
1.2本设计的目的和意义 通过本次课程设计，培养学生多方位、综合地分析考察工程问题并独立解决工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面：
（1）资料、文献、数据的查阅、收集、整理和分析能力。要科学、合理、有创新地完成一项工程设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。
（2）工程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。本设计包括塔板结构和附属设备的结构计算。
（3）工程设计表达能力。工程设计完成后，往往要交付他人实施或与他人交流，因此，在工程设计和完成过程中，都必须将设计理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的内容，才可能被他人理解、接受，顺利付诸实施。
通过本设计不仅可以进一步巩固学生所学的相关啊知识，提高学生学以致用的综合能力，尤其对精馏、流体力学等课程更加熟悉，同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严禁、作风踏实的品格。
第二章 设计计算 2.1确定设计方案 本设计任务是分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用中间泡点进料，将苯和甲苯混合液经原料预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品，经冷却器冷却后送至贮槽。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却后送至储罐。
2.2精馏塔的物料衡算 1.原料及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量 MA=78.11 kg/kmol
甲苯的摩尔质量 MA=92.13 kg/kmol
xF = =0.541
xD = =0.992
xW = =0.012
2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF=0.541×78.11+(1-0.541)×92.13=84.55 kg/kmol
MD=0.992×78.11+(1-0.992)×92.13=78.22 kg/kmol
MW=0.012×78.11+(1-0.012)×92.13=91.96 kg/kmol
3.物料衡算
原料处理量 F= =131.41 kmol/h
总物料衡算 D+W=131.41
苯物料衡算 0.992D+0.012W=131.41×0.541
联立解得 D=70.93 kmol/h
W=60.48 kmol/h
2.3塔板数的确定 常压下苯-甲苯的气液平衡与温度关系
温度t
110.6
106.1
102.2
98.6
95.2
92.1
89.4
86.8
84.4
82.3
81.2
80.2
x（摩尔分数）
y
0
0
0.088
0.212
0.2
0.37
0.3
0.5
0.397
0.618
0.489
0.71
0.592
0.789
0.7
0.853
0.803
0.914
0.903
0.957
0.95
0.979
1.0
1.0
1.理论塔板数NT的求取
苯-甲苯属理想物系，可采用图解法求理论塔板数。
①由上表查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出下面x-y图
②求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。在上图中对角线上，子点e（0.542，0.542）做垂线ef即为进料线（q线），该线于平衡线的交点坐标为
yq=0.756 xq=0.542
故最小回流比为
Rmin=1.103
取操作回流比为
R=2Rmin=2.206
③求精馏塔气、液相负荷
L=RD=156.47 kmol/h
V=(R+1)D=234.47 kmol/h
L′=L+F=289.94 kmol/h
V′=V=234.47 kmol/h
④求操作线方程
精馏段操作线方程为
y= x+ XD=0.667x+0.301
提馏段操作线方程为
y′= ’- Xw =1.237x’-0.003
5图解法求理论塔板层数
采用图解法求理论踏板层数，如上图所示。求解结果为
总理论塔板层数 NT=12.5
进料板位置 NF=6
2.实际塔板层数的求取
精馏段实际塔板层数 N精=6/0.56≈11
提留段实际塔板层数 N提=6.5/0.56≈12
2.4精馏塔工艺条件的计算 1.操作压力计算
塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3 kPa
每层塔板压降 ΔP=0.7 kPa
进料板压力 PF=112.3 kPa
精馏段平均压力 Pm=108.8 kPa
2.平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由xD=y1=0.992，查平衡曲线，得
x1=0.956
MVDm=0.992×78.11+(1-0.992)92.13=78.22 kg/kmol
MLDm=0.956×78.11+(1-0.956)92.13=79.66 kg/kmol
进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板，得
yF=0.720
查平衡曲线，得
xF=0.497
MVFm=0.720×78.11+(1-0.720)92.13=82.04 kg/kmol
MLFm=0.497×78.11+(1-0.497)92.13=85.16 kg/kmol
精馏段平均摩尔质量
MVm=(78.22+82.04)/2=80.13 kg/kmol
MLm=(79.66+85.16)/2=82.41 kg/kmol
3.平均密度计算
(1)气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即
рVm= =2.88 kg/m3
(2)液相平均密度的计算
液相平均密度计算依下式计算，即
1/рVm=∑ai/рi
塔顶液相平均密度的计算
由tD=82.1℃，查手册得
рA=812.7 kg/m3 рB=807.9 kg/m3
рLDm= =812.6kg/m3
进料板的平均密度计算
由tF=99.5℃，查手册得
рA=793.1 kg/m3 рB=790.8 kg/m3
进料板液相的质量分率
aA=0.456
рLFm= =791.8 kg/m3
精馏段液相平均密度为
рLm=(812.6+791.8)/2=802.2 kg/m3
2.5精馏塔塔体工艺尺寸计算 1.塔径的计算
精馏段的气、液相体积流率
Vs= =1.812 m3/s
Ls= =0.0045 m3/s
由 umax=C
=0.0413
取板间距HT=0.40 m，板上液层高度hL=0.06 m,则
HT-hL=0.40-0.06=0.34 m
查资料可得 C20=0.075
C= C20 =0.0753
Umax =0.0753 =1.254 m/s
取安全系数为0.7，则空塔气速为
u=0.7 umax=0.878 m/s
D= =1.66 m
按标准塔径圆整后为 D=1.5 m
塔截面积为
AT=2.16 ㎡
实际空塔气速为
u=0.839 m/s
2.精馏塔的有效高度计算
精馏段有效高度为
Z精=（N精—1）HT=4 m
提馏段有效高度为
Z提=（N提—1）HT=4.4 m
在进料板上开一人孔，其高度为0.8 m
故精馏塔的有效高度为
Z=Z精+Z提+0.8=9.2 m
2.6塔板主要工艺尺寸的计算 1.溢流装置的计算
因塔径D= 1.5m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：
(1)堰长lW
取 lW=0.66D=0.99 m
(2)溢流堰高度hW
由 hW=hL-hOW
选取平直堰，堰上液层高度hOW，近似的取E=1得
hOW= E =0.019 m
取板上清液层高度 hL=0.06 m
故 hW=0.06-0.019=0.041 m
(3)弓形降液管宽度Wd和截面积Af
由 lW/D=0.66 得
Af/AT=0.0722 Wd/D=0.124
故 Af=0.198 ㎡
Wd=0.186 m
验算液体在降液管中停留的时间
θ= =17.6 s＞5 s
故降液管设计合理。
2.7筛板流体力学的验算 1.液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，且塔径和液流量不是很大，故可忽略液面落差的影响。
2.液沫夹带
液沫夹带量eV计算，即
eV= ( ) =0.042 kg＜0.1 kg
hf=2.5 =0.15 m
故在本设计中液沫夹带量eV在允许范围内。
3.漏液
对筛板塔，漏液点气速u0，min计算，即
u0，min=4.4
=6.0276 m/s
实际孔速
u0= Vs/A0=16.23 m/s＞u0，min
稳定系数为
K=u0 /u0，min=2.692＞1.5
故在本设计中无明显漏液。
第三章 设计结果汇总
序号 项目 数值
1 平均温度 ,℃ 90.8
2 平均压力Pm，kPa 108.8
3 气相流量Vs (m3/s) 0.872
4 液相流量Ls (m3/s) 0.0022
5 实际塔板数 23
6 有效段高度Z，m 9.2
7 塔径，m 1.0
8 板间距，m 0.4
9 溢流形式 单溢流
10 降液管形式 弓形
11 堰长，m 0.66
12 堰高，m 0.051
13 板上层液高度，m 0.06
14 堰上层液高度，m 0.009
15 空塔气速，m/s 1.111
16 液沫夹带eV，(kg液/kg气) 0.042
17 稳定系数 2.69
18 筛孔直径,m 0.005
19 孔中心距,m 0.015
20 筛孔直径,m 0.005
呵呵。你这个问题真有趣。
在化工生产中，介质在每一个生产阶段都需要各种不同的温度和压力。
通俗说，这个苯和甲苯加热，不是用来干什么，而是在下一道工序的时候要求达到这个温度。如果偏离这个温度，会对下一道工序产生各种各样不利的影响。
举个最简单的例子，假如下一道工序中，物料的温度过低了，那么会反应不完全、可能会结晶等等；假如温度高了，可能会造成设备的腐蚀，反应过于剧烈等等。
在化工生产中，这叫工艺控制，温度、压力等参数必须严格按照工艺要求操作，否则会酿成无法挽回的悲剧。
不知道这样说你明白了没有。
甲苯储罐一般会考虑罐顶安装呼吸阀，设计压力必须大于呼吸阀的设定压力。一般呼吸阀考虑-0.4~+1.96kpa，因此储罐的设计压力可以按照-0.5~+2.0kpa考虑，也可以按照实际情况在保守一点。常压储罐一般不要太大，API650规定必须低于18Kpa，通常考虑会在2~3Kpa。做了N年储罐了~~~
1、明确阀门在设备或装置中的用途确定阀门的工作条件：适用介质的性质、工作压力、工作温度和操纵控制方式等；
2、正确选择阀门的类型：阀门型式的正确选择是以设计者对整个生产工艺流程、操作工况的充分掌握为先决条件的，在选择阀门类型时，设计人员应首先掌握每种阀门的结构特点和性能；
3、确定阀门的端部连接：在螺纹连接、法兰连接、焊接端部连接中，前两种最常用。在流体管道系统中，阀门是控制元件，其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。
甲苯属于芳烃不能用橡胶软管抽吸会快速溶胀，临时抽取可用pp或者ptfe。实验室或者油漆做天那水少量使用十几升用pp抽取无任何问题。如大批量从罐槽车或者工厂输送请使用金属或者其他易抗静电的容器请咨询相关安全人员。
感想：甲苯和二甲苯可溶胀ldpe和pvc，也能溶解cpp，但对纯pp溶胀极慢在常温除了四氢萘和十氢萘外没有其他良溶剂。我亲自试过用普通抽水的那种pp手捏抽取器从化工桶里取甲苯(理论上会很快溶胀变形)，但现实是没有任何变化，抽完15l内壁依然光滑。大家亲自做下实验勿信谣。pp有一个隐患为通过高流速非极性溶剂时易积蓄静电，所以抽取速度不宜过快。
手捏式油抽，我相信很多人都见过这种物件：
(本提问自2021年12月18日补全修订，已替代2018年9月26日旧版本)
苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等苯类化工原料常被作为溶剂或合成原料广泛应用于农药、油漆、涂料、油墨、印刷、橡胶溶剂等行业，而苯类有机物都具有易挥发性，生产过程中因苯类物质的挥发，常导致废气中VOCs超标，给相关生产企业带来环保压力的同时，也会因苯类原料的挥发流失，给生产企业带来经济上的损失。对此，行业通常采用活性炭（碳纤维）吸附或RTO焚烧的方式进行处理。然而，活性炭（碳纤维）吸附存在吸附回收率低、出口难达标、填料更换频繁、危废产生量大等问题；RTO焚烧虽能彻底解决尾气排放达标问题，但却无法实现回收，造成原料资源的浪费，焚烧处理过程能耗较大。因此，如何既能实现VOCs的资源化回收，又能实现尾气的达标排放，成为了行业企业的共同期盼。
蓝晓科技基于对苯类有机原料分子特性的研究分析，采用创新研制的seplite®LXQ高比表面、高强度聚苯乙烯大孔吸附树脂，并结合自行设计的sepsolut® 废气吸附系统装置，可实现苯类废气VOCs的高效吸附与回收，处理精度高（尾气VOCs可处理到20mg/m³以下），苯类挥发物回收率高达99%以上，处理效果经不同领域数十家企业现场中试及工业化验证，稳定可靠。蓝晓科技废气VOCs专用处理树脂与系统技术，为相关行业企业提供了一种更高性价比的苯类废气VOCs处理选择。
n 蓝晓废气VOCs专用处理树脂与系统技术在苯类废气处理上的优势特点
（1）性能稳定，树脂损耗小（正常条件下使用五年以上，年补充率小于10％）。
（2）易脱附，运行成本远低于活性炭或碳纤维回收工艺。
（3）处理精度高，去除回收率高达99%以上。
（4）球形树脂吸附填料，系统运行风阻更小。
（5）处理弹性大，可承受较大风量与浓度波动。
参考资料
