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
甲苯和甲醛是完全不同的两种物质。先说分子式，甲苯的分子式是C7H8，也就是苯分子上面又接了一个甲基；而甲醛的分子式为CH2O，更合适的写法是HCHO，很明显不同，从物理性质上对比，甲苯在常温下为液体，沸点比水还要高一些，但是挥发性也还是比较强的，而甲醛在常温下则是气体。甲苯的气味和汽油有一点相似，略有一股芳香的气味，但闻久了就会感到恶心，而甲醛的味道则是刺激性的，用俗话说就是有些辣眼睛。两者的水溶性差别很大，甲苯在水中溶解性很小，和水混合时会漂在水的上层，而甲醛在水中的溶解性就非常好，如果在水中溶解达到了40%，就被称作福尔马林。在应用方面，两者也不同，虽然都是家装中的污染物，却是不同的来源。甲苯是油性的，所以它主要存在的一些地方是油漆，很多人口中的“稀料”其实就是这玩意儿。而甲醛作为一种反应活性很高的助剂，可以应用在很多方面，特别是交联剂，所以我们在家庭中，比较容易遇到它的地方就是各种胶，以及三合板。另外，甲醛也是一些聚合物的单体，比如家中的魔术擦，其实就是三聚氰胺-甲醛聚合物，使用过程中也会释放出少量甲醛，有一些纺织品当中也会含有甲醛。还有一点，就是不法分子会用甲醛去泡发处理一些食物，防止食物变质。这当然是非常恶劣的行为，不过食物中有甲醛却不一定就是人为导致的，像海鲜还有一些蔬菜，在存放过程中，也会自然产生少量甲醛。所以，这也就意味着，在生活当中，我们遇到甲醛的机会其实比甲苯多多了，而且甲苯不管怎么说，挥发就挥发了，一般房子装修几个月后，基本也就不用担心甲苯的事了，可甲醛问题，一般装修之后两三年，也仍然会是空气污染的源头。还要强调的是，甲苯对人体的危害，总的来说也要小于甲醛。甲醛是个多面杀手，可以快速致死（急性毒性比较高），也可以慢慢折磨人，特别是它可以导致白血病，这个因果关系是相当明确的，此外，它不仅仅可以危害这一代人，还能致畸致突变，下一代的婴儿还会受影响。最后，关于防治甲苯和甲醛的方法，也还是有区别的，虽然两者都是VOC，甲苯因为密度比较大，通风的效果相对较差，最好是直接采用水性漆，这样就能比较好地避免甲苯的骚扰。甲醛因为来源比较复杂，更需要注意，多采用实木家具，同时也要多开窗通风。甲醛是缓释的，所以即便找了商业公司除甲醛，也不能一劳永逸。
中文名：二甲苯
英文名：dimethylbenzene
化学式：C8H10
分子量：106.17
CAS登录号：邻二甲苯：95-47-6，间二甲苯：108-38-3，对二甲苯：106-42-3
熔点：邻二甲苯：-25.2℃，间二甲苯：-47.9℃，对二甲苯：13.2℃
沸点：邻二甲苯：144.43℃，间二甲苯：139.12℃，对二甲苯：138.36℃。
水溶性：不溶于水，溶于乙醇和乙醚。
密度：相对密度 约0.86
外观：二甲苯是一种无色透明液体
先用PH试纸鉴别，出现红色的是苯甲酸，然后加FeCl3鉴别甲苯和苯酚，出现紫色的是苯酚。
ph试纸通常分1到14个数值，对应着14种颜色。数值越低，呈酸性。数值增大，便会呈现碱性。
ph试纸使用方法：
用工具，最好是玻璃棒。如果没有玻璃棒，可以将溶液轻轻滴几滴在ph试纸上，等带几分钟，试纸慢慢变形。或者也可以将试纸直接放到溶液中，泡湿试纸。等待几分钟，等到试纸颜色问候后，再对比色卡上的颜色，就能知道溶液的酸碱性了。
扩展资料：
FeCl3的多种作用：
在污水处理中可作为净化絮凝剂；
在饮用水处理中可作为清水剂；
在电子行业中可作为线路板蚀刻剂；
在轻工行业可作为不锈钢制品的侵蚀；
在有机合成中可作谓二氯乙烷的催化剂；
在印染产业可作为靛蓝染料的氧化剂和印染媒染剂；
在染料产业中可作为中间体原料；在医药制药上可作催化的原料；
在建筑混凝土中渗透其溶液后能增加建筑物强度、抗侵蚀性和防止渗水；
参考资料来源：百度百科-苯酚
参考资料来源：百度百科-苯甲酸
参考资料来源：百度百科-甲苯
参考资料来源：百度百科-苯甲醛
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。
半导体不稳定、电化学目前只有炜盛有这个传感器，可靠性还不知道。
色谱仪比较贵，是非在线检测的。
所以通常都用PID光离子方法检测。
苯、二甲苯、甲苯这类气体用PID检测是非常不错的选择，因为他们都在10.6eV的PID光离子VOC检测仪的范围内。
但是你在选购这种VOC检测仪时一定要注意，这类仪器一定要支持CF校正系数功能，最好是内置了。推荐华瑞7340和湖南日科仪器的PV6001-VOC两款VOC检测仪，他们2个的准确性都很好，前者是老牌子，价格贵；后者有智能型的VOC检测仪，价格还不错，但是比其他的国产的又贵一点点，可能采用了智能机设计功能比较强的原因吧。
另外如果你的环境有苯气体和氨气，VOC检测仪也会把氨气算进来，因为氨气也是有机挥发物。不过你如果是这种情况，可以利用智能型手持气体检测仪消除这种干扰，具体方法呆会补充给你，那个网址不记得了。
