《传质分离技术》B线项目任务单
项目：常新化工有限公司苯乙烯车间有苯乙烯生产中的苯、甲苯混合液需要分离。已知：处理量为46000t/Y，物料中含苯为45%（质量分数，下同），要求产品中含苯95%，釜液含苯1%。进料温度为72℃。年生产时间为300天。
工作任务：一、分离方案确定；二、工艺参数确定；三、分离操作；四、节能、环保与清洁化生产。 一 、分离方案确定 1.分离方法
采用精馏分离方法。
精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。可以利用苯和甲苯沸点的不同，采用精馏将二者分离。
2.分离设备
选取筛板塔精馏。筛板塔是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：(1) 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
(2) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 (3) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(4) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是：
(１) 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 (２) 操作弹性较小(约2～3)。
(３) 小孔筛板容易堵塞。不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的
料液。
3.分离流程
1
3.1 分离序列
单塔分离
3.2 操作方式
本设计任务为分离苯一甲苯混合物。由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作。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送人精馏塔内。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。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。塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
3.3辅助设备
原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设备。塔顶设有网丝除沫器。塔体设有视镜便于观察。塔体设有手孔以便维修。
4.提高能量利用率 4.1 进料状态
选择饱和液体进料（泡点进料）。
理由：进料状态直接影响到q值、操作线相平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大影响。和泡点进料（饱和液体进料）相比：若采用冷液进料，在分离要求一定的条件下所需要理论板数少，不需预热，塔釜热负荷从总量看基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易控制；若采用露点进料，则在分离要求一定的条件下，所需理论板数多，进料前预热器负荷大，耗能大，同时精馏段与提镏段上升蒸汽量变化较大，操作部易控制，受外界条件影响大。泡点进料介于两
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者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精馏段、提镏段上升蒸汽量变化小，便于设计、制造和操作控制。
4.2 加热冷却方式
塔釜采用列管换热器作为再沸器间接加热方式，塔顶采用列管式冷凝器冷却。 由于采用泡点进料，将原料液加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。
4.3 载热体选择
加热介质为水蒸气，冷却介质为冷却水。
4.4 能量的利用
由于蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，热效率比较低，但塔顶冷凝器放出的热量很多，但其能量品位较低，不能直接用于塔釜的热源，在本次设计中设计把其热量作为低温热源产生低压蒸汽作为原料预热器的热源之一，充分利用了能量。
二、工艺条件确定 1.操作参数选择
1.1 压力、温度 、进料状态参数
表1 常压下苯-甲苯的气液平衡与温度关系数据
温度 110.6 106.1 102.2 0 0 0.088 0.212 0.2 0.37 98.6 0.3 0.5 95.2 92.1 89.4 86.8 0.7 84.4 82.3 81.2 0.95 80.2 1 1 x y p?A0 pB0.397 0.489 0.592 0.618 0.71 0.803 0.903 0.789 0.853 0.914 0.957 0.979 240.0 209.4 190.3 172.7 157.2 144.2 133.7 123.5 114.5 107.4 104.2 101.3 101.3 88.4 79.2 66.5 63.7 57.9 53.2 48.9 45.1 41.9 40.4 39.3 将表1中数据作图得x~y曲线及t?x~y曲线，见图1和图2 3
1.210.8y→xy?0.60.40.2000.20.40.60.81x→苯-甲苯溶液的y-x图图1
115110105100xy?t/℃→95908580757000.20.40.60.81x(y)→苯-甲苯溶液的t-x-y图图2
1.2 物料衡算
已知：苯、甲苯摩尔质量MA?78.11kg/mol、MB?92.14kg/mol 原料液、塔顶物料、塔底物料质量分率aF?0.45、aD?0.95、aW?0.01 原料液、塔顶物料、塔底物料摩尔分率
0.45aF78.11MAxF???0.49
aF1?aF0.451?0.45??MAMB78.1192.144
0.95aD78.11MAxD???0.958
aD1?aD0.951?0.95??MAMB78.1192.140.01aW78.11MAxW???0.012
aW1?aW0.011?0.01??MAMB78.1192.14原料处理量：F?46000t/n?总物料衡算：F?D?W 苯物料衡算：FxF?DxD?WxW
74.92?0.49?D?0.958?W?0.012
46000?1000?74.92kmol/h
300?24?85.27联立解得：D?37.86kmol/h W?37.06kmo/lh
1.3 气液相平衡关系式
P?A常压下苯-甲苯混合物可视为理想溶液，故相对挥发度可用???计算
PB104.2209.4?= 2.59 当t=105.0℃时 ?=?2.36 40.288.42.59?2.36?2.47 全塔的相对挥发度 ??2当t=81.2℃时 ??平衡关系式 y?2.47x?x=
1?(??1)x1?1.47x1.4 q值及q线方程
已知数据如下：操作条件下苯的汽化热为389kJ/kg；甲苯的汽化热为363kJ/kg。原料液的平均比热容为184kJ/（kmol.℃）。 进料温度tF=72℃。查表1得xF=0.49时，进料泡点温度 t泡=92℃，
进料温度平均温度为t均=(72+92)/2=82℃
原料液平均汽化热为 rm=0.49?389?78.11+0.51?363?92.14=31946.43kJ/mol q=
cpm(t泡-tF)?rm2?1?158?(92?72)?1.09
31946.43q线方程 y=
qxF1.090.49x??x? q?1q?11.09?11.09?15