2万吨苯-甲苯板式精馏塔设计(2)
从绿色食品到珍贵中药的生产，从生物化工到环境保护，液体混合物的分离技术广泛应用在石油化工、制药、食品等许多行业。产品的净化和回收、副产品和未反应原料的提纯或分离都需要这种手段[2]，而蒸馏是分离液体混合物的经典单元操作。其原理是通过加热混合液形成气液两相物系，再利用物系中各组分的挥发度不同实现分离的[3,4]。蒸馏操作具有适用范围广，在工业应用具有悠久的历史，技术比较成熟等特点，并且通过蒸馏操作我们可以直接得到所需要的产品。精馏是在蒸馏的基础上再借助“回流技术”实现混合液高纯度分离的多级分离操作，即在蒸馏操作中同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程[5-7]。
因此，本文设计了利用精馏操作来分离苯-甲苯的混合液，分离过程在板式精馏塔中进行，通过对精馏塔物料进行衡算，确定理论板层数，精馏塔的工艺条件和计算相关物性数据，计算精馏塔的塔高、塔径计算，从而完成规定的分离任务。本设计不仅具有很高的理论研究价值，还对实际生产实践有较强指导意义。
1 设计方案确定
精馏是实现液体混合物分离最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏的过程是利用能量，使汽夜两相进行多次直接接触和分离。根据液汽混合物各组分挥发度不同的特点，从而实现挥发组分有液相向气相转移，难挥发组分有气相向液相转移。实现原料混合物中各组分分离的过程是同时伴随着传质传热的。本次设计任务是设计一定处理量的精馏塔，实现苯，甲苯的分离。设计中，采用泡点进料，将原料液通过预热器的加热温度到泡点后输送进入精馏塔。塔顶的蒸汽采用全凝器充分冷凝，冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余部分通过产品冷却器冷却后输送进入储罐，该物系操作回流比取最小回流比的2倍，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐储藏要分离苯、甲苯的混合液，对于混合液的进料方式采用饱和液体进料也即泡点进料，就是先将苯和甲苯混合液加热到泡点以后再加入到精馏塔内。塔顶上升蒸气的冷凝方式可以采用分凝器冷凝和全凝器冷凝两种，这里选用的是全凝器冷凝，也即是冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余一部分经由全凝器冷却后输送进入储罐。
综上所述，操作条件和设计任务确定为：
操作压力为常压，泡点进料方式，泡点温度回流，直接蒸汽加热。操作回流比为最小回流比的1.3倍，每年工作日为300天，每天24小时连续运行。处理量20000（吨/年），原料混合液中苯含量为40%（质量分数，下同）[8]，要求分离后产品中苯含量不低于98%，而塔釜出料中苯含量不高于2%。
2 设计计算
2.1 精馏塔的物料衡算
2.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
苯的摩尔质量
MA=78.11kg/
甲苯的摩尔质量
MA=92kg/
原料液的摩尔分数
= (0.40/78.11)/(0.40/78.11+0.60/92)=0.440
馏出液的摩尔分数
= (0.98/78.11)/(0.98/78.11+0.02/92)=0.983
釜残液的摩尔分数
= (0.02/78.11)/(0.02/78.11+0.98/92)=0.0235
原料液的流量
F= (20000×1000)/(7200×85.89)=32.34kmol/h
由全塔物料衡算，可知[9]：
F=D+W ①
F =D +W ②
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