7200t/a99.8%氯苯精餾工藝設計

本設計采用連續精餾分離苯-氯苯二元混合物的方法。連續精餾塔在常壓下操作，被分離的苯-氯苯二元混合物由連續精餾塔中部進入塔內，以一定得回流比由連續精餾塔的塔頂采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯純度不低于99.8%，塔頂產品苯純度不低于98%（質量分數）。

高徑比很大的設備稱為塔器．塔設備是化工、煉油生產中最重要的設備之一．它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的．常見的、可在塔設備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等．

在化工或煉油廠中，塔設備的性能對于整個裝置的產品產量 質量 生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等各個方面都有重大的影響．據有關資料報道，塔設備的投資費用占整個工藝設備投資費用的較大比例．因此，塔設備的設計和研究，受到化工煉油等行業的極大重視．

作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質效率．此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項傳質效率．此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項要求：

（1）生產能力大．在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現象．

（2）操作穩定、彈性大．當塔設備的氣（汽）液負荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作．并且塔設備應保證能長期連續操作．

（3）流體流動的阻力小．即流體通過塔設備的壓力降小．這將大大節省生產中的動力消耗，以及降低經常操作費用．對于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還使系統無法維持必要的真空度．

（4）結構簡單、材料耗用量小、制造和安裝容易．這可以減少基建過程中的投資費用．

（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節和檢修．

事實上，對于現有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述所有要求，僅是在某些方面具有獨到之處．

根據設計任務書，此設計的塔型為篩板塔．篩板塔是很早出現的一種板式塔．五十年代起對篩板塔進行了大量工業規模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設計方法．與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優點：生產能力大20－40%，塔板效率高10－15%，壓力降低30－50%，而且結構簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝、維修都較容易．從而一反長期的冷落狀況，獲得了廣泛應用．近年來對篩板塔盤的研究還在發展，出現了大孔徑篩板（孔徑可達20－25mm），導向篩板等多種形式．

篩板塔盤上分為篩孔區、無孔區、溢流堰及降液管等幾部分．工業塔常用的篩孔孔徑為3－8mm，按正三角形排列．空間距與孔徑的比為2.5－5．近年來有大孔徑（10－25mm）篩板的，它具有制造容易，不易堵塞等優點，只是漏夜點低，操作彈性小．

篩板塔的特點如下：

（1）結構簡單、制造維修方便．

（2）生產能力大，比浮閥塔還高．

（3）塔板壓力降較低，適宜于真空蒸餾．

（4）塔板效率較高，但比浮閥塔稍低．

（5）合理設計的篩板塔可是具有較高的操作彈性，僅稍低與泡罩塔．

（6）小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、粘性大的和帶有固體粒子的料液．

1產品與設計方案簡介

1.1產品性質、質量指標和用途

產品性質：有杏仁味的無色透明、易揮發液體。密度1．105g/cm3。沸點131．6℃。凝固點-45℃。折射率1．5216(25℃)。閃點29．4℃。燃點637．8℃，折射率1．5246，粘度(20℃)0．799mPa·s，表面張力33．28×10-3N／m．溶解度參數δ＝9．5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多數有機溶劑，不溶于水。易燃，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1. 3％-7．1％(vol)。溶于大多數有機溶劑，不溶于水。常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長時間沸騰則脫氯。蒸氣經過紅熱管子脫去氫和，生成二苯基化合物。有毒．在體內有積累性，逐漸損害肝、腎和其他器官。對皮膚和粘膜有刺激性．對神經系統有麻醉性，LD502910mg／kg，空氣中最高容許濃度50mg／m3。遇高溫、明火、氧化劑有燃燒爆炸的危險。與氯酸銀反應劇烈

質量指標：氯苯純度不低于99.8%，塔頂產品苯純度不低于98%，原料液中苯38%。（以上均為質量分數）

產品用途：作為有機合成的重要原料

1.2設計方案簡介

（1）精餾方式：本設計采用連續精餾方式。原料液連續加入精餾塔中，并連續收集產物和排出殘液。其優點是集成度高，可控性好，產品質量穩定。由于所涉濃度范圍內乙醇和水的揮發度相差較大，因而無須采用特殊精餾。

（2）操作壓力：本設計選擇常壓，常壓操作對設備要求低，操作費用低，適用于苯和氯苯這類非熱敏沸點在常溫（工業低溫段）物系分離。

（3） 塔板形式：根據生產要求，選擇結構簡單，易于加工，造價低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大，塔板效率高，壓降教低，在苯和氯苯這種黏度不大的分離工藝中有很好表現。

（4） 加料方式和加料熱狀態：設計采用泡點進料，將原料通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。

（5） 由于蒸汽質量不易保證，采用間接蒸汽加熱。

（6） 再沸器，冷凝器等附屬設備的安排：塔底設置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至泡點下一部分回流入塔，其余部分經產品冷卻器冷卻后送至儲灌。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲罐。

2工藝流程草圖及說明

38%氯苯

原料儲存

原料預熱

精餾

再沸

99．8%氯苯儲存

分配

冷凝

冷卻

98%苯儲存

冷卻

首先，苯和氯苯的原料混合物進入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進入原料預熱器，在原料預熱器中加熱到泡點溫度，然后，原料從進料口進入到精餾塔中。因為被加熱到泡點，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點，其中的液態部分進入到塔頂產品冷卻器中，停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的氣態部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復前面所說的過程，而進料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分離。

3工藝計算及主體設備設計

3.1精餾塔的物料衡算

1.原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率

苯的摩爾質量MA= 78.11

氯苯的摩爾質量MB =112.56

2. 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量

3.物料衡算

氯苯產量

總物料衡算

苯物料衡算

聯立解得

3.2塔板數的確定

1. 理論板NT的求法

①由手冊查得苯-氯苯的飽和蒸汽壓數據，列于下表

②求最小回流比、操作回流比及最小理論塔板層數

苯-氯苯氣液平衡數據

溫度/℃ 苯 氯苯 x y α 80 760 148 1.000 1.000 90 1025 205 0.677 0.913 5.000 100 1350 293 0.442 0.785 4.608 110 1760 400 0.265 0.613 4.400 120 2250 543 0.127 0.376 4.144 130 2840 719 0.019 0.072 3.950 131.8 2900 760 0.000 0.000

苯-氯苯平衡曲線圖

③求總理論板層數及總實際板層數

解得

又因為

解得 （不包括再沸器）

取

取22塊

④求精餾段和提餾段理論板層數及實際板層數

精餾段理論板層數

精餾段實際板層數 取7塊

所以 進料板實際：

提餾段理論板層數：

提餾段實際板層數 取15塊

⑤求精餾塔的氣液相負荷

⑥求操作線的方程

精餾段：

提餾段

3.3精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算

1.操作壓力計算

塔頂操作壓力

每層板塔板壓降

進料板壓力

釜底壓力

精餾段平均壓力

提餾段平均壓力

2.操作溫度計算

畫t-x-y圖：

查t-x-y圖得：

塔頂溫度 ℃,

進料溫度 ℃,

塔釜溫度 ℃

精餾段平均溫度 ℃

提餾段平均溫度 ℃

3.平均摩爾質量計算

塔頂平均摩爾質量計算

由 ,查x-y圖平衡曲線

進料板平均摩爾質量計算

由圖解理論板得：

查平衡曲線的

塔釜平均摩爾質量計算

由 ，查平衡曲線得

精餾段平均摩爾質量

提餾段平均摩爾質量

4.平均密度計算

（1）氣相平均密度計算

精餾段氣相平均密度

提餾段氣相平均密度

（2）液相平均密度計算

液相平均密度依下式計算，即 （a為質量分率）

塔頂液相平均密度

由 ℃查得

進料板液相平均密度

由 ℃查得

塔釜液相平均密度

由 ℃查得

精餾段氣相平均密度：

提餾段氣相平均密度：

5.液體平均表面張力計算

液相平均表面張力依下式計算，

即

塔頂液相平均表面張力的計算

由 ℃查得

進料液相平均表面張力的計算

由 ℃查得

塔釜液相平均表面張力的計算

由 ℃查得

精餾段液相平均表面張力為：

提餾段液相平均表面張力為：

6.液體平均黏度計算

液相平均粘度依下式計算，

即

塔頂液相平均粘度的計算

由 ℃查得

進料板液相平均粘度的計算

由 ℃查得

塔釜液相平均粘度的計算

由 ℃查得

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