5.6万吨/年氯仿-苯物系连续精馏装置的工艺设计

5.6万吨/年氯仿-苯物系连续精馏装置的工艺设计

温嘉琦 王思懿 王镜渊 张丹 周鹏程 陈浩喆

辽宁工业大学 辽宁省锦州市  121000

1物系分离方法确定

1.1物系分析

氯仿又名三氯甲烷，分子式，沸点为是一种无色透明、高折射率、易挥发的液体，有特殊香甜气味。不易燃，与火焰接触会燃烧，并放出光气。微溶于水，能与醇、苯、醚、石油醚、四氯化碳、二硫化碳和油类混溶。苯分子式无色透明易挥发非极性液体，沸点为，具强折光性和强烈芳香味，微溶于水。苯是最重要的基本有机原料之一，是芳香烃的代表。此物系为非理想物系。

本设计任务为分离氯仿-苯混合物，对于二元混合物的分离，两者沸点相差，应采用连续精馏流程。

1.2 精馏原理

精馏原理是把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求的组分的操作过程，其本质是液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。

加热氯仿和苯的混合物时，由于氯仿的沸点较苯低，即氯仿的挥发度较苯高，故氯仿较苯易从液相中汽化出来，若将汽化的蒸汽全部冷凝即可得到氯仿组成高于原料的产品，依此进行多次的汽化冷凝过程，即可将氯仿和苯分离。经过多次部分汽化和冷凝后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。

2设计方案的确定

2.1装置流程确定

蒸馏装置包括预热器、精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、釜液冷却器等设备。氯仿-苯的混合物经预热器加热到泡点温度后，送入精馏塔的进料板,在进料板上与上升蒸汽相互接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（苯），部分液体汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝的水用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。

2.2工艺条件的确定

（1）操作压力

蒸馏过程按操作压力蒸馏可分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏,一般除来的物系，都应采用常压蒸馏。氯仿和苯常压下均呈液态，所以在分离任务中选择常压蒸馏操作。

（2）进料热状况

蒸馏操作有五种进料热状况，包括冷液进料、饱和液体进料、气液混合物进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料。本设计采用泡点进料，该操作比较容易控制，不受季节气温的影响，在饱和液体进料时，精馏段与提馏段塔径相同，设计制造方便。

（3）加热方式

本设计任务加热方式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热两种。直接蒸汽加热是把蒸汽直接加入到需要加热物质中，达到加热的目的。因此蒸汽中的水分与加热物质混在一起，无法分离，适用于分离任务中有水的物系。间接蒸汽加热通过壁壳、盘管等设备，把蒸汽的热量传递给需要加热的物质。蒸汽自身冷凝成水，因此它没有传质的过程。本次设计任务是分离环己醇和苯酚的混合物，物系中没有水，所以选择间接蒸汽加热方式，塔底设置釜式再沸器。

（4）回流比

是保证精馏塔连续稳定操作的必要条件之一，且回流比是影响精馏操作费用和投资费用的重要因素。对于一定的分离任务而言，应选择适宜的回流比。回流比有两个极限值，上限为全回流时的回流比，下限为最小回流比，实际回流比为介于两极限值之间的某一倍数，一般，在此次分离操作中，综合考虑各个因素，选择。

3 塔板类型选择

精馏塔是大型的设备组装件，分为板式塔和填料塔两大类。一般处理量较大时多采用板式塔，板式塔有筛板塔、浮阀塔、斜孔塔板等。

（1）筛板塔

筛板塔结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔，筛孔在塔板上作正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能维持一定厚度的液层，操作时，上升气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，气、液间密切接触而进行传质。

优点:结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。

缺点：操作弹性小，筛孔小时易堵塞。

（2）浮阀塔

浮阀塔板是在筛孔塔板的基础上发展起来的，其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动，自行调节。

优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压力降及液面落差较小，塔的造价低。

缺点：处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。

（3）斜孔塔板

斜孔塔板属于气液并流喷射型塔版，其构造为，在板上开有斜孔，孔口向上与板面呈一定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，使相邻两排孔的气体方向向相反的方向喷出。

优点：生产能力大，与浮阀塔板相比，塔板效率大体相当，但生产能力提高30 %左右，且结构简单加工制造方便，是一种性能优良的塔板。

缺点：大液量操作条件下压降大，雾沫夹带严重。

考虑经济成本，筛板具有结构简单，制造维修方便，生产能力大，造价低等优点，本设计选择筛板塔。

4 工艺流程简述

氯仿与苯的混合物在储罐V-101，经泵P-101送入预热器E-101水蒸汽加热到泡点温度后，送入精馏塔T-101的进料板，料液经塔板与上升的蒸汽相互接触，进行传质与传热。操作时，连续的从塔釜分离出釜残液，经冷却器冷却E-104，作为产品送入储罐V-103，经泵P-104送入下一工段，另一部分经再沸器E-102加热产生苯的蒸汽，重新送人塔釜，产生的蒸汽上升，经过各层筛板。到达塔顶的蒸汽进入冷凝器E-103中全部冷凝，产生的冷凝液，经回流罐V-102，由泵P-103将冷凝液部分送入塔顶，剩余部分经冷却器冷却E-105冷却至25℃，作为产品送入储罐V-104经泵P-105送入下一工段。

参考文献

[1]夏清, 贾绍义. 化工原理(上册)[M], 天津: 天津大学出版社,2012.1.

[2]夏清, 贾绍义. 化工原理(下册)[M], 天津: 天津大学出版社,2012.1.

[3] 柴诚敬, 贾绍义, 王玥等. 化工原理课程设计[M], 北京: 高等教育出版社，2015. 10.

[4] 蔡纪宁, 张莉彦. 化工设备机械基础课程设计指导书[M], 北京: 化学工业出版社, 2011. 1.

[5] 柴诚敬, 贾绍义. 化工原理课程设计[M],天津: 天津大学出版社, 2002. 8.

[6] 周大军, 张亚涛, 揭嘉. 化工工艺制图[M]. 北京:化学工业出版社, 2012. 1.