苯-甲苯分离精馏塔的方案设计案例综述
目录
TOC\o1-3\h\u21472苯-甲苯分离精馏塔的方案设计案例综述 1
95101.1精馏操作过程对塔设备的要求 1
164521.2常用板式塔类型以及设计的选型 1
246451.3筛板塔 1
45151.4工艺条件的确定和说明 2
228081.4.1操作压力 2
2511.4.2进料状态 2
71001.4.3加热方式 3
114321.4.4冷却剂与出口温度 3
197231.4.5回流比 3
200631.4.6热能的利用 3
202511.5确定设计方案的原则 3
312801.6板式精馏塔的设计要求 4
324571.7物料流程简图 4
1.1精馏操作过程对塔设备的要求
生产量足够大；在生产过程中效率要高；在设备中要求使用过程不易堵塞，气流的摩擦阻力小；设备的运行稳定，适应性要强，操作简单快捷；设备的结构要求简单，选择的制造材料要求价格低廉耐腐蚀且设计的耗材少；制造的设备要求安装简单，维修方便[4-9]。
1.2常用板式塔类型以及设计的选型
板式塔设备根据有无降液管的塔板分为两类[10]。有降液管的浮阀塔板、筛板塔板和泡罩塔板在工业上应用的较为广泛[11]。
板式塔的特性确定的关键点在于塔的塔盘结构，被运用的较多的塔盘结构有筛板形塔盘、泡罩形塔盘、浮阀形塔盘还有浮动喷射性塔盘以及舌形塔盘等等。在此本设计我将选用筛板塔作为设计的选型。
1.3筛板塔
筛板塔顾名思义，其塔盘结构的塔板上有着分布规律，直径大小相同的圆孔。根据其圆孔直径大小的区分，分为用途不相同的大孔径筛板、小孔径筛板两类。在3到8毫米之间为小孔径，在10到25毫米之间的是大孔径。工业应用较多的是小孔径筛板，而大孔径筛板一般是为了分离粘度系数大的物系。
选择有着结构简单，造价较低；筛板因上液面落差小，致使气体的压降低，最后得到生产能力较大的结构；气相能够均匀的扩散，使筛板的传质效率升高。使筛板塔比泡罩塔有着明显的优势：生产能力多了10%左右，并且提高了15%产量左右的板效率；而且还降低了30%前后的压降；又因为简单结构的筛塔板能使材料费用低个40%前后；安装也方便。
还要研究漏液、雾沫夹带、干板降压以及板上液层高度对板效率的影响[12~15]。
1.4工艺条件的确定和说明
1.4.1操作压力
分离问题、塔顶温度、塔釜温度影响着选择塔内操作压力。考虑可行性和合理性要仔细根据物料的性质。
压力的上升虽然提高了筛板塔对物料的处理能力，但是同时会导致塔身的壁厚增厚，壁厚的增加会让设备材料量变大使费用上涨；给塔增加了一定的压力，使本设计中的苯-甲苯混合物料的挥发度差距缩小[16]，这样会使分离过程变得更为艰难。增加塔高或着增加回流比，再沸器的热源就要增加，这会让费用增加。故若在常温常压情况下操作，能用普通冷却水进行冷却塔顶蒸汽，故加压方式的操作不会选用。1.7MPa是操作压力的分界点，使冷却水冷却塔顶蒸汽要求压力高于分界点。对其他方案进行比较，选择适合的操作。考虑冷凝的方式，且加压后没有操作上的其他问题，不会增加费用，才选择增加压力。以上因素都考虑之后决定选择常压精馏。
1.4.2进料状态
精馏塔的进料情况有五种：
冷进料；泡点进料；气液混合进料；饱和蒸汽进料；过热蒸汽进料。
q代表物料热状况,其数值大小可以用来判断物料状态，小于0为过热蒸汽，等于0为饱和蒸汽，在0和1之间为气液混合，等于1为饱和液，大于1为冷物料。从精馏过程来看，在平衡蒸馏中q是这样定义的，q=W/F，也就是表示液化分率。
1.4.3加热方式
为了使塔内在生产过程有一直有富足的热量，可以在设计塔设备时根据热量用量选择添加多少再沸器，其加热方式为间接蒸汽加热[17]；在苯-甲苯混合液中，重组分的甲苯从塔底被输出，轻组分的苯从塔顶被冷凝[18]。在101.3kpa压力状况时使用再沸器加热。
1.4.4冷却剂与出口温度
冷却剂为冷工程用水，温度在20-40℃之间是易于控制的操作条件。
冷却水的出口温度高，冷却效果就不好；出口温度低，冷却水用量就变大。考虑到这些，所以设计中选40℃的出口温度冷却水。
1.4.5回流比
选择连续精馏过程来分离本设计的混合物系。以泡点进行进料，把通过预热器的原料料液在加热过程后输送到泡点位置，最后流进精馏塔。让全凝器进行冷凝到塔顶的上升蒸气，形成冷凝液，冷凝液再回流至塔内，剩余组分在通过产品冷却器时，被冷却后，输送到了储罐[19]。因为苯甲苯不属于难分离的物系，所以得到的最小回流比值偏小，我们选择的操作回流比，取2倍的最小回流比。
1.4.6热能的利用
因为在精馏过程中的热效率太低，在此过程中再沸器有95%还要多的能量用在加热