Principios de ingeniería química Diseño del curso Destilación Benceno y clorobenceno Cómo escribir el prefacio

1. Prólogo

1. Introducción a la destilación y los equipos de torre

La destilación es un método de separación de mezclas líquidas. Es una de las operaciones unitarias más importantes en el proceso de transferencia de masa. de destilación Utiliza la diferencia en la presión de vapor de cada componente en la solución, es decir, cada componente tiene diferentes propiedades de detección (o diferentes puntos de ebullición) bajo la misma presión y temperatura para lograr el propósito de separación. Por ejemplo, al diseñar el sistema benceno-tolueno seleccionado, al calentar una mezcla de benceno (punto de ebullición 80,2°C) y tolueno (punto de ebullición 110,4°C), dado que el punto de ebullición del benceno es menor que el del tolueno, es decir , la volatilidad del benceno es mayor que la del tolueno, por lo que el benceno es más volátil que el tolueno. Se vaporiza fácilmente fuera de la fase líquida. Si se condensa todo el vapor vaporizado, se puede obtener un producto con una composición de benceno superior a la de la materia prima. Al realizar múltiples procesos de vaporización y condensación, se pueden separar el benceno y el tolueno. Después de múltiples vaporizaciones parciales y condensaciones parciales, finalmente se pueden obtener componentes volátiles más puros en la fase de vapor y componentes menos volátiles más puros en la fase líquida. Esto es destilación.

En la industria, los métodos de destilación son ampliamente utilizados para separar mezclas líquidas, desde la industria del petróleo, industria del alcohol hasta la separación de alquitrán, síntesis orgánica básica, separación de aire, etc., especialmente la aplicación de la destilación a gran escala. producción Más extensa.

La destilación se puede dividir en destilación simple, destilación equilibrada, rectificación, destilación especial y otros métodos según la operación. Según la cantidad de componentes contenidos en la materia prima, se puede dividir en destilación de dos componentes y destilación de múltiples componentes. Según la presión de funcionamiento, se puede dividir en destilación a presión normal, destilación a presión y destilación a presión reducida (vacío). Además, según la operación, ya sea destilación continua o destilación discontinua. La destilación en la industria es principalmente destilación de múltiples componentes. Este diseño se centra en la destilación de dos componentes bajo presión normal, es decir, un sistema de benceno-tolueno.

Los equipos de transferencia de masa gas-líquido son esenciales en operaciones unitarias como absorción, desorción, destilación y extracción que se utilizan ampliamente en la industria química y la industria petrolera. El equipo de torre es uno de los equipos de transferencia de masa gas-líquido que convierte el gas y el líquido en dos fases mediante un contacto cercano para lograr el propósito de la transferencia de masa y la transferencia de calor entre fases.

Los equipos de torre generalmente se dividen en dos categorías: tipo de contacto escalonado y tipo de contacto continuo. El primero está representado por una torre de placas y el segundo por una torre empaquetada.

Las torres de placas cribosas se utilizaban en instalaciones industriales a principios del siglo XIX. Sin embargo, debido a la poca investigación sobre la mecánica de fluidos de las placas cribosas, la operación se consideró difícil de dominar y no se utilizó ampliamente. Desde la década de 1950, debido a la práctica de producción industrial, la torre de placas de tamiz se ha estudiado completamente y se ha formado un método de diseño relativamente completo después de una gran cantidad de práctica de producción industrial. En comparación con la torre de tapa de burbujas, la torre de placa de tamiz tiene las siguientes características: la capacidad de producción es superior a 10,5, la eficiencia de la placa aumenta la producción en aproximadamente un 15 % y la caída de presión se puede reducir además en aproximadamente un 30 %; la torre de placa de tamiz tiene una estructura simple, consume menos metal y el costo de la bandeja se puede reducir alrededor de 40; es fácil de instalar y de limpiar y reparar. Este diseño analiza la torre de placas de tamiz.

2. Introducción del sistema

El benceno, con un punto de ebullición de 80,2 °C; el clorobenceno, con un punto de ebullición de 110,4 °C, son materias primas químicas muy importantes. incoloro, no tóxico y tiene ciertos El solvente orgánico cancerígeno más común se usa ampliamente en las industrias química, química diaria, farmacéutica y otras debido a sus buenas propiedades físicas y químicas. El sistema benceno-tolueno es un sistema ideal de dos líquidos que es completamente miscible.

Datos del equilibrio gas-líquido del sistema bicomponente de clorobenceno (A) y benceno (B)

3. La bandeja de la placa se conoce como placa de tamiz y el punto de soporte estructural es que hay muchos orificios uniformes en la bandeja. Según el tamaño de la abertura, se divide en dos tipos: placa de tamiz de apertura pequeña (apertura de 3 a 8 mm) y placa de tamiz de apertura grande (apertura de 10 a 25 mm). Las aplicaciones industriales se basan principalmente en placas de tamiz de pequeña apertura. Las placas de tamiz de gran apertura se utilizan principalmente en determinadas ocasiones especiales (como la separación de sustancias con alta viscosidad y fácil coquización).

Las ventajas de la placa de tamiz son una estructura simple y un bajo costo; la diferencia de nivel de líquido en la placa es pequeña, la presión del gas se reduce y la capacidad de producción es grande y el gas se dispersa uniformemente; La eficiencia de transferencia de masa es alta. Su desventaja es que los orificios del tamiz se obstruyen fácilmente y no es adecuado para manipular materiales propensos a coquizarse y tener alta viscosidad.

Cabe señalar que, aunque la placa tamiz tiene una alta eficiencia de transferencia de masa, si está diseñada y operada incorrectamente, es propensa a sufrir fugas, lo que reduce la flexibilidad operativa

y reduce la eficiencia de transferencia de masa. Por tanto, la aplicación industrial fue más cautelosa en el pasado. En los últimos años, debido a la mejora continua de los niveles de diseño y control, el funcionamiento de la placa de criba se puede hacer muy preciso, lo que compensa las deficiencias anteriores, por lo que se utiliza cada vez más. Con la premisa de garantizar un diseño preciso y adoptar métodos de control avanzados, se pueden tomar decisiones audaces en el diseño.