苯-氯苯分离物料的能量衡算

马明昌

(广东石油化工学院化学工程学院，广东 茂名 525000)

1 化工分离技术的概述

1.1 基本概述

所谓化工分离技术，顾名思义，是对物质进行分离而得到所需物质的过程。这张技术是伴随化工产业而出现并发展的。在进行化工分离时，需要使用分离剂作为辅助，利用不同单元对混合物进行分离。化工分离，一方面为化工生产提供了符合质量条件的原料，且在这个过程中，那些对催化剂有影响或是对反应不利的物质也被清除，化工分离在这里起到了减少副反应以及提高生产效率的作用；另一方面，当我们进行化工分离时，不仅仅反应产物的浓度会得到提高，同时那些没有参加反应的物质也在反应中发挥了属于自己的作用，循环利用，对保护环境减少污染有着很重要的意义。故化工分离不仅仅在化工生产中占有重要地位，在环境保护以及资源节约方面，化工分离也起到了重要的作用。目前，使用最广泛的分离技术是在操作条件下的简单分离技术和易于获得的设备，例如精馏、萃取、吸收。分离技术的重要性因此更加突出。

1.2 化工分离的重要性

通过分离，我们可以实现对一种混合物的分离由一种物质分离出几种物质。在这个过程中，我们需要通过化工设备来实现，具体而言，这种化工设备主要是由反应器以及多个分离设备配套使用。之所以说分离技术具有重要性，这是因为，通过这张技术，我们可以得到符合标准的物质，排除有害物质的。另外，分离后还可以进行提纯，通过以上两项技术，我们可以变废为宝，得到合格品，从而实现价值提升。不仅如此，在进行环境保护时使用这种技术，可以充分利用资源，可谓一举多得，所以在化工领域倍受青睐[1]。

1.3 化工分离技术的国内外进展

1.3.1 膜分离技术

膜分离技术的要求是使膜具有选择性的渗透性，膜包括气相膜，液相膜，固相膜和复合膜。业内使用最广泛的是固相膜，膜分离具有分离度高，能耗低，无相变，无二次污染，设备稳定，操作简便等特点，逐渐取代了常规分离技术。

1.3.2 超临界流体萃取技术

(1)超临界流体萃取原理。利用这种技术进行分离，主要分离的是溶质与溶剂。在这一过程中，主要发挥了临界流体的溶解功能，另外，与其密度也有重要关系。换而言之，通过压力因素和温度因素对其功能的发挥进行导向性操作。具体而言，处于临界状态的流体就具备了不一般的溶解能力，同时其渗透效果也会发生质变。比如，当处于高压状态时，高压会使溶质溶解，当处于低压状态时，流体便处于小密度的状态，不具备良好的溶解能力，在这种状态下，流体便可以实现进一步操作，即析出溶质，最终萃取成功。

(2)超临界CO2萃取技术的展望。超临界流体具有自身的特质，具体表现为以下几点：一是具备液体密度，二是具备气体的黏度，三是扩散能力远远超过液体，可达液体的百倍至千倍。总而言之，他在溶解方面、流动性方面以及传质方面有非常优质的性能。另外，在进行分离时，它具备一个显著的优势，便是不易发生相变，而且能耗不高。

1.3.3 耦合不同的分离技术

在进行生产时，往往会因为单一份分离方法不能满足需求而苦恼，这种现实情况说明，单一的分离技术得到的产品纯度有限。为此，在实际的生产过程中，往往综合使用分离技术，就是分离技术的耦合，这种方法应用的典型例子便是维生素分离。

2 工艺流程概述

设计过程相对简单，蒸馏过程简单。苯和氯苯的混合体系在常压下处于液态，因此要在高压或真空条件下将两者分开，需要额外的设备，例如泵，这会增加生产成本，并使设计不兼容。该分离纯化步骤在常压下进行。整个精馏过程所需的设备包括浮子阀塔，冷凝器，再沸器和其他设备，如果您使用化学模拟软件Aspen模拟整个化学过程，图1是使用Aspen模拟该化学过程的简单示意图[2]。

图1 Aspen模拟流程示意图

3 物料衡算

3.1 物料的平衡运算理论的概述以及其实际生产的意义

物料投入生产系统以后，除了会产生产品以外，还会有部分边角废料需要回收、部分废料当作生产垃圾处理，从这个意义上说，物料的平衡运算，指的是投入与产品、回收以及流失之间的关系，总体来说，这四者之间处于平衡状态，用公式表示则为：

此公式是热量衡算的重要理论基础，运用以上物料转换率的计算，可对物料的输入与输出量进行准确衡量，这对于提升生产效率，优化生产流程具有重要的意义。

在对化工流程进行物料衡算时，首先需要搭建仿真模型，这就需要运用Aspen软件，在软件工具的支撑下，就可以看到不同物料的分布情况，而且这种分布状态是以数据图的方式呈现出来，这就大大简化了物料衡算的计算难度。

当然，物料衡算最关键的环节还在于物料衡算公式的运用，在公式计算过程中，原料的转换率不需要计算，可以采用现成的数据，因此，只要将已知条件代入到公式之中，就可以得到产成品、半成品以有各种边角废料的产出情况，另外，对于生产过程中的不同阶段的物料投入与产出情况，也可通过此计算公式而得出，有了以上计算基础，那么，热量衡算、设备计算就更为方便。

3.2 物料衡算理论基础

通常情况下，物料投入到生产系统之后，共输出量也会与投入量大致相等，但由于其中还添加了催化剂，因此需要加上消耗数再减除生成量，这四者之间的关系可以用以下等式加以说明：输入量=输出量-生成量+消耗量。

而如果在常压状态下，各种混合物料产并不会联结在一起，因此，这些物料之间也就不会发生化学反应，即使没有添加催化剂，其结果相同。在这种状态下，物料就可以完整的输出，并不会额外消耗，副产物更不会产生。

基于以上理论基础，本次的生产试验更为简化，因为不需要添加任何催化剂，在这种情况下，物料衡算的公式则可以表示为：输入量=输出量。

3.3 Aspen中的物料衡算

在本系统的物料衡算过程中，由于较好地运用了Aspen软件，所以在计算精馏时，就可以方便利用软件中的RadFrac模块，以此计算物料的输入输出情况。体系物料衡算模拟流程图如图2所示。

图2 体系物料衡算模拟流程图

4 能量衡算

4.1 能量衡算目的

通常情况下，物料投入到系统中以后，物料之间会发生各种反应，包括物理、化学反应，这些都会对热量产生不同程度的影响，系统中产生的能量能否守恒、能否处于平衡状态，这都需要通过能量衡算才可以准确推断[3]。

为了压缩生产成本，提升生产效率，关键在于分离装置是否科学合理，因为不同的分离装置，其产生的热力学性能存在较大的差异，在这种情况下，就需要对能量进行科学衡算，可以说，在物料衡算的设计中，最重要的环节是能量衡量。通过能量衡算，可以对传热面积、设备性能进行不断调整，使分离装置最大限度地达到降低消耗的目标。

4.2 能量衡算原则

能量衡算必须遵循科学原则，在这方面，热力学第一定律是必须坚持的重要原则，也就是说，热量的输入量与输出量并不是处于绝对相等的状态，而是要加上额外损失的热量，因此，热量衡算的公式可以表示为：

5 结语

在本设计中，采用化工模拟软件Aspen对整个反应过程进行模拟，通过给定的反应条件对整个过程进行了物料和能量的衡算。