2--精馏塔的工艺计算

2 精馏塔的工艺计算 2 1 精馏塔的物料衡算 2 1 1 基础数据 一 生产能力 10 万吨 年 工作日 330 天 每天按 24 小时计时 二 进料组成 乙苯 212 6868Kmol h 苯 3 5448 Kmol h 甲苯 10 6343Kmol h 三 分离要求 馏出液中乙苯量不大于 0 01 釜液中甲苯量不大于 0 005 2 1 2 物料衡算 清晰分割 以甲苯为轻关键组分 乙苯为重关键组分 苯为非轻关键组分 01 0 DHK x 005 0 WLK x 表 2 1 进料和各组分条件 由 分离工程 P65 式 3 23 得 式 2 1 1 1 LK iLK W i HK DLK W zx DF xx Kmol h2434 13 005 0 01 0 1 005 0 046875 0 015625 0 8659 226 D W F D 226 8659 13 2434 213 6225Kmol h Kmol h0681 1 005 0 6225 213 22 WX W 编号组分 kmol h i f i f 1 苯3 54481 5625 2甲苯10 63434 6875 3 乙苯212 686893 7500 总计226 8659100 Kmol h5662 9 0681 1 6343 10 222 fd Kmol h132434 001 0 2434 13 33 DX Dd Kmol h5544 212132434 0 6868 212 333 df 表 2 2 物料 衡算表 2 2 精馏塔工艺计算 2 2 1 操作条件的确定 一 塔顶温度 纯物质饱和蒸气压关联式 化工热力学 P199 C C S TTx DxCxBxAxxPP 1 1 ln 635 11 表 2 3 物性参数 注 压力单位 0 1Mpa 温度单位 K 编号组分 kmol h i f馏出液 i d釜液 i 1 苯3 54483 54480 2甲苯10 63439 56621 0681 3 乙苯212 68680 1324212 5544 总计226 865913 2434213 6225 组份相对分子质量临界温度 C T临界压力 C P 苯78 562 248 9 甲苯92 591 841 0 乙苯106617 236 0 表 2 3 饱和蒸汽压关联式数据 以苯为例 434 0 2 562 15 3181 1 C TTx 1 5 434 033399 3 434 0 62863 2 434 0 33213 1 434 0 98273 6 434 0 1 635 1 1 C S P P In 0 1 02974 0 9 48 1 5exp a S PMPaP 同理 可得MPaPb1 00985 0 0 露点方程 试差法求塔顶温度 n i i i pp y 1 0 1 表 2 4 试差法结果统计 故塔顶温度 105 5 2 塔顶压力 塔顶压力Mpap1 0013 1 顶 3 塔底温度 泡点方程 试差法求塔底温度pxp n i ii 1 0 名称ABCD 苯 6 98273 1 33213 2 62863 3 33399 甲苯 7 286071 38091 2 83433 2 79168 乙苯 7 486451 45488 3 37538 2 23048 t80 085 0100105 5106 0a p 1 00801 17291 79612 07942 1067 0b p 0 38710 45870 73940 87120 8840 0c p 0 16720 20170 34170 40950 4161 等式左边2 18711 84881 52980 98040 9664 等式右边0 98690 98690 98690 98690 9869 故塔底温度 136 4 塔底压力 塔底压力Mpap1 0013 1 底 5 进料温度 进料压力为 Mpap1 0013 1 进 泡点方程 pxp n i ii 1 0 试差法求进料温度 故进料温度 133 6 相对挥发度的计算 据化学化工物性数据手册 用内插法求得各个数据 5 105 顶 t961 5 苯 514 2 甲苯 1 乙苯 136 底 t96 1 甲苯 1 乙苯 t100110130135136 0b p 0 73940 99221 69871 92491 9728 0c p 0 34170 47260 85390 97951 0063 等式左边0 34370 47510 85800 98411 0110 等式右边1 01331 01331 01331 01331 0133 t100110130132133 0a p 1 79612 33573 77773 95214 0415 0b p 0 73940 99221 69871 78661 8318 0c p 0 34170 47260 85390 90250 9276 等式左边0 38310 52600 93920 99161 0186 等式右边1 01331 01331 01331 01331 0133 133 进 t38 4 苯 97 1 甲苯 1 乙苯 综上 各个组份挥发度见下表 据清晰分割结果 计算最少平衡级数 26 6 148 2 lg 1324 0 5544 212 0681 1 5612 9 lg lg lg min HKLK W LK HK D HK LK x x x x N 2 2 2 塔板数的确定 一 最小回流比 Rmin 本设计为泡点进料 即饱和液体进料 q 1 由恩特伍德公式 1 min R x i mDii 1 ii i x q 0 1 9375 0 1 148 2 046875 0148 2 1705 5 015625 0 1705 5 i iix 试差法求得2 3 则最小回流比 304 1 1 3 21 01 01 3 2148 2 7223 0148 2 3 21705 5 2677 01705 5 1 min i mDii x R 二 实际回流比 根据混合物分离的难易程度 取实际回流比为最小回流比的 1 2 倍 则 R 1 2 Rmin 1 2 1 304 1 565 组份进料温度 133塔顶温度 105 5塔底温度 136平均相对挥发度 苯4 38 5 9615 1705 甲苯1 97 2 5141 962 148 乙苯1111 三 全塔理论板数的确定 102 0 1565 1 304 1 565 1 1 min R RR 查 化工原理 下 P33 图 1 28 吉利兰图得 52 0 2 min N NN 将代入 求得 N 15 226 6 min N 4 进料板的计算 5 9 lg lg HKLK HKLK mR f d f d N 3 lg lg HKLK HKLK mS ff N 因为 S R mS mR RS N N N N NNN 2 15 12 11 2 15 3 5 9 1 3 5 9 1 N N N N N N mS mR mS mR R 08 412 11 2 15 RS NNN 所以 第 5 层理论板是加料版 3 精馏塔主要尺寸的设计 3 1塔径的计算 3 3 1 填料精馏塔有关参数 操作回流比 R 2 理论板数 NT 16 进料板序号 NF 5 塔顶温度 tD 105 5 塔釜温度 tW 136 3 3 2 塔顶有关参数计算 4 由化工物性手册查得 3 885mkg 苯 3 866mkg 甲苯 3 867mkg 乙苯 气体平均摩尔质量 molgMV 39 8810601 092722 0 78268 0 气体密度 3 3 5 85 2 273 5 10510314 8 39 8810013 1 mkg RT PM D V V 液体密度 3 102 87186701 0 866722 0 885268 0mkg L smVS 342 0 85 2 3600 39 8873 39 3 hkmolRDL 4868 262434 132 3 3 3 进料板有关参数计算 smVV SS 342 0 3 气相组成 94 2 m 014 0 005 0 194 2 1 005 0 94 2 1 xa x y 气体平均摩尔质量 molgMV 8 105106986 0 92014 0 气体密度 3 3 5 71 3 15 27313310314 8 8 10510013 1 mkg RT PM D V V 3 76101 0 771763722 0755268 0 mkg L 3 3 4 精馏段塔径计算 液相质量流量为 hkg L 231333 874868 26 气相质量流量为 hkg V 75 351139 88 7 39 流动参数为 0377 0 102 871 85 2 75 3511 2313 5 0 5 0 L V V L 由于填料选择的是金属孔板波纹填料350Y 查埃克特通用关联图得 7 0 2 0 2 L L Vmsx g u 由于 smPa L 262 0 10 1 102 871 3 958 L 水 0033 0 102 871 85 2 L V 257 代入上式中得 7 0 8 9 0033 0 10 1 262 0 2 max 2 0 u 即 smu 3 3 max 由于 即 max 0 8 u u smuu 64 23 38 08 0 max 由公式 m u V D S 51 0 64 2 14 3 342 0 44 圆整后为0 6m 3 3 5 提溜段塔径计算 液相质量流量为 hkg L 1709648 6735 253 气相质量流量为 hkg V 4200 8 1057 39 流动参数为 28 0 761 71 3 4200 17096 5 0 5 0 L V V L 同上 查图得 4 0 2 0 2 max L L V g u 由于 257 smPa L 207 0 12 1 770 863 L 水 00488 0 761 71 3 L V 代入上式中得 4 0 8 9 000207 0 00488 0 12 1257 2 0 2 max u 即 smu 1 3 max smuu 48 2 1 38 08 0max 则 m u V D S 53 0 48 2 14 3 342 0 44 比较精馏段与提溜段计算结果 二者基本相同 圆整塔径 取D 600mm 3 4 液体喷淋密度及空塔气速核算 精馏段液体喷淋密度为 hmm D U L L 23 22 58 44 2 3 0 14 3 3 740 6 2331 2 精馏段空塔气速为 sm D u V V 22 1 2 6 0 14 3 3600 85 2 75 3511 2 22 提溜段液体喷淋密度为 hmmU 23 2 3 33 2 6 0 14 3 4200 17096 提溜段空塔气速为 sm D u V V 11 1 2 6 0 14 33600 71 3 4200 2 22 查规整填料性能参数知 取 32 350mm 08 0 23 min hmmLW 则 2835008 0 23 min min hmmLU W 经核算 选用塔径 600符合要求 mm 3 5 填料层高度计算 填料层高度计算采用理论板当量高度法 对350Y金属孔板波纹填料 由附录查每米填料理论板数为3 5 4块 取 则 3 5 t n 11 0 29