2精馏塔的工艺计算

1、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。 表2.1 进料和各组分条件 编号 组分 fi /kmol/h fi /% 1 苯 3.5448 1.5625 2 甲苯 10.6343 4.6875 3 乙苯 212.68

2、68 93.7500 总计 226.8659 100 0.01 0.005 x HK，D XLK，W 由分离工程P65式3-23得: LK ZXlk ,W D F 1XHK ,DXLK ,W （式 2. 1） D 226.8659。心5625 046875。曲 13.2434Kmol/h 1 0.01 0.005 W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h 2WX2, W 213.6225 0.0051.0681 Kmol/h 精选文库 17 d2 f2 2 10.6343 1.06819.5662 Kmol/h d3 Dx3, D 13.2434 0.010.

3、132434 Kmol/h 编号组分 fi/kmol/h 馏出液di 釜液i 1苯 3.5448 3.5448 0 2甲苯 10.6343 9.5662 1.0681 3乙苯 212.6868 0.1324 212.5544 总计 226.8659 13.2434 213.6225 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): ln(P S/FC)(1 x) 1 (Ax Bx15 Cx3 Dx6) x 1 T/TC 表2-3 物性参数 组份相对分子质量 临界温度Tc 临界压力FC 苯 78 562.2 48.9 甲苯 92 59

4、1.8 41.0 乙苯 106 617.2 36.0 注：压力单位 0.1Mpa,温度单位 K 名称A B C D 212.6868 0.132434212.5544 Kmol/h 3 表2-2 物料衡算表 f3d3 苯 -6.98273 1.33213 -2.62863 -3.33399 甲苯 -7.28607 1.38091 -2.83433 -2.79168 乙苯 -7.48645 1.45488 -3.37538 -2.23048 表2-3饱和蒸 汽压关联式 数据 以苯为例, x 1 T/Tc 1 318.15/562.20.434 In(P%C) (6.98273 (1 0.434)

5、 1 0.434 1.33213 0.43415 2.62863 0.43433.33399 0.4346)5.1 PS exp( 5.1) 48.9 0.2974 0.1M PaPf 同理，可得 Pb0 0.0985 O.IMPa 露点方程: n 乂 0 i 1 Pi -，试差法求塔顶温度 P t 80.0 85.0 100 105.5 106 Pa0 1.0080 1.1729 1.7961 2.0794 2.1067 Pb0 0.3871 0.4587 0.7394 0.8712 0.8840 Pc0 0.1672 0.2017 0.3417 0.4095 0.4161 等式左边 2.1

6、871 1.8488 1.5298 0.9804 0.9664 等式右边 0.9869 0.9869 0.9869 0.9869 0.9869 表2-4 试差法结果统计 故塔顶温度=1055C 二、塔顶压力 塔顶压力P顶1.013 0.1Mpa 三、塔底温度 n t 100 110 130 135 136 Pb0 0.7394 0.9922 1.6987 1.9249 1.9728 Pc0 0.3417 0.4726 0.8539 0.9795 1.0063 等式左边 0.3437 0.4751 0.8580 0.9841 1.0110 等式右边 1.0133 1.0133 1.0133 1.

7、0133 1.0133 泡点方程: 试差法求塔底温度 0 Pi Xi p i 1 故塔底温度=136 C 四、塔底压力 塔底压力P底 1.013 0.1M pa 五、进料温度 进料压力为P进 1.013 0.1Mpa , 泡点方程: n P i0Xi i 1 试差法求进料温度 t 100 110 130 132 133 PaO 1.7961 2.3357 3.7777 3.9521 4.0415 PbO 0.7394 0.9922 1.6987 1.7866 1.8318 Pc0 0.3417 0.4726 0.8539 0.9025 0.9276 等式左边 0.3831 0.5260 0.9

8、392 0.9916 1.0186 等式右边 1.0133 1.0133 1.0133 1.0133 1.0133 故进料温度=133 C 六、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 t顶 105.5 C,苯 5.961 甲苯 2.514 乙苯 1； t 底 136 C, 甲苯1.96 乙苯1 ； t进 133 C， 苯 4.38 甲苯1.97乙苯 1 综上，各个组份挥发度见下表 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 5.961 5.1705 甲苯 1.97 2.514 1.96 2.148 乙苯 1 1 1 1 Nmi

9、n lg(%D (沁)W) XHKXlk 1.06810.1324 Ig LK HK Ig 2.148 6.26 据清晰分割结果，计算最少平衡级数。 2.2.2塔板数的确定 、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: i(Xi,D)m R i 1 min iXi 5.1705 0.015625 2.148 0.046875 5.1705 2.148 1 0.93750 试差法求得2.3 则最小回流比 Rmin i ( Xi, D ) m 1 5.1705 0.2677 5.1705 2.3 2.148 g 11.304 2.148 2.312.3 、实际回

10、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 X.304=1.565 三、全塔理论板数的确定 R Rmin1.565 1.304 0102 R 11.565 1. 查化工原理下P33图1-28吉利兰图得 将Nmin 6.26代入，求得N=15.2 四、进料板的计算 (NR)m lg(d)LK (f)HK 9.5 lg LK HK (Ns)m Ig ()LK()HK 3 Ig LK HK Ns Nr 因为 152瞪 Nr Ns Nr (NJm (Ns)m (NR)m (NS)m 9.5 315.2 1西 3 11.12 Ns Nr 15.

11、2 11.124.08 所以,第5层理论板是加料版。 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 r 塔釜温度：tW=136C 3.3.2塔顶有关参数计算4 由化工物性手册查得: 3 苯 885kg/m 3 甲苯 866kg/m 气体平均摩尔质量：Mv 气体密度: PMv RTd 液体密度: Vs 3 乙苯 867kg / m 0.268 78 0.722 92 1.01 3 1 05 88.39 8.314 0.268 885 39.73 88.39 3600 2.85 10

12、31 05.5 2 73 rd 2 13.2434 3.3.3进料板有关参数计算 Vs Vs,0.342m3/s 气相组成：m 2.94 2.94 0.005 a x 12.94 气体平均摩尔质量: Mv 0.014 92 0.986 106 气体密度: PMv RTd L 0.268 755 0.722 3.3.4精馏段塔径计算 液相质量流量为: 气相质量流量为: 0.01 106 88.39g/mol 2.85kg/m3 0.722 866 0.01 867 871.102kg/m3 0.342m3/s 26.4868kmol / h 0.014 10.005 105.8g / mol 1

13、.013 105 105.8 33.71kg/m3 8.314 10133 273.15 763 771 0.01761kg/m3 26.4868 87.33 2313kg/h 39.7 88.393511.75kg/h 流动参数为: 0.5 L V 0.5 迟 土乞 0.0377 3511.75 871.102 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: 2 U msxV L0.20.7 由于 L 0.262mPa s 2.85 871.102 0.0033 代入上式中得: c czQ.2 0.262 竺2 1.10 871.102 257 即：Umax 3.3m/

14、s 由于Umax 0.8 由公式D 圆整后为0.6m 3.3.5提溜段塔径计算 液相质量流量为: 气相质量流量为: 流动参数为: 同上，查图得: 2 u max 由于 257 水 863 L 770 2 u max 1.10 0.00330 7 9.8 即：u 0.8Umax 0.8 3.32.64m/s max J 4 O.3420.51m V3.14 2.64 253.35 67.4817096kg/h 39.7 0.5 1.12 105.84200kg / h 0.5 17096 3.710 28 4200761 0.2 L 0.4 0.207mPa s -0.00488 L 761 代

15、入上式中得: umax2 257 4.12 O.。0488 O.。002070.20.4 9.8 即: umax 3.1m/s u 0.8u max 0.8 3.12.48m/s 则：D 淫 J 4 O.342 0.53m V u V3.14 2.48 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 L/ ” L 2 2331.6 /7402344.58m3/ m2 h 0.3 3.14 2 精馏段空塔气速为: v/ V 2 D 2 3511.75/ 285 _ _ . . 0.6 3600 3.14 2 21.22m/s 提溜段液体喷淋密度为: 17096/ U 也彎 33.3m3 / m2 C 一 0.6 3.14 2 提溜段空塔气速为: V 2 D 2 420%.71 3600 3.14 21.11m/ s 2 查规整填料性能参数知 350m2/m3，取 l_W(min) 0.08m3 /(m2 h) 贝 U U (min)Lw(min) 0.08 350 28m3/(m2 h) 经核算，选用塔径600mm符合要求。 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3.54块, 取：nt = 3.5 贝U： HETP n