精馏塔的工艺计算

2 精馏塔的工艺计算

精馏塔的物料衡算

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h；苯 Kmol/h；甲苯h。 （三）分离要求：

馏出液中乙苯量不大于，釜液中甲苯量不大于。 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。

xHK，D0.01xLK，W0.005

表 进料和各组分条件

编号 1 2 3

组分 苯 甲苯 乙苯 总计

fi/kmol/h

fi/% 100

由《分离工程》P65式3-23得：

DFzxii1LKLK,W1xHK,DxLK,W （式2. 1）

D226.8659 W=F-D=

0.0156250.0468750.00513.2434Kmol/h

10.010.0052WX2，W213.62250.0051.0681d2f2210.63431.06819.5662d3DX3，D13.24340.010.1324343f3d3212.68680.132434212.5544

表2-2 物料衡算表

编号 1 2 3

组分 苯 甲苯 乙苯 总计

fi/kmol/h

馏出液di

釜液i 0

精馏塔工艺计算

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(PS/PC)(1x)1(AxBx1.5Cx3Dx6)x1T/TC

表2-3 物性参数

组份 苯 甲苯 乙苯

相对分子质量

78 92 106

临界温度TC 临界压力PC

注：压力单位，温度单位K

名称 A B C D

苯 甲苯 乙苯

表2-3饱和蒸汽压关联式数据

以苯为例，x1T/TC1318.15/562.20.434

SPIn(PC)(10.434)11.536

(6.982730.4341.332130.4342.628630.4343.333990.434)5.1PSexp(5.1)48.90.29740.1MPaPa0

0同理，可得Pb0.09850.1MPa

n露点方程：i1yi1，试差法求塔顶温度 0ppi

表2-4 试差法结果统计

t 100 106 pa0 pb0 pc0 等式左边 等式右边 故塔顶温度=℃

二、塔顶压力

塔顶压力p顶1.0130.1Mpa 三、塔底温度

泡点方程： pi0xip试差法求塔底温度

i1nt pb0 pc0 100 110 130 135 136 等式左边 等式右边

故塔底温度=136℃

四、塔底压力

塔底压力p底1.0130.1Mpa 五、进料温度

进料压力为p进1.0130.1Mpa，

泡点方程： pi0xip

i1n试差法求进料温度

t pa0 pb0 pc0 100 110 130 132 133 等式左边 等式右边

故进料温度=133℃

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℃，苯5.961甲苯2.514乙苯1；

t底136℃，甲苯1.96乙苯1； t进133℃，苯4.38甲苯1.97乙苯1

综上，各个组份挥发度见下表 组份 苯 甲苯 乙苯

进料温度133

1

1 塔顶温度

塔底温度136

1

平均相对挥发度

1

据清晰分割结果，计算最少平衡级数。

lg((NminxLKx)D(HK)W)lg(9.5612212.5544)xHKxLK1.06810.13246.26

lgLKHKlg2.148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

i(xi,D)m由恩特伍德公式：Rmin1

iixi1q

iixi5.17050.0156252.1480.04687510.93750

i5.17052.1481试差法求得 则最小回流比

Rmin

i(xi，D)m5.17050.26772.1480.722310.01111.304

i5.17052.32.1482.312.3二、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倍 则R= Rmin=×=

三、全塔理论板数的确定

RRmin1.5651.3040.102 R11.5651查《化工原理》下P33图1-28吉利兰图得

NNmin0.52

N2将Nmin6.26代入，求得N= 四、进料板的计算

ddlg()()HKfLKf9.5(NR)mlgLKHK

fflg()LK()HK(NS)m3lgLKHK

(N)NNSNRN15.2，RmR(NS)mNS 因为

(NR)m9.5(NS)mNRN315.211.12(N)9.5 11Rm3(NS)mNSNNR15.211.124.08

所以,第5层理论板是加料版。

3 精馏塔主要尺寸的设计

塔径的计算

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=℃

塔釜温度：tW=136℃

塔顶有关参数计算[4 由化工物性手册查得：

苯885kg/m3甲苯866kg/m3

乙苯867kg/m3

气体平均摩尔质量：MV0.268780.722920.0110688.39g/mol

PMV1.01310588.3932.85kg/m气体密度：V 3RTD8.31410105.5273液体密度：L0.2688850.7228660.01867871.102kg/m

339.7388.39VS0.342m3/s

36002.85LRD213.243426.4868kmol/h 进料板有关参数计算

VSVS0.342m3/s 气相组成：m2.94

x2.940.005y0.0141ax12.9410.005

,气体平均摩尔质量：

'MV0.014920.986106105.8g/mol

'PMV1.013105105.8气体密度：3.71kg/m33RTD8.31410133273.15

'V'L0.2687550.7227637710.01761kg/m3

精馏段塔径计算

液相质量流量为：L26.486887.332313kg/h 气相质量流量为：V39.788.393511.75kg/h

流动参数为：LVVL0.523132.853511.75871.1020.50.0377

由于填料选择的是金属孔板波纹填料350Y；

2umsxV0.2查埃克特通用关联图得：L0.7gL

由于L0.262mPas水958.31.10L871.102

V2.850.0033257 L871.10220.2620.2umax1.100.00330.7代入上式中得：

9.8

即：umax3.3m/s 由于umax=Du 即：u0.8umax0.83.32.m/s 0.8由公式

4VS40.3420.51mu3.142.

圆整后为 提溜段塔径计算

'253.3567.4817096kg/h 液相质量流量为：L'39.7105.84200kg/h气相质量流量为：V

'L'V流动参数为：''VL0.51709642003.717610.50.28

'umax'V'0.2L0.4同上，查图得：'gL'0.207mPas 由于257L2'

水863'V3.711.12'0.00488L770L761

'

'umax2571.120.004880.000207代入上式中得：

9.8'3.1m/s 即：umax

20.20.4

u'0.8u'max0.83.12.48m/s

则：D4VS40.3420.53m'u3.14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 液体喷淋密度及空塔气速核算 精馏段液体喷淋密度为

LUL22331.6D2740.344.58m3/m2h20.33.142

精馏段空塔气速为：

VuV2D22.851.22m/s20.636003.142

3511 .75提溜段液体喷淋密度为：

420033.3m3/ m2h20.63.142

提溜段空塔气速为： U'17096V'u'V'2D23.711.11m/s20.636003.142

4200查规整填料性能参数知350m2/m3，取LW(min)0.08m3/(m2h) 则U(min)LW(min)0.0835028m3/(m2h) 经核算，选用塔径600mm符合要求。

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M填料理论板数为～4块， 取：nt=3.5，则：HETP=由：ZNTHETP

精馏段填料层高度为：Z精50.291.45m

11==0.29mnt3.5

提溜段填料层高度为：Z提120.293.48m

根据设计要求，流出一定的安全系数，填料层高度一般为

Z'(1.21.5)Z

Z精1.451.31.885m 所以

Z提3.481.34.52m

设计取精馏段填料层高度为，提溜段填料层高度为。 附属设备及主要附件的选型计算 一、接管的计算

二、（1）塔顶蒸汽管：从塔顶至冷凝器的蒸汽导管，必须适合尺寸，以免产生过大压力降。