工艺计算之物料衡算

二、工艺计算
2.1物料衡算
1、精馏塔内各物性的计算
已知：X D =93%,，X F =25%，X W =1%(质量分数)
乙醇的摩尔质量 46.07/M g
m o l A = 水的摩尔质量 18.02/M g mol B =
(1) 将浓度换算，用摩尔分数表示为：
0.93/46.070.93/46.070.07/18.020.25/46.070.25/46.070.75/18.020.001/46.070.001/46.070.999/18.02
0.83870.11540.003937D F W X X X +++=
==
=== (2) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
0.115446.07(10.1154)18.0221.26/0.838746.07(10.8387)18.0241.56/0.00393746.07(10.003937)18.0218.13/F D W M g mol
M g mol
M g mol
=⨯+-⨯==⨯+-⨯==⨯+-⨯= (3) 根据F W D W
X X D
F X X -=-可得D F =0.1335
3/100001030.3841.5633024mol h k D ⨯=⨯⨯= 227.57/0.1335
D F kmol h == 由物料衡算 F=D+W 得
W=F –D=227.57-30.38=197.19kmol/h
2、组分的y-x 相平衡图
根据乙醇—水的平衡资料[1]，在坐标纸上描出各点，然后用一条平滑的曲线将这些点连接起来，即得出乙醇—水的相平衡图。

见附图1
3、计算最小回流比R min 以及实际的R
在乙醇—水的相平衡图中，过点（0.8387，0.8387）作相平衡曲线的切线，此切线与相平衡线交于一点e ，既有： min 0.27481D
x R =+将x D =0.8387带入上式，可以
求出R mi n =2.05又因为在实际情况中R=1.1~2R min ,此处取R=1.4R min ，计算并圆整
后得：R=3,故，由操作线方程得：
精馏段 V=(R+1)D=4×30.38=121.52 kmol/h
L=RD=3 ×30.38=91.14 kmol/h
提馏段 _
V =V=121.52 kmol/h _L =L+qF=91.14+227.57=318.71 kmol/h
4、计算理论塔板数N T 和全塔效率E T
a) N T 的计算：此处使用图解法求解，其具体过程为：
在相平衡图上找出点a(0.8387,0.8387),再利用R=3，D X =0.8387,计算出
1+R X D 从a 点出发，以1
+R X D 为截距做精馏操作线，采用泡点进料，即q=1过点（W X ,W X ）即点(0.003937,0.003937)，及点d 做一条直线，即为提馏段的操作方程。

再自点a(0.8387,0.8387)开始，最水平线使之于平衡线相交，从此交点做垂线，使之于精馏段操作线相交，再自此交点做水平线使之与平衡线相交，如此反复，直至水平线与平衡线的交点的横坐标X ≤X F 时，做垂线与提馏操作线相交，并从该点作水平线使之与平衡线相交，如此反复，直至垂直线与操作线的交点的横坐标X ≤X W 为止，数出所作的阶梯数，即为理论塔板数N T （包括塔釜在内）。

则理论塔板数为17块，第15块为加料板。

b)E T 的计算:
查得X W =0.003937时，塔釜的温度t 1=98.75℃,X D =0.8387时，塔顶的温度
t 2=78.27℃。

则2
21t t t +==88.51℃ 查液体粘度共线图得：μ（乙醇）=0.39mP a ·s
查水蒸气的物理性质[2]可得μ（水）=0.3148 mP a ·s
则μ=μ（乙醇）×X F +μ（水）×（1-X F ）=0.3235 mP a ·s
由式x
x y )1(1-+=αα的相对挥发度)1()1(y x x y --=α 查表得，0.053
0.84810.4602
W D F y y y ===
则塔釜的相对挥发度：αW =0.053(10.003937)0.003937(10.053)
⨯-⨯-=14.1595
塔顶的相对挥发度：αD =0.8481(10.8387)0.8387(10.8481)
⨯-⨯-=1.0738 进料液的相对挥发度：αF =
0.4602(10.1154)0.1154(10.4602)⨯-⨯-=6.5351 ∵α=3
F W D ααα=4.6317 ∴α×μ=4.6317×0.3235=1.4984 由 得：E T =44.4% 所以实际塔板数N P =17/44.4%=39块，实际加料板为第33块塔板
0.2450.49()L T E αμ-=。