设备设计计算与选型

第三部分 设备设计计算与选型

3.1苯∕甲苯精馏塔的设计计算

通过计算D=1.435kmol/h ，η=F

D F D x x ，设%98=η可知原料液的处理量为F=7.325kmol/h ，由于每小时处理量很小，所以先储存在储罐里，等20小时后再精馏。故D=28.7h koml ,F=146.5kmol/h ,组分为18.0x =F ,要求塔顶馏出液的组成为90.0x D =,塔底釜液的组成为01.0x W =。

设计条件如下：

操作压力:4kPa （塔顶表压）； 进料热状况:自选；

回流比:自选； 单板压降:≤0.7kPa ； 全塔压降:%52=T E 。

3.1.1精馏塔的物料衡算

(1) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

苯的摩尔质量 11.78M A =kg/kmol

甲苯的摩尔质量 13.92M B =kg/kmol

18.0x =F 90.0x D = 01.0x W =

(2) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

=F M 0.18×78.11+(1-0.18)×92.13=89.606kg/kmol

=D M 0.9×78.11+(1-0.9)×92.13=79.512kg/kmol

=W M 0.01×78.11+(1-0.01)×92.13=91.9898kg/kmol

(3) 物料衡算

原料处理量 F=146.5kmol/h

总物料衡算 146.5=D+W

苯物料衡算 146.5×0.18=0.9×D+0.01×W

联立解得 D=27.89kmol/h

W=118.52kmol/h

3.1.2 塔板数的确定

(1)理论板层数T N 的求取

苯—甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。

①由物性手册查得苯—甲苯物系的气液平衡数据，绘出x —y 图，见下图3.1

图3.1图解法求理论板层数

②求最小回流比及操作回流比。

采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e （0.45，0.45）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为

667.0y q =

450.0x q = 故最小回流比为

1.1217

.0233.045.0667.0667.09.0x y y x q q q

min ==--=--=D R 取操作回流比为

R=22.21.12min =⨯=R

③求精馏塔的气、液相负荷

L=RD=2.2×27.89=61.358kmol/h

V=(R+1)D=(2.2+1)×27.89=89.248kmol/h

858.2075.146358.611=+=+=F L L kmol/h

248.891==V V kmol/h

④求操作线方程

精馏段操作线方程为

3215.0x 6875.09.0248

.8989.27x 248.89358.61x x y +=⨯+=+=D V D V L 提馏段操作线方程为

0132.0x 329.201.0248.8952.118x 248.89858.207x x y 111111

1

-=⨯-==W V W V L — ⑤图解法求理论板层数

采用图解法求理论板层数，如图5.1。求解结果为

总理论板层数T N =12.5（包括再沸器）

进料板位置 6=F N

(2)实际板层数的求取

精馏段实际板层数 6.952.05==精N 取10

提馏段实际板层数 42.1452.05.7==F N 取15

3.1.3精馏塔的工艺尺寸及有关物性数据的计算

以精馏段为例计算。

(1) 操作压力计算

塔顶操作压力 3.10543.101=+=D P kPa

每层塔板压降

a k 7.0P P =∆ 进料板压力

3.112107.03.101=⨯+=F P kPa 精馏段平均压力

a k 8.1082/3.1123.105m P P =+=）（

(2) 操作温度计算

依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯，甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：

塔顶温度

1.82t =D ℃ 进料板温度

5.99t =F ℃ 精馏段平均温度

8.902/5.991.82t m =+=）（℃

(3) 平均摩尔质量计算

塔顶平均摩尔质量计算: 由9.0y x 1==D ,查平衡曲线得1x =0.916

=m VD M 0.9×

78.11+（1-0.9）×92.13=79.512kg∕kmol =m LD M 0.916×

78.11+（1-0.916）×92.13=79.288kg∕kmol 进料板平均摩尔质量计算:

由图解理论板得=F y 0.604

查平衡曲线得=F x 0.388

=m VF M 0.604×

78.11+（1-0.604）×92.13=83.66kg∕kmol =m LF M 0.388×

78.11+（1-0.388）×92.13=86.69kg∕kmol 精馏段平均摩尔质量:

=m V M （79.512+83.66）/2=81.586 kg∕kmol

=m L M （79.299+86.69）/2=82.99 kg∕kmol

(4) 平均密度的计算

(1)气相平均密度计算

==m

vm m m RT M P V ρ93.215.2738.90314.8586.818.108=+⨯⨯）（3/kg m (2)液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即∑=

i i

m a 1ρρL

塔顶液相平均密度的计算:

由D t =82.1℃,查手册得 A ρ=812.7kg∕m 3 =B ρ807.93/kg m