筛板精馏塔设计示例

3.5筛板精馏塔设计示例

3.5.1 化工原理课程设计任务书

设计题目：分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔

在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h，组成为0.41(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。

设计条件如下：表3-18

操作压力

进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址

4kPa(塔顶常压)自选自选w0.7kPa ET=52%天津地区

试根据上述工艺条件作岀筛板塔的设计计算。

3.5.2 设计计算1设计方案的确定

本设计任务为分离苯一甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料,

将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2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—~'：'■- 甲苯的摩尔质量匚丁

0.41/78. H

0.41/78J1 +0.59/92.13

(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

二0.450X7E.11 + (l-0 450)x9213 =託尾如畑H

^=0.966x78 1U(1-0.9 13 few?

^ = 0.012x73.11 + (1-0.012)x92.13 = 91.9^/^?

(3 )物料衡算

F = = 46.6 A

原料处理量二二一

0.450

总物料衡算46.61 = D+ W

苯物料衡算46.6 1X0.45 = 0.966D + 0.012 W

联立解得D = 21.40 kmol / h

W=25.21kmol/h

3塔板数的确定

（1）理论板层数NT的求取

苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。

①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x~y图，见图3-22。

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3-19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

y q = 0.667 xq = 0.450

故最小回流比为・ 2 1■'

取操作回流比为77■■ ■―■:--'

③求精馏塔的气、液相负荷

L = R^D= 2.76x 21.40 =

7+1）D =（2 76 +l）x 21 40 = 80.46^；^

Z r= L + ^ = 59.06+46,^1 =

图3-22图解法求理论板层数

④ 求操作线方程

⑤ 图解法求理论板层数 采用图解法求理论板层数，如图

3-22所示。求解结果为

总理论板层数N T = 12. 5 (包括再沸器) 进料板位置N F = 6 (2)实际板层数的求取

叽=

提馏段实际板层数

、 6.5/0.52=12.5 #13

4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

以精馏段为例进行计算。

RO

I

I

精馏段实际板层数

5/0.52 =9.6

#10,

精馏段操作线方程为

提馏段操作线方程为

L + qF-W '

(1)操作压力计算

塔顶操作压力P D= 101.3 + 4= 105.3 kPa

每层塔板压降Ap = 0.7 kPa

进料板压力P F = 105.3 + 0.7X10= 112.3kPa

精馏段平均压力P m =( 105.3 + 112.3 )/ 2 = 108.8 kPa

(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岀泡点温度，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t D=82.「C

进料板温度t F = 99.5 C

精馏段平均温度t m=( 82.1 + 99.5 ) /2 = 90.8 C

(3)平均摩尔质量计算

塔顶平均摩尔质量计算

由x D=y仁0.966,查平衡曲线(见图3-22 )，得x1=0.916

= 0.S66x 78.11 + (1 - 0.966) x92 13 = 7S

= 0.916x7811+(1-0 916)x92 13 = 79 29^/^0/

进料板平均摩尔质量计算

由图解理论板(见图3-22，得y F = 0.604

查平衡曲线(见图3-22 )，得x F = 0.388

M应=0.604x78.11 + (1-0.^04) x 92 13 =

M如=0.388x7S.1U(1-O.38S)x 92 13 =

精馏段平均摩尔质量

= (78.59 + 2 = 8L

心■ (73.29+86.69)/2 ■ 82・9%g/Jtw刃

(4)平均密度计算

①气相平均密度计算

由理想气体状态方程计算，即

尺M伽10S 8x81 13 “卫『3

RT K8 31^1 x(90 S + 273 15) 6

p A- 812.7/cg/ra3p s-807,Pkg/m3

②液相平均密度计算

液相平均密度依下式计算，即

塔顶液相平均密度的计算

由t D=82.1 C，查手册得