精馏塔的物料衡算

1 精馏塔的物料衡算

1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 A M =3

2.04kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol

315.002

.18/55.004.32/45.004

.32/45.0=+=

F x

xD=(0.98/32.04)/(0.98/32.04+0.02/18.02)=0.898 1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量

F M =0.315⨯32.04+(1-0.315) ⨯18.02=22.44kg/kmol D M =0.898⨯32.04+(1-0.898) ⨯18.02=30.61kg/kmol

1.3 物料衡算

原料处理量 F=17500000/(330⨯24⨯22.4)=98.467kmol/h 总物料衡算 98.467=D+W

甲醇物料衡算 ωX +=⨯W D 898.0315.0467.98

联立解得 D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h Xw=0.001

W M =0.001⨯32.04+(1-0.001) ⨯18.02=18.03kg/kmol

2 塔板数的确定

2.1 理论板层数N T 的求取

2.1.1 相对挥发度的求取

将表1中x-y 分别代入)

1()1(A A A

A y x y x --=α得表2

所以==∑1212...21a a a m α 4.2

2.1.2进料热状态参数q 值的确定

根据t-x-y 图查得x F =0.315的温度t 泡=77.6℃ 冷液进料：60℃

t m =2

6.7760+=68.8℃

查得该温度下甲醇和水的比热容和汽化热如下：

则Cp=2.84×0.315+4.186×0.685=3.7579 kJ/kg K r 汽=1091.25×0.315+2334.39×0.685=1942.8 kJ/kg

q=

汽汽进泡r r )t -(+t Cp =

8

.19428.19428.686.77×7579.3+）—（=1.017>1 2.1.3求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比，在x-y 图中、自点（0.315,0.315）作进料线方程： y=

1

-q Xf 1--x q q =59.8x －18.53 (1) 操作线方程： y=

x )1-α(1αx

+= 3.2x

14.2x + (2)

联立（1）（2）得到的交点(0.321,0.668)即为（Xq,Yq ）

所以最小回流比R min =

－Xq －Yq Xd Yq =321

.06658.06658

.0898.0--=0.6734

取操作回流比为R=2R min =1.3468

2.1.4求精馏塔的气、液相负荷

/h 46.473kmol =34.5061.3468=RD =L ⨯

/h

80.979kmol =34.506 2.3468=1)D +(R =V ⨯

/h 144.94kmol =98.467+46.473=F +L = L' /h 80.979kmol =V =V'

2.1.5求操作线方程

精馏段操作线方程为

1n y +=1R R +n x +1D x R +=3468.23468.1n x +3468.2898

.0=0.574n x +0.383 （a ）

提馏段操作线方程

0004.079.10005.0979.80961.63979.8094.144'''1

'

-=⨯-=-=+m m W m m x x x V

W x V L y （b ）

2.1.5采用逐板法求理论板层数

由 1(1)q q q

x y x αα=+- 得y y

x )1(--=αα

将 α=4.2 代入得相平衡方程

y

y

y

y

x 2.32.4)1(-=

--=

αα （c ）

联立（a ）、（b ）、（c ）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶为全凝 则898.01==D x y

由（c ）式求得第一块板下降液体组成

677.0898

.020.320.4898

.020.320.411=⨯-=-=

y y x

利用（a ）式计算第二块板上升蒸汽组成为

772.0383.0574.012=+=x y

交替使用式（a ）和式（c ）直到n F x x ≤，然后改用提馏段操作线方程，直到n W x x ≤为止，

计算结果见表3。

N T =12（包括再沸器） 精馏段 3块，提溜段 9块 进料板位置 3=F N

2.2 实际板层数的求取

2.2.1 液相的平均粘度

进料黏度：根据表1，用内插法求得t F =77.23℃ 查手册得s mPa A ⋅=286.0μ s mPa B ⋅=37.0μ )37.0lg(696.0)286.0lg(304.0lg +=LF μ 求得s mPa LF ⋅=3421.0μ

塔顶物料黏度：用内插法求得c t D ︒=48.66， 查手册得s mPa A ⋅=322.0μ s mPa B ⋅=425.0μ

)425.0lg(086.0)322.0lg(914.0lg +=LD μ

求得s mPa LD ⋅=33.0μ

塔釜物料黏度：用内插法求得C t W ︒=93.99， 查手册得s mPa A ⋅=228.0μ s mPa B ⋅=283.0μ )283.0lg(983.0)228.0lg(017.0lg +=LW μ 求得s mPa LW ⋅=282.0μ 精馏段液相平均黏度：s mPa LF

LD ⋅=+=

+=

336.023421

.033.02

μμμ精

提馏段液相平均黏度：s mPa LF

LW ⋅=+=

+=

312.02

3421

.0282.02

μμμ提

2.2.2精馏段和提馏段的相对挥发度

根据表2，用内插法求得04.5=F α 738.2=D α 606.7=w α 则精馏段的平均挥发度 715.304.5738.2=⨯==F D ααα精 提馏段的平均挥发度 191.604.5606.7=⨯==F W ααα提