常压精馏塔的设计

常压精馏塔的设计

常压精馏塔分离CS2-CCl4混合物。处理量为5000kg/h，组成为0.3（摩尔分数，下同），塔顶流出液组成0.95，塔底釜液组成0.025。

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；

全塔效率E t=52%；

建厂地址陕西宝鸡。

试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。

【设计计算】

（一）设计方案的确定

本设计任务为分离CS2-CCl4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入精馏塔内。塔顶上升汽采用全凝器冷凝，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到储罐。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1.4倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

（二）精馏塔的物料衡算

原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

M CS2=76 kg/kmol M CCl4=154 kg/kmol

M F=0.3*M CS2+0.7*M CCl4

=0.3*76+0.7*154=130.6kg/kmol

F=kmol/h=38.28 kmol/h

X F=0.3 X D=0.95 X W=0.025

总物料衡算F=D+W

CS2的物料衡算F*X F=D*X D+W*X W

即38.28=D+W

38.28*0.3=0.95D+0.025W

联立解得D=11.26kmol/h

W=27.02kmol/h

（三）塔板数的确定

1．理论塔板层数N T的求取

CS2-CCl4属理想物系，可采用图解法求理论版层数。

①由手册查得CS2-CCl4的气液平衡数据，绘出x---y图，见图如下：

②求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。在下图中对角线上，自点e（0.3、0.3）做垂线ef即为进料线（q线,q=1），该线与平衡线的交点坐标为Yq= 0.55 xq=0.3 xd=0.3

故最小回流比Rmin===2.67

取操作回流比为R=1.4Rmin=1.4*2.09=3.74

③求精馏塔的气液相负荷

L=RD=3.74*11.26=42.11kmol/h

V=(R+1)D=53.37kmol/h

L`=L+q*F=42.11+38.28*1=80.39kmol/h V`=V+(q-1)*F=53.37kmol/h

④求操作线方程

精馏段操作线方程为

y=X + X D = X+X D=0.789X+0.20 提留段的操作线方程为

y`=X -X W=1.51X-0.013

⑤图解法求理论版层数

总理论版层数N T=10.5(包括再沸釜) 进料板位置N F=6

2.实际板层数的求取

精馏段的实际层数N精=5/N T=5/0.5=10

提留段的实际层数N提=5.5/N T=5.5/0.5=11 总实际层数N T=21

（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

计算精馏段

1.操作压力计算

塔顶操作压力P D=101.3+4=105.3KPa

每层塔板压降ΔP=0.7KPa

进料板压力P F=P D+ΔP*N精=105.3+0.7*10=112.3KPa

精馏段的平均压力P m==108.8KPa

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的温度，其中CS2,CCl4的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程如下：

塔顶温度t d=46.5℃

进料板温度t f=58℃

精馏段平均温度t m===52.25℃

3.平均摩尔质量计算

塔顶平均摩尔质量计算

由X D=Y1=0.95，查平衡曲线得X1=0.9

M VDm=0.95*76+(1-0.95)*154=79.9kmol/h

M LDm=0.90*76+(1-0.90)*154=83.8kmol/h

进料板的平均摩尔质量计算

由图解理论板得yf=0.405 xf=0.225

M VFm=0.405*76+（1-0.405）*154=122.41kmol/h

M LFd = 0.225*76+ (1-0.225)*154=136.45kmol/h 精馏段的平均摩尔质量

M Vm==101.15kmol/h

M Lm==110.125kmol/h

4.平均密度的计算

①气相平均密度计算

由理想状态方程计算，

即ρVm===4.07kg/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td= 46.5℃，查手册得

kg/m3=1295 kg/m3

===1063.8 kg/m3

进料板的液相平均密度计算由t f=58℃，查手册得

kg/m3=1595 kg/m3

进料板的液相质量分率

a a===0.125

ρlfm===1540.8 kg/m3精馏段液相平均密度为

ρlm=（）/2=1302.3 kg/m3

5.液体平均表面张力计算

液相平均表面张力依下式计算，即σlm=

塔顶液相平均表面张力的计算

由td=46.5℃，查手册得σA= 28.5m N/m σB=23.6 m N/m σl dm=X D*σA+X W*σB

=0.95*28.5+0.025*23.6=27.665 m N/m

进料板液相平均表面张力的计算

由tf=58℃,查手册得σA=26.8 m N/m σB=22.2 m N/m σlfm= X F*σA+(1-X F)*σB

=0.225*26.8+0.775*22.2=23.235 m N/m

精馏段的平均表面张力为

σLm=(σl dm+σlfm)/2=25.45 m N/m

6.液体平均粘度的计算，

液相平均粘度的计算，即

LgμLm=