苯-甲苯精馏塔一些计算计

苯-甲苯精馏塔计算

3.2 流程和方案的说明及论证

3.2.1 流程的说明

首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。

3.2.2 方案的说明和论证

本方案主要是采用浮阀塔。

精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：3

一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流

动。

二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。

四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。

五：结构简单，造价低，安装检修方便。

六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。而浮阀塔的优点正是：

3.3 设计的计算与说明

3.3.1 全塔物料衡算

根据工艺的操作条件可知：

料液流量F=（10-0.5*19）t/h=2.25Kg/s =94.285Kmol/h

料液中易挥发组分的质量分数xf =（30+0.5*19）%=39.5%；

塔顶产品质量分数xd = 98%，摩尔分数为97.6%；

塔底产品质量分数xw= 2%，摩尔分数为1.7%；

由公式：

F=D+W

F*xf=D*xd+W*xw

代入数值解方程组得：

塔顶产品(馏出液)流量D=41.067 Kmol/h=0.89Kg/s；

塔底产品(釜液)流量W=53.218Kmol/h=1.360 Kg/s。

3.3.2．分段物料衡算

lgPa*=6.02232-1206.350/(t+220.237) 安托尼方程

lgPb*=6.07826-1343.943/(t+219.377) 安托尼方程

xa=(P 总-Pb*)/(Pa*-Pb*) 泡点方程

根据xa从《化工原理》P204表6—1查出相应的温度

根据以上三个方程，运用试差法可求出Pa*,Pb*

当xa=0.395 时，假设t=92℃Pa*=144.544P，Pb*=57.809P,

当xa=0.98 时，假设t=80.1℃Pa*=100.432P，Pb*=38.904P,

当xa=0.02 时，假设t=108℃Pa*=222.331P，Pb*=93.973P,

t=92℃，既是进料口的温度，

t=80.1℃是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度，

t=108℃是釜液需被加热的温度。

根据衡摩尔流假设，全塔的流率一致，相对挥发度也一致。

a=Pa*/Pb*=144.544P/57.809P =2.500（t=80.1℃）

所以平衡方程为y=ax/[1+(a－1)x]=2.500x/（1+1.500x），

最小回流比Rmin 为

Rmin=[xd/xf-a(1-xd)/(1-xf)]/(a-1)＝1.426，

所以R=1.5Rmin＝2.139，

所以精馏段液相质量流量L(Kg/s)＝RD＝2.139*0.89=1.904，

精馏段气相质量流量V(Kg/s)＝(R+1)D＝3.139*0.89=2.794，

所以，精馏段操作线方程yn+1=R*xn/(R+1)+xd/(R+1)

=0.681xn+0.311

因为泡点进料，所以进料热状态q=1

所以，提馏段液相质量流量L'(Kg/s)＝L+qF＝1.904+1*2.25=4.154，

提馏段气相质量流量V'(Kg/s)＝V-(1-q)F＝2.794。

所以，提馏段操作线方程ym+1= L'xm/ V'-Wxw/ V'

=1.487xm-0.008

3.3.3 理论塔板数的计算

（1）联立精馏段和提馏段操作线方程解得xd=0.3759且前面已算得xw=0.017

（2）用逐板计算法计算理论塔板数

第一块板的气相组成应与回流蒸汽的组成一致，所以y1=xd,然后可以根据平衡方程可得x1,从第二块板开始应用精馏段操作线方程求yn,用平衡方程求xn,一直到xn

x17

3.3.4 实际塔板数的计算

根据内插法，可查得：苯在泡点时的黏度μa(mPa.s)＝0.25，

甲苯在泡点是的黏度μb(mPa.s)＝0.27，

所以：平均黏度μav(mPa.s)＝μa*xf+μb*(1-xf)＝0.25*0.395+0.27（1-0.395）=0.262

所以：总板效率E=1/[0.49 (a*μav)e0.245]＝0.544

实际板数Ne=Nt/Et＝29.412＝30

实际精馏段塔板数为Ne1=14.705=15

实际提馏段塔板数为Ne2=14.705=15