设计方案简介

工艺流程图

设计方案简介

任务书要求设计连续蒸馏装置，用以分离苯—甲苯。

根据产品要求可知苯、甲苯分别为轻重关键组分。由回流罐内温度组成通过泡点方程计算回流罐上方压力，从而推算出塔顶压力、按照塔顶组成、压力由平衡关系确定塔顶温度。按经验值假设塔板数，从而求出塔底压力。再由塔底压力和组成确定塔底的温度。由全塔的操作条件定出最小回流比并确定适宜的回流比。确定最小理论板数和理论板数。计算塔板效率求出实际板数和进料位置。若实际板数与所设板数不同，则根据实际板数矫正各温度和压力。进行热量衡算，计算各处的气、液相流率从而确定塔径。

进行塔设备的设计。选择溢流装置，选取标准板，确定塔板的各结构参数，

进行塔板布置。制作塔板布置草图。之后做塔板的水力学计算包括塔板压降、泛点率、漏液检验降液管内停留时间。做出负荷性能图，确定操作弹性。

第一章 精馏塔的工艺计算

1.1 全塔物料平衡

任务书所给条件见表一：

表一 进料和产品条件

由总物料衡算、各组分物料衡算可以列出以下方程：

F D W =+

F D W x F x D x W =+

通过计算可以得到：

44.31181/65.99198/D kmol h

W kmol h ==

1.2操作压力和温度的确定

1.2.1 凝液罐的压力和温度

一般冷凝液的温度可以冷却到40~50摄氏度以保证塔顶产品和冷却剂间有10~20摄氏度的传热温差。设冷却剂入口温度为30摄氏度，冷凝液出口温度为45摄氏度。通过泡点方程计算全凝器的压力。

由泡点方程：

001122b p p x p x =+

和Antoine 方程

01021206.35

lg 6.8974220.2371343.943lg 6.95334219.377p t p t =-

+=-+

其中下标1指的是苯。下标2指的是甲苯。

可以求出全凝器的压力

29.19023Kpa b p =

因为，b p 小于一个大气压。选择塔顶的压力为一个大气压。

1.2.2 塔顶的压力和温度

此时，对于塔顶利用露点方程：

120012

1d y y p p p =+ 和Antoine 方程

01021206.35

lg 6.8974220.2371343.943lg 6.95334219.377p t p t =-

+=-+ 可以通过试差得到塔顶温度

0t 81.5D C =

1.2.3 塔釜的压力和温度

求解塔釜的压力需要知道塔顶压力和塔板的压力降，而塔板的压力降和塔板数和每块塔板的压力降有关系。对于近似估计按照经验取塔板数为24块，每块塔板的压降为5mmHg 。

r P N P ∆=⨯∆

245120P mmHg ∆=⨯=

塔底压力：

W D P P P =+∆

117.35W P KPa =

塔底温度：

由泡点方程：

001122W p p x p x =+

和Antoine 方程

01021206.35

lg 6.8974220.237

1343.943lg 6.95334219.377p t p t =-

+=-+ 可以通过试差得到塔底的温度：

108.5W t =摄氏度

1.2.4 进料状态

进料的液相分率为0.12；通过T —x —y 相图（化工原理下册440页图9—3）查出气液相比率为0.12/0.88=0.136时对应的温度为100.5.所以进料温度为100.5摄氏度。

1.2.5 x---y 图

塔顶的相对挥发度：

0102103.7875 2.5940.87125

D p p α=== 塔底的相对挥发度：

0102225.2057 2.36229195.33357

W p p α=== 取整个塔的相对挥发度为

m α=此时可以算出进料的相对挥发度以及进料组成：

0102182.4101 2.42278975.28932

p p α=== 由

1(1)e e e

x y x αα=+- 0.120.88e e F x y x ⨯+⨯=

可以求出：

0.443e e y =

最小回流比：

min D e e e x y R y x -=

- min 0.970.4430.4430.247

R -=- min 2.69R =

最小理论板数min N 的求解，利用fenske 方程：

min lg[(

)()]lg A B D W B A x x x x N α

= min 7.27N =

由Gilland 关联式

0.5154.411exp[()()]11117.2X X Y X X

+-=-+ 其中

min 1

N N Y N -=+ min 1

R R X R -=+ 做出(1)R N +~min /R R 图

可以看出最适合的回流比应该是

min

对应的理论板数为

N=

12.92

至此求出理论板数

根据经验

塔板效率为0.55，可以求出实际塔板数：24

N=

r

这时应该确定塔板压降：

根据经验每块塔板的压力降为5mmHg

作图法求解理论板数：