精馏塔的工艺计算

2 精馏塔的工艺计算

2.1精馏塔的物料衡算

2.1.1基础数据 （一）生产能力：

10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。 （二）进料组成：

乙苯212.6868Kmol/h ；苯3.5448 Kmol/h ；甲苯10.6343Kmol/h 。 （三）分离要求：

馏出液中乙苯量不大于0.01，釜液中甲苯量不大于0.005。 2.1.2物料衡算（清晰分割）

以甲苯为轻关键组分，乙苯为重关键组分，苯为非轻关键组分。

01.0=D HK x ，005.0=W LK x ，

表2.1 进料和各组分条件

由《分离工程》P65式3-23得：

,1

,,1LK

i LK W

i HK D LK W

z x

D F

x x =-=--∑ （式2. 1）

2434.13005

.001.01005

.0046875.0015625.08659.226=---+⨯

=D Kmol/h

W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h 0681.1005.06225.21322=⨯==W X W ，ωKmol/h

编号 组分 i f /kmol/h i f /% 1 苯 3.5448 1.5625 2 甲苯 10.6343 4.6875 3 乙苯 212.6868 93.7500

总计

226.8659

100

5662.90681.16343.10222=-=-=ωf d Kmol/h 132434.001.02434.1333=⨯==D X D d ，Kmol/h

5544.212132434.06868.212333=-=-=d f ωKmol/h

表2-2 物料衡算表

2.2精馏塔工艺计算

2.2.1操作条件的确定 一、塔顶温度

纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）：

C

C S T T x Dx Cx Bx Ax x P P /1)()1()/ln(635.11-=+++-=-

表2-3 物性参数

注：压力单位0.1Mpa ，温度单位K

编号 组分 i f /kmol/h 馏出液i d 釜液i ω 1 苯 3.5448 3.5448 0 2 甲苯 10.6343 9.5662 1.0681 3 乙苯 212.6868 0.1324 212.5544

总计

226.8659

13.2434

213.6225

组份 相对分子质量

临界温度C T 临界压力C P

苯 78 562.2 48.9 甲苯 92 591.8

41.0 乙苯

106

617.2

36.0

名称

A B C D

表2-3饱和蒸

汽压关联式数据

以苯为例，434.02.562/15.3181/1=-=-=C T T x

1.5)434.033399.3434.062863.2434.033213.1434.098273.6()434.01()(

6

3

5

.11-=⨯-⨯-⨯+⨯-⨯

-=-C

S P P In

01.02974.09.48)1.5ex p(a S P MPa P =⨯=⨯-=

同理，可得MPa P b 1.00985.00⨯=

露点方程：∑

==n

i i

i p p y 1

1

，试差法求塔顶温度

表2-4 试差法结果统计

故塔顶温度=105.5℃

二、塔顶压力

塔顶压力Mpa p 1.0013.1⨯=顶 三、塔底温度

苯 -6.98273 1.33213 -2.62863 -3.33399 甲苯 -7.28607 1.38091 -2.83433 -2.79168 乙苯

-7.48645

1.45488

-3.37538

-2.23048

泡点方程：

p x p

n

i i

i =∑=1

0试差法求塔底温度

故塔底温度=136℃

四、塔底压力

塔底压力Mpa p 1.0013.1⨯=底 五、进料温度

进料压力为Mpa p 1.0013.1⨯=进，

泡点方程：

p x p

n

i i

i =∑=1

试差法求进料温度

故进料温度=133℃

六、相对挥发度的计算

据化学化工物性数据手册，用内插法求得各个数据

5.105=顶t ℃，961.5=苯α514.2=甲苯α1=乙苯α；

136=底t ℃，96.1=甲苯α1=乙苯α； 133=进t ℃，38.4=苯α97.1=甲苯α1=乙苯α

综上，各个组份挥发度见下表

据清晰分割结果，计算最少平衡级数。

26.6148

.2lg )1324.05544.2120681.15612.9lg(lg ))()lg((min =⨯==

-HK LK W LK

HK D HK LK x x

x x N α

2.2.2塔板数的确定 一、最小回流比R min

本设计为泡点进料，即饱和液体进料，q =1

由恩特伍德公式：1)(min ,+=-∑R x i m

D i i θ

αα

1i i

i

x q ααθ=--∑

019375

.01148.2046875.0148.21705.5015625.01705.5=-⨯+-⨯+-⨯=-∑

θ

θθθααi i i x

试差法求得=θ 2.3 则最小回流比

304.113

.2101

.013.2148.27223.0148.23.21705.52677.01705.51)(min =--⨯+-⨯+-⨯=--∑

=θααi m D i i x R ，

二、实际回流比

根据混合物分离的难易程度，取实际回流比为最小回流比的1.2倍 则R =1.2 R min =1.2×1.304=1.565

组份 进料温度133

塔顶温度105.5 塔底温度136 平均相对挥发度

苯 4.38 5.961

5.1705 甲苯 1.97 2.514

1.96

2.148 乙苯

1

1

1

1