1、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.DHKx， 05.WLKx，表 2.1 进料和各组分条件由分离工程P65 式 3-23 得：（式 2. 1）,1,LKiWHDLzxFKmol/h243.05.1.46
2、87052.869.2DW=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/hKmol/h681.32 WX，编号 组分 /kmol/hif /%if1 苯 3.5448 1.56252 甲苯 10.6343 4.68753 乙苯 212.6868 93.7500总计 226.8659 100Kmol/h562.9081.634.122 fdKmol/h343DX，Kmol/h.f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）：CSTx DxCBxAP/1 )()ln( 635.11表 2-
3、3 物性参数注：压力单位 0.1Mpa，温度单位 K编号 组分 /kmol/hif馏出液 id釜液 i1 苯 3.5448 3.5448 02 甲苯 10.6343 9.5662 1.06813 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 CT临界压力 CP苯 78 562.2 48.9甲苯 92 591.8 41.0乙苯 106 617.2 36.0表 2-3 饱和蒸汽压关联式数据以苯为例， 43.0256/1.38/1CTx 1.5)43.09.4.02.43.09827.6()() 635.1
4、1 CSPIn0978)5exp( aS PM同理，可得 Pb10露点方程： ，试差法求塔顶温度niipy10表 2-4 试差法结果统计故塔顶温度=105.5 2、塔顶压力塔顶压力 Mpap1.03.顶3、塔底温度泡点方程： 试差法求塔底温度xnii10名称 A B C D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 -2.23048t 80.0 85.0 100 105.5 1060ap1.0080 1.1729 1.7961 2.07
5、94 2.1067b0.3871 0.4587 0.7394 0.8712 0.88400c0.1672 0.2017 0.3417 0.4095 0.4161等式左边 2.1871 1.8488 1.5298 0.9804 0.9664等式右边 0.9869 0.9869 0.9869 0.9869 0.9869故塔底温度=1364、塔底压力塔底压力 Mpap1.03.底5、进料温度进料压力为 ，进泡点方程： pxnii10试差法求进料温度故进料温度=1336、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， ；5.10顶t 961.苯514.2甲 苯 乙 苯， ；36底 甲
6、苯 乙 苯t 100 110 130 135 1360bp0.7394 0.9922 1.6987 1.9249 1.9728c0.3417 0.4726 0.8539 0.9795 1.0063等式左边 0.3437 0.4751 0.8580 0.9841 1.0110等式右边 1.0133 1.0133 1.0133 1.0133 1.0133t 100 110 130 132 1330ap1.7961 2.3357 3.7777 3.9521 4.0415b0.7394 0.9922 1.6987 1.7866 1.83180c0.3417 0.4726 0.8539 0.9025 0
7、.9276等式左边 0.3831 0.5260 0.9392 0.9916 1.0186等式右边 1.0133 1.0133 1.0133 1.0133 1.0133， 13进t 38.4苯97.1甲 苯 1乙 苯综上，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。 26.148.2lg)3056.9(lg)()min HKLWDxN2.2.2 塔板数的确定一、最小回流比 Rmin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, RxiDiq019375.148.2061705.6 ix试差法求得 2.3则最小回流比 304.1.23.148.2703.1705
8、.6)(min imDxR，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 Rmin=1.21.304=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 1三、全塔理论板数的确定 102.56.134minR查化工原理下 P33 图 1-28 吉利兰图得52.0minN将 代入，求得 N=15.226.minN4、进料板的计算 5.9lg)()( HKLmRfdf3l)()( HKLmSffN因为 SRmSR
9、S NN)(2.15， 12.35.91)(1)(NmSRR 08.42.RS所以,第 5 层理论板是加料版。3 精馏塔主要尺寸的设计3.1塔径的计算3.3.1 填料精馏塔有关参数操作回流比：R=2理论板数：N T=16进料板序号：N F=5塔顶温度：t D=105.5塔釜温度：t W=1363.3.2 塔顶有关参数计算 4由化工物性手册查得： 3/85mkg苯 3/86mkg甲 苯67乙 苯气体平均摩尔质量： olMV /39.10.92.02.0气体密度： 35 /85.73.14.88mkgRTPDV 液体密度： 3/102.7601.672.026.0 kgL smS /34.85.3
10、97hkolRD68.2123.3.3 进料板有关参数计算smVS/34.0,气相组成： 9.2014.5.14.01xay气体平均摩尔质量： molgMV /8.0698.024. 气体密度： 335 /71214. mkgRTPDV 3 /60.762.075268.0 kL3.3.4 精馏段塔径计算液相质量流量为： hgL /213.84.气相质量流量为： kV75.97流动参数为： 037.12.875.3520 LV由于填料选择的是金属孔板波纹填料350Y；查埃克特通用关联图得： .02.2LVmsxgu由于 sPaL26.0187395L水3.1.875LV2代入上式中得： 7.0
11、8.93.126.02max. u即： su/3.max由于 即：0.8= smu/64.238.0.max由公式 uVDS51.64.21304圆整后为0.6m3.3.5 提溜段塔径计算液相质量流量为： hkgL /1709648.35.2 气相质量流量为： V279流动参数为： 8.0761.405.5. LV同上，查图得： .2.2maxLgu由于 57sPa07.12.0863L水 048.61.3 LV代入上式中得： 4.08.927.041257.2max u即： s/.3axu4.218.0.ma 则： mVDS53.034 比较精馏段与提溜段计算结果，二者基本相同。圆整塔径，取
12、D=600mm3.4 液体喷淋密度及空塔气速核算精馏段液体喷淋密度为hmDUL 2322 /58.43.0176精馏段空塔气速为： smDuV /2.16.043685712提溜段液体喷淋密度为： hU232 /.6.014379提溜段空塔气速为： smDuV /1.26.014372 查规整填料性能参数知 ，取3/5)/(08.23(min) hLW则 (80. 2(min)(in) hLUW经核算，选用塔径 600 符合要求。3.5 填料层高度计算填料层高度计算采用理论板当量高度法。对350Y金属孔板波纹填料，由附录查每米填料理论板数为3.54块，取： ， 则：3.5tn=10.2935tHETPmn=由： NZT精馏段填料层高度为： Z4.1290精提溜段填料层高度为： m83提根据设计要求，流出一定的安全系数，填料层高度一般为Z)5.12(所以 Z834精m提设计取精馏段填料层高度为2.0m，提溜段填料层高度为4.6m。3.6附属设备及主要附件的选型计算1、接管的计算2、 （1）塔顶蒸汽管：从塔顶至冷凝器的蒸汽导管，必须适合尺寸，以免产生过大压力降。
