精馏塔的基本工艺计算.doc

2 精馏塔工艺计算
2.1精馏塔物料衡算
2.1.1基本数据
（一）生产能力：
10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。
（二）进料构成：
乙苯212.6868Kmol/h；苯3.5448 Kmol/h；甲苯10.6343Kmol/h。
（三）分离规定：
馏出液中乙苯量不不不大于0.01，釜液中甲苯量不不不大于0.005。
2.1.2物料衡算（清晰分割）
以甲苯为轻核心组分，乙苯为重核心组分，苯为非轻核心组分。

表2.1 进料和各组分条件
编号
组分
/kmol/h
/%
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

由《分离工程》P65式3-23得：
（式2. 1）
Kmol/h
W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h
Kmol/h
Kmol/h
Kmol/h
Kmol/h
编号
组分
/kmol/h
馏出液
釜液
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
表2-2 物料衡算表

2.2精馏塔工艺计算
2.2.1操作条件拟定
一、塔顶温度
纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）：

表2-3 物性参数
组份
相对分子质量
临界温度
临界压力
苯
78
562.2
48.9
甲苯
92
591.8
41.0
乙苯
106
617.2
36.0

注：压力单位0.1Mpa，温度单位K

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
-2.23048
表2-3饱和蒸汽压关联式数据

以苯为例，

同理，可得
露点方程：，试差法求塔顶温度

表2-4 试差法成果记录
t
80.0
85.0
100
105.5
106

1.0080
1.1729
1.7961
2.0794
2.1067

0.3871
0.4587
0.7394
0.8712
0.8840

0.1672
0.
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

故塔顶温度=105.5℃

二、 塔顶压力

塔顶压力
三、 塔底温度
泡点方程： 试差法求塔底温度
t
100
110
130
135
136

0.7394
0.9922
1.6987
1.9249
1.9728

0.3417
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
1.0133

故塔底温度=136℃

四、 塔底压力

塔底压力
五、 进料温度

进料压力为，
泡点方程：
试差法求进料温度
t
100
110
130
132
133

1.7961
2.3357
3.7777
3.9521
4.0415

0.7394
0.9922
1.6987
1.7866
1.8318

0.3417
0.4726
0.8539
0.9025
0.9276
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

故进料温度=133℃

六、 相对挥发度计算

据化学化工物性数据手册，用内插法求得各个数据
℃，；
℃，；
℃，
综上，各个组份挥发度见下表

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

据清晰分割成果，计算至少平衡级数。

2.2.2塔板数拟定
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：

试差法求得2.3
则最小回流比

二、实际回流比
依照混合物分离难易限度，取实际回流比为最小回流比1.2倍
则R=1.2 Rmin=1.2×1.304=1.565

三、全塔理论板数拟定

查《化工原理》下P33图1-28吉利兰图得

将代入，求得N=15.2
四、 进料板计算

由于

因此,第5层理论板是加料版。
3 精馏塔重要尺寸设计
3.1塔径计算
3.3.1填料精馏塔关于参数
操作回流比：R=2
理论板数：NT=16
进料板序号：NF=5
塔顶温度：tD=105.5℃
塔釜温度：tW=136℃

3.3.2 塔顶关于参数计算[4
由化工物性手册查得：

气体平均摩尔质量：
气体密度：
液体密度：

3.3.3进料板关于参数计算

气相构成：

气体平均摩尔质量：

气体密度：

3.3.4精馏段塔径计算
液相质量流量为：
气相质量流量为：

流动参数为：
由于填料选取是金属孔板波纹填料350Y；
查埃克特通用关联图得：
由于

代入上式中得：
即：
由于 即：
由公式
圆整后为0.6m
3.3.5提溜段塔径计算
液相质量流量为：
气相质量流量为：
流动参数为：
同上，查图得：
由于

代入上式中得：
即：

则：
比较精馏段与提溜段计算成果，两者基本相似。圆整塔径，取D=600mm
3.4液体喷淋密度及空塔气速核算
精馏段液体喷淋密度为

精馏段空塔气速为：

提溜段液体喷淋密度为：

提溜段空塔气速为：

查规整填料性能参数知，取
则
经核算，选用塔径600符合规定。

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M填料理论板数为3.5～4块，
取：，则：
由：
精馏段填料层高度为：
提溜段填料层高度为：
依照设计规定，流出一定安全系数，填料层高度普通为

因此

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附属设备及重要附件选型计算
一、 接管计算
二、 （1）塔顶蒸汽管：从塔顶至冷凝器蒸汽导管，必要适合尺寸，以免产生过大压力降。