分离苯-甲苯混合液的浮阀精馏塔设计 样本

2 精馏塔设计计算

2.1 精馏塔的物料衡算

2.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

苯的摩尔质量 MA=78 kg/kmol 甲苯的摩尔质量 MB=92 kg/kmol

0.38/78=0.420

0.38/78+0.62/920.95/78xD==0.957

0.95/78+0.05/920.01/78xW==0.012

0.01/78+0.99/922.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

MF=0.420?78+(1-0.420)?92=86.120 kg/kmolxF=MD=0.957?78+(1-0.957)?92=78.602kg/kmolMW=0.012?78+(1-0.012)?92=91.832 kg/kmol

2.1.3 物料衡算

原料处理量F=4500=53.657 (kmol/h)

86.120总物料衡算D+W=53.657

苯物料衡算0.957D+0.012W=0.420?53.657

D=30.491 kmol/h联立解得

W=23.166 kmol/h

2.2 塔板数的确定

2.2.1 理论板层数NT的求取

苯-甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。

①由苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出苯-甲苯混气液平衡相图，如图2.1所示：

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化工系课程设计

1.0000.9000.8000.7000.6000.5000.4000.3000.2000.1000.000 图2.1 苯-甲苯混气液平衡相图 0.8000.2000.4000.6001.000②求最小回流比Rmin及操作回流比R。 采用作图法求最小回流比。在气液平衡相图2.1中对角线上，自点

e (0.420 , 0.650)作垂线 ef 即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为 ：

yq=0.650 , xq=0.420

故最小回流比为：Rmin=xD-yqyq-xq=0.957-0.650=1.335

0.650-0.420取操作回流比为：R=1.5Rmin=1.5?1.335=2.003 ③求精馏塔的气、液相负荷

L=RD=2.003?30.491=61.073 kmol/h

V=(R+1)D=(2.003+1)?30.491=91.564 kmol/h L?=L+F=61.073+53.657=114.730kmol/h V?=V=91.564 kmol/h

④求操作线方程

xRxn+DxD=0.667xn+0.319 R?1R?1L?W?=x?xD=1.253xn-0.003 提馏段操作线方程为：y?n+1nL??WL??W精馏段操作线方程为：yn+1=

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化工系课程设计

??0.650?(1?0.420)?2.56

0.420?(1?0.650)相平衡方程为：xn?yn

2.56?1.56ynx1?0.897 x2?0.812 x3?0.704 x4?0.596 x5?0.497

xD?y1?0.957

y2?0.917

y3?0.861 y4?0.791 y5?0.717 y6?0.650 y7?0.600 y8?0.460 y9?0.309 y10?0.184 y11?0.098 y12?0.048 y13?0.021

x6?0.420 x7?0.369 x8?0.249 x9?0.149 x10?0.081

x11?0.041

x12?0.019 x13?0.008

求解结果为：总理论板层数 13，其中NT,精=7 , NT,提=6（包括再沸器），进

料板位置NF=7 。 2.2.2 全塔效率的计算

ET?0.49?(?m?1)?0.245

查《化学工程手册》常用物质的物性和热力学数据得 苯的沸点：352.3K，甲苯沸点：383.8K

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塔的平均温度tm?353.3?383.8?368.550K

2苯的粘度系数：A?545.64 B?265.34 甲苯的粘度系数：A?467.33 B?255.24 粘度计算公式：lg?1?AA? ?1苯=0.266 ?1甲苯=0.274 TB平均粘度为：0.420?0.266+0.580?0.274=0.271

总板效率：ET?0.49?(?m?1)?0.245?0.49?(2.56?0.271)?0.245?53.6% 2.2.3 实际板层数N的求取

精馏段实际板层数：NT,精=7/0.52=13 提馏段实际板层数：NT,提=6/0.52=12

2.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

2.3.1 操作压力计算

塔顶操作压力 PD=101.325 kPa 每层塔板压降 ΔP=0.7kPa

进料板压力 PF=101.325+0.5?13=107.825?kPa 精馏段平均压力 Pm=101.325+107.825=104.575 kPa

2塔釜压力 Pw?101.325?25?0.5 ?113.825 kPa 提馏段平均压力 Pm'?2.3.2 操作温度计算

因该精馏塔操在常压下操作，并且两组分的物理化学性质，特别是两组分的化学结构比较接近，所以该混合物为完全理想体系。[4]

依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，利用安托尼方程计算，计算结果如下：

塔顶温度 tD=80.39 ?C 进料板温度 tF=92.83 ?C 塔釜温度 tw?108.521?C

107.825?113.825?110.825kPa

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