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。
由《分离工程》P65式3-23得:LKW Z — X LK ,WD = F -------------1— XHK ,^ — XLK ,W1-0.01-0.005W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h表2.1进料和各组分条件编号组分 f i /kmol/hf i /% 1 苯 3.5448 1.5625 2 甲苯 10.6343 4.6875 3乙苯 212.6868 93.7500总计226.8659100HK ，DLK ，W X iK ， W/ = 0.0 05X HK . D =0.01 （式 2. 1）D =226.865护空遊8305=13.2434Kmol/h=2 1 36 2 2 50.0 0 5=1.06 8 Kmol/h 2, Wcb = f2 -©2 =10.6 34 31.0 6 8 19.5 6 6 Kmol/hd3 =D X3. D =13.2434X0.01 =0.132434 Kmol/hX3, D03 = f s -d s =212.6868-0.132434 =212.5 54 Kmol/h表2-2 物料衡算表编号组分f i/kmol/h 馏出液d i 釜液⑷i1 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 213.62252.2精馏塔工艺计算2.2.1操作条件的确定、塔顶温度纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学P199）: ln(P S/P C) =(1 -x)」(Ax + Bx1.5 +Cx3 +D X6)X =1 -T/Tc表2-3 物性参数以苯为例，X =1 -T/T c =1 -318.15/562.2 =0.434 ln(P % ) =(1 -0.434)」x(-6.98273X 0.434 + 1.33213咒 0.4341.5 -2.62863咒0.4343 -3.33399X 0.4346) = -5.1SP S =exp(-5.1) X 48.9 =0.2974 X0.1MPa = P,同理，可得 P 0=0.0985x0.1MPa二、塔顶压力 塔顶压力卩顶=1.013X0.1Mpa 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-7.486451.45488-3.37538-2.23048表2-3饱和蒸 汽压关联式 数据表2-4试差法结果统计故塔顶温度=1055Cny露点方程：2吕P =-，试差法求塔顶温度P故塔底温度=136 C四、塔底压力 塔底压力卩底=1.013X0.1Mpa 五、进料温度进料压力为P进=1.013x0.1Mpa .n泡点方程：S P i 0X i = pi 二 试差法求进料温度故进料温度=133 C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 t 顶二 105.5 C, a 苯=5.961a 甲苯=2.5 14 a 乙苯=1;试差法求塔底温度n泡点方程： 送P^X j = Pi 4t 进=133 C,(/苯=4.38 a 甲苯=1.97ct 乙苯=1 综上，各个组份挥发度见下表进料温度133 塔顶温度105.5 塔底温度136 平均相对挥发度乙苯据清晰分割结果，计算最少平衡级数。
2.2.2塔板数的确定、最小回流比R min本设计为泡点进料，即饱和液体进料，q=1P q x i 5.1705X0.015625 丄2.148X0.046875 X — 十 W —日 5.1705 —£ 2.148-0 试差法求得日=2.3 则最小回流比R_Y%(X i ，D )m — 5.1705X0.2677 + 2.148X 0.7223 十仔 0.01〔 _〔泅 "1 S -日 5.1705 -2.3 2.148-2.3 1 -2.3二、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 则 R=1.2 R min =1.2 X .304=1.565t 底=136 C, a 甲苯=1.96 Ct 乙苯=1 ；组份4.385.9615.1705 甲苯1.972.514 1.962.148N min =ig((%D (沁)W ) X HK X LKIg^LK JHK1.0681 0.1324= 6.26Ig 2.148由恩特伍德公式:a , -01—01.2倍(N R )mIg^LK _HK= 9.5(N s )mIg〔(f)J(f)HK〕_3Ig^LK _HKN s +N R =N因为N R N SN R(NJ m(Ns)m _X N"(NJ m(N s )m9.53X15.2=11.12 1+西3N S =N —N R =15.2 —11.12 =4.08所以,第5层理论板是加料版。
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：Nr=16 进料板序号：2=5 塔顶温度：t D =105.5 r三、全塔理论板数的确定R-R min = 1.565—1.304 _0102R+1 " 1.565+1 -.查《化工原理》下P33图1-28吉利兰图得N -N----- =0.52 N +2将 N min =6.26代入，求得 N = 15.2四、进料板的计算Igf(-d)L^(f)HK塔釜温度：t W =136C3.3.2塔顶有关参数计算［4由化工物性手册查得: 3 =885kg/m 3P 甲苯=866kg / m=867kg/m 3气体平均摩尔质量：Mv =0.268X 78 + 0.722X 92 + 0.01 咒 106 = 88.39g / mol气体密度：P v = P M v1.01 3X 105X 88.39 3RT T = 831衣10咳丽乔273)=2.85kg /m液体密度：P L = 0.268咒 885 + 0.722咒 866 + 0.01咒 867 =871.102kg/m 3V S = 39.73咒88.39 = 0.342m 3/s3600咒 2.85L = RD =2X13.2434= 26.4868k mdh3.3.3进料板有关参数计算 V s =Vs = 0.342m 3/ s 气相组成：a m =2.94 a x 2.94x0.005y =---------- = ------------------- =0.014 1 + (a —aX 1+(2.94-1^0.005 气体平均摩尔质量: M V =0.014X92 +0.986X106 =105.8g / mol 1.013咒105咒 105.8 后冷苗弄 用 PM V 1.0 2^ IU r 105.8 C / 3气体密度：« =——= ------------ 3 -------------- = 3.71kg/m RT D 8.314X 10 X (133 + 273.15) 吒=0.268X755+0.722X763 +771X0.01 =761kg/m 3 3.3.4精馏段塔径计算液相质量流量为： 叭=26.4868X87.33 = 2313kg/h 气相质量流量为： ©V = 39.7 X 88.39 = 3511.75kg / h流动参数为：w = ［百丿于卫.5迟 =0.0377 3511.75 1871.102 丿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:圆整后为0.6m3.3.5提溜段塔径计算叽=253.35 咒 67.48 =17096kg/h由于* =257= 0.207mPa "S气相质量流量为: = 39.7X105.8 = 4200kg/h 流动参数为：屮 17096 a 5=0.28 I P L 丿 4200 V 761 丿 同上，查图得:u max 2g' P V ' P L'0.2 和=0.4863= 1.12叽彳71=0.00488761P 'L由于 4L =0.262mPa sP L= 1.10871.1022.85 =0.0033 P L 871.102= 257代入上式中得:0.2620'^u ma^1.1^0.0033 _ _----------------------- =0.7 9.8 即：U max =3.3m / s 由于u max0.8即卩：u =0.8u max =0.8x 3.3 =2.64m/s 由公式 D =栏J 竺竺=0.51m V 3.14^2.64液相质量流量为:代入上式中得：U max 2 沢丄57^1"0.00488".0002070.2'/即：U max =3.1m/Su = 0.8u max = 0.8X3.1 = 2.48m/s比较精馏段与提溜段计算结果，二者基本相同。
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⑷応2331.6/ U =—— =44.58m 3/(m 2)屮］3.14禺 12丿 12丿精馏段空塔气速为:9.8则:D =严严03兀 0.53m V3.14x2.48叽/u="V3511.752.85.2丿 3600 咒 3.14 2= 1.22m/s<0.6 V ——II 2丿提溜段液体喷淋密度为:17096/U '=——也彎=33.3m3 /(m2 h )3.14 ——IV2丿提溜段空塔气速为:42003.71查规整填料性能参数知CT =350m2/m3，取dmin）= 0.08m3/（m2也）b =0.08x350 = 28m3/(m2 h) 贝U U (min) — Lw(min)经核算，选用塔径600mm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。
根据设计要求，流出一定的安全系数，填料层高度一般为Z =(1.2-1.5)Z所以 Z 精=1.45x1.3 =1.885mZ 提=3.48X1.3 = 4.52m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 。