1. 设计题目：试设计一座分离乙烷和丙烯的板式连续精馏塔。 2. 设计任务 物料处理量 10万吨/年 进料组成

组分 CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 总合 组成 0.05 0.35 0.15 0.20 0.25 1.00

分离要求: 塔顶产品:丙烯含量 2% 不出现丙烷及更重组分 塔底残液:乙烷含量2% 不出现甲烷 塔操作条件:平均操作压力:27.4atm 进料热状况: 饱和液体进料 进料温度: 26℃ 回流比: 自选 单板压降: ≦0.7kPa 塔板类型: 自选 工作日:每年300天,每天24小时连续运行

3.1.2 清晰分隔物料衡算 确定轻重关键组分,选取C2H6为轻关键组分 ,C3H6为重关键组分。由于精馏的任务是把C2H6、C3H6与CH4、C3H8、C4H10混合物分开,按清晰分割情况确定各组分在塔顶、进料和塔底的数量，组成以及操作温度 。

3.1.3 计算塔顶塔底组成,塔顶塔底温度 1.各组分平均摩尔质量

0.0516.040.3530.700.1542.0810.2044.0970.2558.12440.99/MkgKmol

进料量F=81.010(30024)338.84/MKmolh 由进料组成，进料量按清晰分割求'D，'W 1.F=338.84Kmol/h 0.02DhX 0.02WlX 2.乙烷为轻关键组分，丙烯为重关键组分。 3.

338.840.35118.594/338.840.1550.826/lhfKmolhfKmolh

4.计算1Liif hiihf

1338.84(0.050.35)135.54Liif 203.30hiihf

5.0.02135.54203.3010.0210.020.020.0210.024.094LW 118.5944.094114.5llldfW 0.02((4.094135.54)110.022.68DhhLlDhXdWfX







50.8262.6848.146hhhWfd 114.527.974.0942.680.05648.146lLhhdWdW



D=114.5+2.68+338.84×0.05=134.122 W=4.094+48.146+338.84×(0.25+0.20)=204.72

1.塔顶温度Dt。由露点方程计算 查2.74MpaT=397.4siap

设1℃ 组分 CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 DiX 0.1263 0.8537 0.01998 0 0

组分 CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 

iZ 0.05 0.35 0.15 0.20 0.25 1.00 if 16.942 118.594 50.826 67.768 84.71 338.84

iD 16.942 114.5 2.68 0 0 134.122

DiX 0.1263 0.8537 0.01998 0 0 1

iW 0 4.094 48.146 67.768 84.71 204.72

wiX 0 0.019998 0.235 0.331 0.4138 1 iK 5 0.94 0.3 0.26 0.07 1.00051.01iiyk 2.塔底温度wt.由泡点方程： wt=82℃=179.6°F 组分 CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 wiX 0 0.019998 0.235 0.331 0.4138

iK 8.6 2.8 1.35 1.25 0.51

0.998ix 不清晰分割验证 求以重关键组分 为对比组分的各组分的平均相对挥发度 计算列表如下： i DiK ihDa WiK ihWa iha

CH4 5 16.67 8.6 6.37 10.30 C2H6 0.94 3.13 2.8 2.07 2.55 C3H6 0.3 1 1.35 1 1 C3H8 0.26 0.87 1.25 0.93 0.81 C4H10 0.07 0.23 0.51 0.38 0.30

iDihDhKaK iWihW

h

Kak 1/2(.)ihihdihWaaa

代入汉斯特别克公式，得到 



loglog(/)log(/)log(/)log(/)logloglg0.056lg27.97log0.056log2.55log1.251.4471.250.4071.256.63logiHiHlHLHihihihadwdwdwdwaaaa



以重关键组分丙烷为对比组分,分别将除关键组分以外的各组分的平均相对挥发度 iha代入上式求得 (/)idw 进一步求得 id iw Dix wix 列表如下：

if i

(/)idw

id iw Dix wix

iha 16.942 CH4 2.92×510 16.932 55.810 0.125 46.1410 10.30 118.594 C2H6 28.18 114.53 4.064 0.85 0.0199 2.55 50.826 C3H6 0.056 2.695 48.125 0.0199 0.236 1 67.768 C3H8 0.0138 0.922 66.846 0.0068 0.328 0.81 84.71 C4H10 51.9110 31.6210 84.708 51.210 0.416 0.30 338.84  / 135.11 203.74 1.000 1.000 /

0.019DHX(小于2％） 0.019WLX(小于2％）

均小于规定的浓度值 符合要求。 3.1.4 由恩德伍德方程计算 Rmin 塔顶塔底平均温度是：T=50℃.以重组分C3H8为对比组分 ，求各组分的相对挥发度 查各组分在397.4MPa 50℃下的 K值 列表计算如下: i iZ iK iha

CH4 0.05 7.4 8.6 C2H6 0.35 2 2.33 C3H6 0.15 0.86 1 C3H8 0.20 0.77 0.9 C4H10 0.25 0.28 0.33

由于是泡点进料 所以 e=0

由1ciiiiaZea e=0,通过试差计算求θ

列表计算 组分 iZ iiiaZa 1.35 1.356 1.36

CH4 0.05 8.6 0.059 0.059 0.055 C2H6 0.35 2.33 0.837 0.842 0.845 C3H6 0.15 1 0.429 0.421 0.417 C3H8 0.20 0.9 0.4 0.395 0.39 C4H10 0.25 0.33 0.08 0.081 0.081

计算得=1.356 各组分塔顶含量如下表 i CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 

dix 0.125 0.85 0.0199 0.0068

0 1

ia 30.43 7.83 3.17 2.91

1

112.07ciDimiiaxRa



1.07mR所以该塔最小回流比为1.07 3.3 由芬斯克方程计算mN

0.85dlx 0.0199wlx 0.0199dhx 0.236whx 求塔顶。塔底温度，压力为2.74Mp条件下的相对挥发度，计算列表如下： 温度 iK iK lha

C2H6 C3H6

1dt 0.94 0.3 3.13

w82t 2.8 1.35 2.07 ,,2.25lhlhDlhWaaa log(0.86/0.014)(0.24/0.008)log2.256.657mN块

所以最小理论板数为8块

3 .3 由经验公式确定理论塔板数 操作回流比一般定为最小回流比的 1.2 ---2倍，取R=1.6mR=1.8

1.81.10.2512.8mRRxR

 0.391TmTNNyN

查吉利兰图得 y=0.39 12.1TN块

3.4 由奥康奈尔图确定板效率 该塔平均操作温度 1/2()50dwttt

列表计算

当 P=2.74Mpa 50℃ 查得2lk 0.86hk i FiixZ li .Filix

CH4

0.05 0 0

C2H6

0.35 0 0

C3H6

0.15 0.078 0.0117

C3H8

0.20 0.086 0.0172

C4H10

0.25 0.147 0.0368

 1.000 / 0.066