3.5 筛板精馏塔设计示例

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1、3.5筛板精馏塔设计示例3.5.1化工原理课程设计任务书设计题目:分离苯-甲苯混合液的筛板精馏塔在一常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的处理量为4000kg/h，组成为0.41(苯的质量分率)，要求塔顶馏出液的组成为0.96，塔底釜液的组成为0.01。设计条件如下：表3-18操作压力进料热状态回流比单板压降全塔效率建厂地址4kPa(塔顶常压)自选自选≤0.7kPaET=52%天津地区试根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。3.5.2设计计算1设计方案的确定本设计任务为分离苯一甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程

2、。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2精馏塔的物料衡算(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量甲苯的摩尔质量（2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量（3）物料衡算原料处理量总物料衡算46.61＝D＋W苯物料衡算46.61×0.45＝0.966D＋0.012W联立解得D＝21.40kmol／hW=

3、25.21kmol／h3塔板数的确定（1）理论板层数NT的求取苯一甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数。①由手册查得苯一甲苯物系的气液平衡数据，绘出x~y图，见图3-22。②求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图3-19中对角线上，自点e（0.45，0.45）作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为yq＝0.667xq＝0.450故最小回流比为取操作回流比为③求精馏塔的气、液相负荷图3-22图解法求理论板层数④求操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为⑤图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数，如图3-2

4、2所示。求解结果为总理论板层数NT＝12．5（包括再沸器）进料板位置NF＝6（2）实际板层数的求取精馏段实际板层数5/0.52＝9.6≈10,提馏段实际板层数6.5/0.52=12.5≈134精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算。（1）操作压力计算塔顶操作压力PD＝101.3＋4=105.3kPa每层塔板压降△P＝0.7kPa进料板压力PF＝105.3＋0.7×10＝112.3kPa精馏段平均压力Pm＝（105.3＋112.3）／2＝108.8kPa（2）操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、

5、甲苯的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度tD＝82.1℃进料板温度tF＝99.5℃精馏段平均温度tm＝（82.l＋99.5）/2=90.8℃（3）平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由xD=y1=0.966,查平衡曲线（见图3-22），得x1=0.916进料板平均摩尔质量计算由图解理论板（见图3-22，得yF＝0.604查平衡曲线（见图3-22），得xF＝0.388精馏段平均摩尔质量（4）平均密度计算①气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即②液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均密度的计算由tD＝

6、82.1℃，查手册得进料板液相平均密度的计算由tF＝99.5℃，查手册得进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为ρLm=（812.5+791.6）/2=802.1kg/m3(5)液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算由tD＝82.1℃，查手册得σA=21.24mN/mσB=21.42mN/mσLDm=0.966×21.24+(1-0.966)×21.42=21.25mN/m进料板液相平均表面张力的计算由tF＝99.5℃，查手册得σA=18.90mN/mσB=20.0mN/mσLFm=0.388×18.90+

7、(1-0.388)×20.0=19.57mN/m精馏段液相平均表面张力为σLm=（21.25+19.57）/2=20.41mN/m(6)液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即lgμLm=Σxilgμi塔顶液相平均粘度的计算由tD＝82.1℃，查手册得μA=0.302mPa·sμB=0.306mPa·slgμLDm=0.966×lg(0.302)+(1-0.966)×lg(0.306)解出μLDm=0.302mPa·s进料板液相平均粘度的计算由tF＝99.5℃，查手册得μA=0.256mPa·sμB=0.265mPa·slgμLFm=0.38

8、8×lg(0.256)+(1-0.388)×lg(0.265)解出μLFm=0.261mPa·s精馏段液相平均粘度为μLm=(0.302+0.261)