分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计(2)

2主要工艺计算

2.1精馏塔的物料衡算

（1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 苯的摩尔质量 Ma=78.11kg/kmol 甲苯的摩尔质量 Mb=92.14kg/kmol

0.578.11 XF==0541 0.50.5?78.1192.140.9578.11XD= =0.957 0.950.02?78.1192.140.0378.11XW= =0.035 0.030.97?78.1192.13

图1精馏塔工艺流程图

(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

MF=0.541?78.11+（1-0.541）?92.13=84.55kg/kmol MD=0.957?78.11+（1-0.957）?92.13=78.71kg/kmol MW=0.035?78.11+（1-0.035）?92.13=91.64kg/kmol (3)物料衡算

45000?1000原料处理量 F==73.92kmol/h

7200?84.55总物料衡算 73.92=D+W`

苯物料衡算73.92?0.541=0.957D+0.035W 联立解得:D=33.35kmol/h W=40.57kmol/h

表2物料衡算表

进料

项目

数量（kmol/h）

73.92 73.92

项目

出料

数量（kmol/h）

产品D 塔底出量W

合计

33.35 40.57 73.92

进料F 合计

4.1精馏塔的物料衡算 4.1.2 相对挥发度的计算：

气液相平衡数据 t/℃ 80.1 85 90 135.5 54.0 0.581 0.777 95 155.7 63.3 0.412 0.633 100 179.2 74.3 0.258 0.456 105 204.2 86.0 0.130 0.262 110.6 240.0 101.33 0 0 pA/kpa pB/kpa 101.33 116.9 40.0 46.0 0.780 0.900 x/摩尔分数 1.000 y/摩尔分数 1.000 因此有：塔顶用t=80.10℃时，pA?101.33kpa，pB?40.0kpa.

?D?pA?2.54. pB塔底用t=101.63℃时，pA?240.0kpa，pB?101.33kpa.

?D?pA?2.37 pB平均相对挥发度???D??W?2.46

4.2塔板数的确定

4.2.1理论板层数的求算

4.2.1.1逐板法求塔板数 (1)平衡线方程的求算 汽液相平衡方程式：x?y??(??1)y?y??(??1)y?y.

2.46?1.46y(2)q线方程

进料状态由五种，即过冷液体进料（q>1),饱和液体进料（q＝1），气液混合进料(0

xq?xF?0.541；xp?由以上两式可得：

yq2.46?1.46yq

yq?0.0.744；Rmin?xD?ypyp?xp?1.05

由于R?1.6Rmin?1.68 (4)精馏段操作线方程

精馏段液相质量流量：L?R?D?68.16kmol?h?1 精馏段气相质量流量：V=V?L?D?108.73kmol?h?1 精馏段操作方程：y?0.627x?0.357

提馏段液相质量流程：L??L?q?F?68.16?73.92?142.08kmol?h?1 提段气相质量流程：V??V?(q?1)F?108.73kmol?h?1 提馏段操作线方程：y(提)?1.79x?0.01.

(5)理论塔板数的确定

先交替使用相平衡方程和精馏段操作线方程计算如下：

相平衡y1?xD?0.957????x1?0.9000；

y2?0.9213???x2?0.8264；

y3?0.8275???x3?0.7403； y4?0.8212???x4?0.6521；

y5?0.7559???x5?0.5573；

y6?0.7144???x6?0.5042?0.541；

以下交替使用提馏线操作线方程语相平衡方程得：

y7?0.6445???x7?0.4243；

y8?0.5406???x8?0.3300； y9?0.4097???x9?0.2201； y10?0.2751???x10?0.1337； y11?0.1628???x11?0.0732. y12?0.0842???x12?0.036；

y13?0.0358???x13?0.0149?0.035；

故理论板为13块，精馏板为5块，第6块为进料板.

(2)实际板层数的求取 ①操作压力的计算

塔顶操作压力:PD=101.325=101.325KPa 每层塔板压降:△PF=0.7KPa

进料板压力:PF=105.3+0.7?5=104.825KPa

精馏段平均压力:Pm=0.5?(101.325+113.7)=103.075KPa ②操作温度计算

由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸汽压由Antoine方程计算，计算所得数据列入表3

表3试差法求塔顶温度和进料板温度数据表 t（℃） Pa（kPa） 80 81 81.7 81.75 81.73 81.8 100.8964 104.0439 106.2925 106.4546 106.3898 106.6169 Pb（kPa） 38.82307 40.18224 41.15628 41.22657 41.19844 41.29696 x 1.070942 1.019669 0.984762 0.982299 0.97984 t（℃） Pa（kPa） Pa（kPa） 91 92 93 94 94.61 x 139.9328 55.99924 0.587378 143.9917 57.8213 0.550986 148.1412 59.69041 0.515649 152.3828 61.60744 0.481326 155.016 62.80072 0.46087 0.983284 94.60 154.9726 62.78102 0.461203 82 83 84 85 86 87 88 89 90 107.2678 110.5694 113.95 117.4108 120.9531 124.5782 128.2874 132.082 135.9634 41.5795 43.01562 44.49139 46.0076 47.56503 49.16451 50.80684 52.49285 54.22337 0.970043 94.62 155.0595 62.82044 0.460538 0.921997 0.875466 0.830389 0.786708 0.744368 0.703314 0.663497 0.624867 94.7 95 96 97 98 99 100 155.4075 62.97833 0.457882 156.7179 63.57325 0.447978 161.1477 65.58873 0.415568 165.6737 67.65476 0.384061 170.2972 69.77223 0.353422 175.0196 71.94206 0.32362 179.8423 74.16514 0.294622 塔顶温度:

平衡数据可查得:XD=0.957时,tD=82.27℃ 进料板温度:

从平衡数据可查得:XF=0.541时, tF=92.28℃ 精馏段平均温度：tm=（82.27+92.28）/2=87.28℃ ③平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量计算

xD=y1=0. 957,查平衡曲线得到： x1=0.9005

气相 MVDM=0. 957×78.11+(1-0. 957)×92.14=78.71㎏/kmol 液相 MLDM=0.9005×78.11+（1-0.9005）×92.14=79.51㎏/kmol 进料板平均摩尔质量计算

由气液平衡相图可知:yF=0.744时，xF=0.541

气相 MVFM=0.744×78.11+(1-0.744)×92.14=81.70㎏/kmol 液相 MLFM=0.541×78.11+(1-0.541)×92.14=84.55㎏/kmol 精馏段平均摩尔质量

气相 MVM= (78.71+81.70)/2=80.21㎏/kmol 液相 MLM= (79.51+84.55)/2=82.03㎏/kmol ④平均密度的计算 气相平均密度 ρV=

PMMm103.0755?80.21==2.76kg/m3 RT8.314?(87.28?273.15)

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