【正文】 七．板式塔還需計(jì)算全塔效率及實(shí)際板數(shù) 原始數(shù)據(jù)的獲得，每年按開工7200小時(shí)計(jì)算，則流量為17083kg/h。各組分原始數(shù)據(jù)表如下：表31 原料各組分性質(zhì)及原料數(shù)據(jù)匯總編號(hào)組分M摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6異己烷7正己烷合計(jì)10017083100先假設(shè)回收率，看回收率是否合格。T101取輕關(guān)鍵組分為正丁烷，重關(guān)鍵組分為異戊烷，設(shè)回收率為99%，假設(shè)進(jìn)料為100kmol/h，則可估算物料平衡表：表32 T101清晰分割物料衡算匯總組分進(jìn)料kmol/h塔頂kmol/h塔釜kmol/h丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)100所以組分含量：＜3%，所以合格。T201取輕關(guān)鍵組分為異己烷，重關(guān)鍵組分為正己烷，回收率均為99%，設(shè)進(jìn)料為100kmol/h。表33 T201估算物料平衡表組分進(jìn)料kmol/h塔頂kmol/h塔釜kmol/h正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)正己烷純度：﹥98%，所以合格。T301取輕關(guān)鍵組分為異戊烷，重關(guān)鍵組分為正戊烷，回收率為99%，設(shè)進(jìn)料為100 kmol/h，則可估算物料平衡如下表：表34 T301估算物料平衡表組分進(jìn)料，kmol/h塔頂，kmol/h塔釜，kmol/h正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)異己烷的純度：﹥98%，所以合格。 塔T101物料衡算 T101清晰分割物料衡算令正丁烷為輕關(guān)鍵組分，異戊烷為重關(guān)鍵組分，回收率均為99%，假設(shè)清晰分割，可得下表： 表35 T101清晰分割物料衡算表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)進(jìn)料質(zhì)量流量kg/h17083質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100續(xù)表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)塔頂餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100塔釜餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100 確定塔的操作壓力及溫度(一) 確定回流罐壓力 取=40℃，塔頂采用冷凝器，查得40℃下，塔頂各組分的飽和蒸汽壓，由=/P及泡點(diǎn)方程[2] =1可得：=。表36 T101回流罐各組分基本數(shù)據(jù)組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷Pi，atm,atm所以，=﹥1atm，所以采用加壓操作。管線壓力=。則塔頂壓力=+=+=.，采用板式塔，設(shè)Np=26塊，設(shè)單塊塔板壓降為P=,Pw=+NpP=+26=.△==。(二) 計(jì)算塔頂、塔底溫度(1) 求塔頂溫度由前面計(jì)算得知，應(yīng)用露點(diǎn)方程=1試差求得，其中，= /。由《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)》[7]查得，其中塔頂與回流罐中的近似相同。表37 T101塔頂溫度基本數(shù)據(jù)溫度組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷50℃53℃所以，塔頂溫度取53℃。(2)求塔底溫度TW由前面計(jì)算可知，Pw=，用泡點(diǎn)方程進(jìn)行驗(yàn)證。表38 T101塔底各組分基本數(shù)據(jù)組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷,atm123℃122℃所以，=122℃。(三) 驗(yàn)證T101清晰分割是否成立以重關(guān)鍵組分異戊烷為基準(zhǔn)，則有= /表39 T101各組分相對(duì)揮發(fā)度表溫度組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷53℃122℃由表39可知，輕關(guān)鍵組分正丁烷的=。由Fensk公式：Nm= （31）（上式中Nm包括再沸器）Nm = =以計(jì)算釜液中乙烷的摩爾分率為例，則 === 104kmol/hx乙烷=W乙烷/W=106同理， 釜液異丁烷x異丁烷=104，塔頂正戊烷x正戊烷=104塔頂異戊烷x異戊烷=108，塔頂正己烷x正己烷=109所以塔1101清晰分割是合理的。 確定最小回流比由Underwood[3]公式： (32) (33)取飽和液相進(jìn)料q=1，由式（32）來試算θ的值，示例列于表311：表310 T101確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成，mol%θ=丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)由表311得到，當(dāng)θ=，將θ=（33），計(jì)算得=。 確定最適宜的回流比表311 T101求適宜的R及N計(jì)算數(shù)據(jù)表R/RmRXYNN（R+1）以R/Rm為x軸，N（R+1）為y軸作圖可得：圖31 T101最小回流比示意圖由《化工分離工程》[2]7071頁的吉利蘭圖，由圖31得，當(dāng)R/Rm=，R=, =。 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù)(一) 全塔效率平均溫度T==(53+122)/2=℃查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》得到各組分粘度[4]如下表：表312 T201各組分粘度表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷u,cPxif則：μ=Σμixi=正戊烷=，則全塔效率==(二) 實(shí)際塔板數(shù)的確定=/=，即28塊假設(shè)塔板數(shù)為N=26塊塔板，所以在誤差范圍內(nèi)，假設(shè)合理。(三) 確定進(jìn)料位置根據(jù)芬斯克方程可得： （34）得到=，=。所以，=12，=16，進(jìn)料位置在第17塊板。 進(jìn)料溫度及壓力的確定=+=+17= atm。利用泡點(diǎn)方程試差法=，求。其中由《化學(xué)化工物性手冊(cè)》查得[5]。表313 T101進(jìn)料溫度基本數(shù)據(jù)組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)，%,atm (80℃)所以，進(jìn)料溫度=80℃。 塔T201物料衡算 塔T201清晰分割物料衡算表314 T201清晰分割物料平衡表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)進(jìn)料質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100續(xù)表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)塔頂餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100塔釜餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol% 確定塔的操作壓力及溫度(一) 確定塔的操作壓力取=40℃，塔頂采用冷凝器，查得40℃下，塔頂各組分的飽和蒸汽壓，由=/P以及泡點(diǎn)方程=1得=。表315 T201回流罐各組分基本數(shù)據(jù)組分丁烷異戊烷戊烷異己烷己烷合計(jì),atm（40℃）所以，=，線壓力取==+=+=采用板式塔，設(shè)為Np=85塊塔板設(shè)單塊塔板壓降為=4mmHg=，則=+Np=+85=。(二) 計(jì)算塔頂、塔底溫度（1）塔頂溫度由前可知，=,應(yīng)用露點(diǎn)方程=1試差，其中，=/，得到表316。表316 T201塔頂溫度基本數(shù)據(jù)組分丁烷異戊烷戊烷異己烷己烷合計(jì),atm（50℃）,atm（45℃）所以，=45℃。（2）塔底溫度由前面計(jì)算知，=，用泡點(diǎn)方程=1，即=進(jìn)行驗(yàn)證，得到表317。表317 T201塔底溫度基本數(shù)據(jù)組分異己烷正己烷,atm（87℃）,atm（89℃）所以，=89℃。 驗(yàn)證T201清晰分割是否成立以重關(guān)鍵組分異戊烷為基準(zhǔn)，則有= /表318 T201各組分相對(duì)揮發(fā)度表組分組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷45℃89℃由表318可知，輕關(guān)鍵組分正戊烷=Nm == =則以計(jì)算塔釜中正丁烷的含量為例，有W1= =1029，x1=W1/W=1032 同理可得：釜液異戊烷W2=1014，x2=1017 釜液正戊烷W3=1011，x2=1014所以，T201按照清晰分割是合理的。 確定最適宜的回流比由公式(32)、(33)計(jì)算，取飽和液相進(jìn)料，進(jìn)行θ試差，得到下表：表319 T201確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成XiF，mol%θ=正丁烷異戊烷續(xù)表組分進(jìn)料組成XiF，mol%θ=異己烷正己烷合計(jì)所以，θ=，代入式(33)，計(jì)算得=。表320 T201求適宜的R及N計(jì)算數(shù)據(jù)表R/RmRXYNN（R+1）圖32 T201最小回流比示意圖當(dāng)R/Rm=，R=， =。 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù)(一) 全塔效率平均溫度T==67℃表321 T201各組分粘度表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷,cP則：μ=Σμixi= 正戊烷=，則全塔效率==(二) 實(shí)際塔板數(shù)的確定=/=，即87塊假設(shè)塔板數(shù)為N=85塊塔板，所以在誤差范圍內(nèi)，假設(shè)合理。由 得到=，=，圓整后得到=48塊，=39塊。進(jìn)料在第49塊板。 進(jìn)料溫度及壓力的確定=+=+49=。利用泡點(diǎn)方程試差法=表322 T201進(jìn)料溫度基本數(shù)據(jù)表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷=1（40℃）atm（60℃）atm 塔T301物料衡算 清晰分割物料衡算表323 T301清晰分割物料衡算表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)進(jìn)料質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100塔頂餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流