【文章內容簡介】 從發(fā)生了世界性的能源危機以來，精餾過程的節(jié)能問題已引起了人們的廣泛重視。降低精餾過程的能耗，對于節(jié)約能源，減少產(chǎn)品成本至關重要 [5]。 精餾是目前應用最廣、占總能耗 最大的化工分離過程。會議中（注：美國化學工程師 學會 1999 年年會），學者一再認為在很長的一段時期內精餾不可能為一些新興分離過程所代替。各國均有精餾的專門研究機構或基地，其規(guī)模與配備人力均勝于我國 [6]。 與國外相比，我們在精餾理論若干方面確有先進之處，在改造工業(yè)生產(chǎn)的精餾方面亦有獨到之處并取得顯著成效，但在試驗設備規(guī)模與測量儀器等方面的差距很大，由于研究力量不足，研究課題的多樣性 也 落后于國外 [7]。 設計任務 及操作條件 設計任務 表 11 設計任務表 生產(chǎn)能力（進料量） 25 萬噸 /年 操 作周期 330 天 進料組成 苯： 55%（質量分數(shù)，下同） 甲苯： 45% 塔頂產(chǎn)品組成 苯： ? 98% 塔底產(chǎn)品組成 苯： %2? 操作條件 表 12 操作條件表 操作溫度 常壓 操作壓力 常壓 進料熱狀態(tài) 泡點進料 主要型式 篩板 式 全塔的熱損失取塔釜熱負荷的 7% 本科畢業(yè)論文 設計方案 工藝流程示意圖 圖 13 工藝流程圖 設計方案簡介 苯和甲苯混合液經(jīng)原料預熱器加熱至泡點后送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。 第二章 塔板的工藝設計 精餾塔的全塔物料衡算 原料液摩爾分率 和摩爾流量 苯的進料摩爾流量 : hk m olnA / ??? ???? 原料 原料罐 原料預熱器 精餾塔 冷凝器 冷卻器 再沸器 苯 冷卻器 甲苯儲罐 甲苯 苯儲罐 本科畢業(yè)論文 甲苯的進料摩爾流量 : hk m olnB / ??? ???? 總物料摩爾流量 ： hk o mlnnF BA / ????? 甲苯的進料 摩爾分率 : ??Ax 苯的進料摩爾分率 : 5 9 0 0 9 ????? BA xx 塔頂產(chǎn)品流量及摩爾分率 : 總物料質量流量： hkgMF / 10001000025 ???? 總物料質量守衡 ： WDF MMM ?? 苯的質量守衡： AWADA MMM , ?? 聯(lián)立求解得： hkgMW /14138? hkgMMM WFD / 7 4 2 4 1 3 1 5 6 5 ????? 苯的摩爾流量： hk m olnAD / , ??? 甲苯的摩爾流量： hk m oinBD / , ??? 塔頂產(chǎn)品流量： hk m o lnnDBDAD /, ????? 苯的摩爾分率： , ??ADx 甲苯的進料摩爾分率： 0 1 7 8 3 , ????? ADBD xx 塔底產(chǎn)品的流量及分率 ： 苯的 摩爾流量： hk m olnAW / , ??? 塔底產(chǎn)品的流量： hk mo lDFW / ????? 苯的摩爾分率： 023 , ??AWx 甲苯的進料摩爾分率： , ????? AWBW xx 本科畢業(yè)論文 表 21 物料衡算表 物理量名稱 物料組分 摩爾流量（ kmol/h） 摩爾分率 進料 苯 甲苯 總計 塔頂 苯 甲苯 總計 塔底 苯 甲苯 總計 相關物性參數(shù)的計算 相對揮發(fā)度 表 22 常壓下苯 — 甲苯的氣液平衡與溫度關系 溫度 T/（℃ ） 液相中苯的摩爾分數(shù) /x 氣相中苯的摩爾分數(shù) /y 110． 6 0． 00 0． 00 106． 1 0． 088 0． 212 102． 2 0． 200 0． 370 98． 6 0． 300 0． 500 95． 2 0． 397 0． 618 92． 1 0． 489 0． 710 89． 4 0． 592 0． 789 86． 8 0． 700 0． 853 84． 4 0． 803 0． 914 82． 3 0． 903 0． 957 81． 2 0． 950 0． 979 80． 2 1． 00 1． 00 由于泡點進料 q=1，由氣液平衡相數(shù)據(jù)，用內插法求進料溫度 ： ? ???? Ft 解得： CtF ?? 6 8 安托尼方程： CT BAp ????lg 本科畢業(yè)論文 注： po 是物質的飽和蒸氣壓， kPa。 A、 B、 C 是安托尼常數(shù)。 T 是物質的溫度，℃。 表 23 苯與甲苯的安托尼常數(shù) 組分 A B C 苯 1211 甲苯 1345 由安托尼方程求得： kPap A ?? kPap B ?? 相對揮發(fā)度： 525..2 ????? BApp? 最小回流比及回流比 由于是飽和液體進料，有 q=1， q 線為一垂直線，在 xy 圖上交于一點 d，故點 d： ?? Fd xx ，根據(jù)相平衡方程有： )(1 )1(1 ???? ????? FFd xxy ?? 最小回流比： 59 78 i n ??????? dddD xy yxR 回流比： in2 ???? RR 全塔平均溫度 由苯與甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)作出 txy 圖 21， 根據(jù)塔頂、塔釜的氣液相組成在 txy 圖上查得： CtD ?? CtW ?? 全塔平均溫度 : ?????? WD ttT 本科畢業(yè)論文 x( 或 y)溫度 圖 21 苯 甲苯混合液的 txy 圖 平均黏度 表 35 苯與甲苯的液體黏度 溫度 C? 80 90 100 110 120 L? ,苯 /( smPa? ) L? ,甲苯 /( smPa? ) 在全塔平均溫度下的苯與甲苯的黏度： 679m P a., ?苯L? s0 .2 7 5 9 m P a ., ?甲苯L? 全塔溫度下的平均黏度： sm P am ???? 2 7 1 0 9 9 0 甲苯苯 ??? 相平均黏度依下式計算，即： ?? iiLm x ?? lglg 進料板 物料的 平均黏度： 由 Ｃ＝Ｆ ? 查手冊得： PA ?? smP aB .?? 2 8 1 1 7 8 8 ??L F m? 解得： smP aL F m ?? 2 8 0 ? 塔釜液相平均黏度： 由 C?? 查手冊得： PA ?? smP aB .?? 本科畢業(yè)論文 再由 : 2 5 6 1 3 3 8 ??L W m? 解得： smP aL W m ?? 2 5 4 ? 提餾段液相平均黏度： sm P aLm ???? ? 平均摩爾質量的計算 進料板物料的平均摩爾質量： 由理論塔板數(shù)計算得： ?F ?F k m o l/)7 2 2 ( 2 2 ??????VFM k m o l/)5 0 7 ( 0 7 ??????LDM 塔釜平均摩爾質量： 由理論塔板的計算過程可得 ： ?y ?x k m o l/)0 9 6 ( 9 6 ??????VWM k m o lkgM LW /)( ?????? 提餾段平均摩爾質量： k m olkgM Vm / ??? k m olkgM Lm / ??? 平均密度的計算 氣相平均密度的計算 : 由理想氣態(tài)方程計算 : m/)( vmp 3mvm ??? ???? RT M? 液相平均密度的計算 : 塔釜液相平均密度的計算： 由 CtW ?? ，查手冊得： m/ 3A ?? m/ 3?B? 塔釜的液相平均密度： m/ 1 3m ???LD? 進料板液相的摩爾質量： 由 Ｃ＝Ｆ ? 查手冊得： ｍ＝ ／ ３Ａ kg5 1 0 3? ｍ／＝ ３Ｂ ? 進料板液相的質量分數(shù)： 本科畢業(yè)論文 )( ????? ??A? 進料板的液相密度： mkgL F M 3/( 1 ???? ）? 提餾段液相平均密度： mkgLM 3/ ???? 液相平均張力 液相平均表面張力依下式計算，即： ??? ni iiLm x1 ?? 進料板液相平均表面張力： 由 Ｃ＝Ｆ ? 查手冊得： m/ NA ?? m/m5 6 7 NB ?? m/ NLF ???? 塔釜液相平均表面張力： 由 C?? 查手冊得： m/ NA ?? m/ NB ?? m/ NLW ???? 提餾段液相平均表面張力： m/ NL ???? 提餾段的氣液相體積流率 提餾段氣液相負荷： h/k m o l8 6 2 39。 ??? FRDL h/k m o l8 4 6 7 4)139。 ??? DRV （ 提餾段的氣液相體積流率： SVMV / vms 3vm ?? ??? ? SLML LL / 3mm ?? ??? ? 本科畢業(yè)論文 塔板數(shù)的計算 理論塔板數(shù)的求取 精餾段的操作線方程： ???????????? nnDnn xxxRxR Ry提餾段操作線方程 ： )1()1(_)1()1(1 ????? ???? ??? nwnn xxFqDR DFxFqDR qFRDy 相平衡方程； (1 xy ????? ）?? 聯(lián)立精餾段操作線方程與進料線 q 線方程求解得 ： ?qx ?qy 下面用相平衡方程和精餾段操作線方程進行逐板計算，直到 qn xx ? 時 ,改用提餾段操作線方程與相平衡方程繼續(xù)逐板計算，直至 wn xx ? 為止。 因為塔頂全凝器 ?? Dxy 1x 由相平衡方程計算，得 1x = 2y 由精餾段操作線方程求得，即 ???y = 繼續(xù)用相平衡方程和精餾段操作線方程逐板計算 ，當 5 9 0 0 7 ??x（加料板），改用提餾段操作線方程，當 0 2 3 1 8 ??? wxx 時， 第 13 平衡級為再沸器，即塔內安裝 12 層理論板即可滿足分離要求。計算結果列于下 24： 表 24 理論板層數(shù)計算表 序號 y x 備注 序號 y x 備注 1 8 改用提餾段操作線方程 2 3 9 4 10 5 11 6 12 7 進料板 13 本科畢業(yè)論文 全塔效率： )( 2 5 ?? ?LE t ?? 實際塔板數(shù) 的求取 精餾段實際塔板數(shù) : 13 7 ???? TETNN 精精 精餾段實際塔板數(shù) : 10 5 ??? TTENN 提提 全塔實際塔板數(shù) : 23 ??? TTENN 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 塔徑的計算 由VVLCu ? ?? ???m ax ，式中 C 由 )20( LCC ?? 求取， 其中 20C 由篩板塔汽液負荷因子曲線圖查取，圖橫坐標為 ) () ()( 2121 ???