【正文】 器106小計(jì)106出塔冷凝器107塔頂出料47107塔釜出料57105損失107小計(jì)108第五章 設(shè)備工藝計(jì)算及選型 精餾塔的設(shè)計(jì)與選型 T101的設(shè)計(jì)與選型選用板式塔 （一）塔徑的計(jì)算 （1）精餾段選取代表性塔板為塔頂?shù)谝粔K板，由《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》查得各組分相應(yīng)密度數(shù)據(jù)。h1熱焓kJkg1溫度oC熱量kJoC)Q= GW2 (HW－H﹚=(－) =106kJ/hm=Q/CpΔt=(13)=列T10T20T301能量匯總表45：表45 T10T20T301能量匯總表項(xiàng)目設(shè)備質(zhì)量流率kg 計(jì)算傳熱劑用量（1）冷卻水用量： 取循環(huán)水上水溫度為32 oC，循環(huán)下水45 oC，水的Cp=(kg. oC)。kg1塔底( oC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%HWi/ kJkg1進(jìn)料( oC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%HFi/ kJ如下表44：表44 T301混合焓表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷混合熱焓 kJ所需 冷卻水有32 oC－35 oC。 計(jì)算傳熱劑用量 （1）冷卻水用量：取循環(huán)水上水溫度為32 oC，循環(huán)下水45 oC，水的Cp=(kg. oC)。kg1349塔頂(46 oC )質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%HVikJ/kg698塔底( oC )質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%190HWikJ如下表43：表43 T201混合焓表組分正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷混合熱焓kJ/kg回流(40 oC )質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%HLDikJkg1280從20 oC－83 oCoC需熱量為：Q=F(HF1HF )=10000( )=106 kmol/h ( oC)，= kJ/kg= QB/=106 / = kg/h T201能量衡算查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得回流罐液相各組分焓值，塔頂氣相組分焓值HLDi，進(jìn)料飽和液體組分焓值HFi，和塔底液相組分焓值HWi。mc= QC/CpΔt=7923/（10）=105kg/h （43） （2）蒸汽用量： ( oC)，== QB/=7717/=（44） （3）原料預(yù)熱蒸汽用量： 設(shè)定原料儲(chǔ)罐中的溫度為20 oC，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得出各組分焓值。 冷凝器熱負(fù)荷體系選取如圖41： VQCLD圖41 冷凝器負(fù)荷體系示意 Q=(R+1)D(HV－h(huán)L) （41）=(+1)() =106kmol/h 再沸器熱負(fù)荷 能量衡算范圍如圖42：QD QLQWQB QV QFQˊ圖42 再沸器熱負(fù)荷衡算范圍示意 由全塔熱量衡算式：QF+QB+ QL =Qˊ+QV+QW即：FHF+DRHLD+QB=D(R+1)HV +WHW+Qˊ 其中Qˊ=10%max(QB，QC)，令Qˊ=則有 QB=[(R+1)DHV+WHW－FHF－RDHLD ] / （42） =[(+1)+ ] /=106kmol/h 由于QBQC，所以假設(shè)成立。kg1塔底(95 oC )質(zhì)量分?jǐn)?shù)%HWikJkg1進(jìn)料( oC )質(zhì)量分?jǐn)?shù)%HFikJ根據(jù)各部分組成，計(jì)算回流罐的焓值HLd，塔頂焓值HV，進(jìn)料焓值HF及塔底焓值HW。 確定進(jìn)料溫度及壓力PF=PD+NRΔP=+36，利用泡點(diǎn)方程∑Pixi = PF試差得表327：表327 進(jìn)料溫度試差表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷∑Pixixi/mol%PSi(40 oC)PSi(50 oC)由上表數(shù)據(jù)內(nèi)插，可得TF= oC， oC。實(shí)際提餾段板數(shù)：，圓整為10塊。 全塔效率及確定實(shí)際板數(shù)① 全塔效率的計(jì)算平均溫度 T==查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》得各組分的粘度，如下表326：表326 粘度匯總表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷/cpxi/mol%由上表可得：= ET=()=()=② 實(shí)際板數(shù)的確定NP=NT/ET=，取整為NP=45塊。試差得下表324：表324 試差求最小回流比數(shù)據(jù)表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)進(jìn)料/mol%100i 由上表數(shù)據(jù)試差，得= ，代入得Rm=。 驗(yàn)證T301清晰分割是否成立 以重關(guān)鍵組分環(huán)戊烷為基準(zhǔn)，列相對(duì)揮發(fā)度表323：表323 相對(duì)揮發(fā)度表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷D（ oC）W（ oC）平均對(duì)輕關(guān)鍵組分正戊烷，由上表知：平均=由式（34）可得：Nm=== 為驗(yàn)證T301清晰分割是否成立，以計(jì)算釜液中異戊烷的清晰分割為例：由式（35）可得：W===104kmol/h==105104所以清晰分割成立，故塔頂產(chǎn)品合格。 塔底溫度的確定PW=，應(yīng)用泡點(diǎn)方程∑Pi xi = PW=：表322 塔底溫度基本數(shù)據(jù)組分正戊烷環(huán)戊烷異己烷∑Pi xi xi/mol%PSi(60 oC)PSi(70 oC)PSi( oC) 由上表數(shù)據(jù)得，當(dāng)TW= oC時(shí)，∑Pi xi≈。表321 塔頂溫度基本數(shù)據(jù)組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷∑yi/Pi yi/mol%PSi (40 oC)PSi (50 oC) PSi () 由上表數(shù)據(jù)得，當(dāng)TD= oC時(shí)，∑yi/Pi≈。h1摩爾分率mol%100 T301操作條件 回流罐壓力水做冷卻劑，因塔頂出料，故取回流罐溫度為45 oC，由泡點(diǎn)方程即∑Pixi=PF進(jìn)行試差，查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》得一系列PSi，得下表：表320 回流罐溫度表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷xi/mol%PSi/atm 由上表可得Pb =∑Psixi =。h1摩爾分率mol%100塔釜液質(zhì)量流率kgh1 摩爾分率mol%100 續(xù)表319組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)塔頂餾出液質(zhì)量流率kg列清晰分割物料衡算表319：表319 T301清晰分割物料衡算表組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)進(jìn)料質(zhì)量流率kg列確定適宜回流比及理論塔板數(shù)如下表318：表318 確定適宜回流比及理論塔板數(shù)R/RmRXYNN（R+1） 以R/Rm為x軸，N（R+1）為y軸作圖32：圖32 T201最小回流比示意圖由圖取R/Rm=，得R=，N=。 確定最小回流比計(jì)算最小回流比由Underwood公式(36)，取飽和進(jìn)料q＝1。；列相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)如下表316：表316 T201相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)表組分正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷塔頂i （）1塔底i（ oC）1平均1對(duì)輕關(guān)鍵組分異戊烷,由上表知: 平均= 由Fensk公式：Nm=== 由公式（34）可得Nm=。 塔底溫度的確定 PW=，應(yīng)用泡點(diǎn)方程∑Pixi=PW=：表315 塔底溫度基本數(shù)據(jù)組分異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷∑Pixixi/mol%PSi(60oC)PSi(65 oC) 由上表數(shù)據(jù)內(nèi)差，得TW= oC， oC。 進(jìn)料溫度的確定 由泡點(diǎn)方程即∑Pixi=PF進(jìn)行試差，試差過(guò)程見(jiàn)下表314（PF=）。 塔內(nèi)其他壓力估算及確定，則： PD=+=ΔPFD=，則PF=ΔPWF=，則PW= 塔頂溫度的確定PD=，應(yīng)用露點(diǎn)方程∑yi/Pi=1/PD，又1/PD=，計(jì)算塔頂溫度TD。h1摩爾分率mol%100 T201操作條件確定 確定回流罐的壓力 水做冷卻劑，因塔頂出料，故取回流罐溫度為40 oC，塔頂采用全凝器，查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》，可得一系列PSi。h1摩爾分率mol%100塔釜液質(zhì)量流率 kgh1摩爾分率mol%100塔頂餾出液質(zhì)量流率 kg列清晰分割料衡算表311：表311 T201清晰分割物衡表組分正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)進(jìn)料質(zhì)量流率 kg表310 塔底溫度試差表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷∑Pi xixi /mol%Ki(80 oC)Ki(82 oC)1062 由上表數(shù)據(jù)內(nèi)插，可得TF=82 oC。 以R/Rm為x軸，N（R+1）為y軸作圖如圖31：圖31 T101最小回流比示意圖由上圖知R/Rm=， 從而可得R=，N=。知Nm=，Rm=。 確定最小回流比Rm 計(jì)算最小回流比 由Underwood公式： （36） 取飽和進(jìn)料q＝1，試差得表38： 表38 T101試差求最小回流比組份丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)xi/mol%i 由上表數(shù)據(jù)可得，當(dāng)=，式(36)，故試差得=，代入，得Rm=。h1105104107107xi 105104107109比較103103103103由以上表知清晰分割成立。 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)，i= PSi/PHS ，PSi由《石化數(shù)據(jù)手冊(cè)》查，得下表36：表36 各組分相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷塔頂(55 oC)D塔底(106oC)W平均值平均 對(duì)輕關(guān)鍵組分正丁烷，由上表知： 平均= （33） 由Fensk公式： Nm=