化工原理工程设计(2)

一． 精馏装置工艺流程图

精馏装置一般包括：精馏塔、塔顶蒸汽冷凝器、塔底再沸器（蒸馏釜）、原料加热器以及输送设备和管路等。其工艺流程图比较固定。工业生产常见的精馏流程见下图。

二． 精馏塔的设计及计算

1.基本数据的计算

苯的分子量：78.1kg/kmol C6H6 甲苯的分子量：92.1kg/kmol C7H8

进料的平均分子量：MF=0.65×78.1+0.35×92.1=82.9kg/kmol 进料液的摩尔量为：F=7700÷82.9=92.88kmol/h 总物料衡算：F=D+W Fxf=DxD+WxW 解之得：D=60.49kmol/h W=32.39kmol/h 2．q值的计算

由苯—甲苯的温度—组成相图（附图2） 得： 当xF=0.65时

苯的泡点温度为tD=88.1℃ 进料温度为65℃时的平均温度为t=由液体的比热共线图[1]可查得

苯的比热CpA=0.46×4.187kJ·kg-1·K-1=1.93kJ·kg-1·K-1 甲苯的比热CpB=0.46×4.187 kJ·kg-1·K-1=1.93 kJ·kg-1·K-1（采用内差法计算所得）

则进料的平均比热Cpm=1.93 kJ·kg-1·K-1

当P=0.1MPa时，查得[2]苯的气化潜热为γA=393.9kJ·kg-1 甲苯的气化潜热为γB=363 kJ·kg-1

tb?tf65?88.1??76.55℃ 22

则进料液的平均气化潜热γm=363=381.9 kJ·kg-1 所q=

0.65?78×393.9+0.388×

0.65?78?0.35?92以

iv?ifiv?il?il?if?m?cpm(tb?tf)381.91?1.93?（88.1-65）????1.117 iv?iliv?il?m381.91即q=1.117.

3．计算最小回流比Rmin 由2得q=1.117

q?9.547 q?1q线为y=

qxf?9.547x?5.556 x-q?1q?1由此作附图3，q线与平衡线的交点为：xq=0.671，Yq=0.769 所以Rmin=（xd-yq）/（yq-xq）=0.899 4、计算最小理论塔板数Nmin

由参考[3] 表10—3以及附图2，计算xF=0.65 xD=0.99 xW=0.015下，分别对应的泡点温度，取三处的α的几何平均值。 tF=88.1℃ tD=80.3℃ tW=109.9℃ αF=2.5297 αD=2.5978 αW=2.3553 则α=

=2.49

全回流时，所需理论塔板数最少，由芬斯克（Fenske）方程[4]

xw?0.015??xd?0.99log?()()?log?()()?1?xd1?xw??1?0.991?0.015??1?8.62 ?1?Nmin=??log2.49loga5、计算理论塔板数N 设R=1.0

x?R?Rmin1?0.899??0.501 R?11?1由吉利兰关联图[5]得 y=0.75（1-x0.567） y=算出N=

N?Nmin N?1Nmin?y?23.8

1?y同上，设若干R值，可算得相应的若干N值，其结果列表如下

设R 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 Rmin Nmin 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 0.899 8.62 R?RminNmin?yx?N?y?0.75(1?x0.567)R?11?y0.051 0.612 23.8 0.137 0.507 18.5 0.209 0.441 16.2 0.27 0.393 14.9 0.322 0.356 13.9 0.367 0.325 13.3 0.407 0.3 12.7 0.441 0.278 12.3 0.473 0.26 12 0.5 0.244 11.7 0.525 0.229 11.5 0.548 0.217 11.3 0.568 0.206 11.1 由上表做R—N关系图（附图4） 从R与N的关系可见：当R＜1.8时，曲线很陡，所需N较多； 当R＞1.8时，曲线变平坦，所需N减少。 取R=1.8，理论塔板数N=13.9

作图所求理论塔板数（附图3）N’=14.5

取R=2.0，理论塔板数N=13.3

作图所求理论塔板数（附图3）N’=14.3 则可以看出：当R取1.8时，N’与N最相近 故取R=1.8 N=14.5

6、塔板效率的计算

采用奥康奈尔（O’connell）法[6] ET=0.49（αμaV）-0.245 由4可知α=2.49

塔顶：xD=0.99 查得泡点温度为 80.3℃ 塔底：xW=0.015 查得泡点温度为 109.9℃ 则平均温度t=（80.3+109.9）/2=95.1 由液体的粘度共线图[7]查得 苯的粘度μ=0.25cP 甲苯的粘度 μ=0.28cP

则进料的平均粘度μ=0.25×0.65+0.28×0.35=0.2605cP

ET=0.49（αμ）-0.245=0.5448cP（与[6]图11—21对照，结果相近，故可用）

E0≈0.5448×1.1=0.599 7、实际塔板数的计算

由附图3可知理论塔板数N=14.5，找到d点 ①精馏段应为N1=6.7 故实际塔板数为

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