中国石油大学化工原理课程设计-毕胜-苯-甲苯-乙苯(2)

第一部分 精馏塔的工艺设计

第一节 产品组成及产品量的确定

一、清晰分割法（P492）

重关键组分为甲苯，轻关键组分为苯，分离要求较高，而且与相邻组分的相对挥发度都较大，于是可以认为是清晰分割，假定乙苯在塔顶产品中的含量为零。现将已知数和未知数列入下表中：

进料（F） a1 0.28 a2 a3 备注 给定 给定x1,D，估计x3，D=0，算得x1,D 0.42 0.3 0.01 0 塔顶产品（D） 0.99 塔顶产品（W） 0.013 未知 未知 注：表中F、D、W为质量流率，a1、a2、a3为质量分率

F＝D＋W0.28F＝0.99D＋0.013W列全塔总物料衡算及组分A、B、C的全塔物料衡算得，

0.42F＝0.01D＋a2，WW0.3F＝a3,WW0.99?0.28＝0.7267F

0.99?0.0130.3F＝0.4123 将式（5）代入式（4）解得，a3,W＝0.7276F由（1）、（2）两式，W＝F?－702.76F)由式（1），D＝F－W＝(1由式（3），402.F＝207.24F

＝01.?207.24F＋a2,W?702.76F解得，a2,W ＝0.5735

a1,W ＋ a2,W ＋a3,W ＝0.013＋0.5735＋0.4123＝1.0

说明计算结果合理 已知，F＝8.8 th

6

解得，W＝0.7267?8.8＝6.4 thD＝0.2724?8.8＝2.4 th

二、质量分率换算成摩尔分率（P411） 物性参数 化工热力学 P189

名称 相对分子质量 g/mol 临界温度Tc 临界压力Pc 苯 78.114 562.2 48.9 甲苯 92.141 591.8 41.0 乙苯 106.168 617.2 36.0 注：温度单位K，压力单位0.1MPa

换算关系式：xjj＝ajM?N

?aiMi?i?1x1M10.2878.1141,F＝a?N＝?a0.2878.114＋0.4292.114＋0.3106.168＝0.3268

iMi?i?1同理，解得进料、塔顶、塔底各组分的摩尔分率

F＝96.52 kmolh解得，D?30.74 kmolh

W?65.78 kmolh三、物料平衡表

将以上的结果列入下表中： 物料平衡表 项目 进料 塔顶 塔底 流率 kmol/h kg/h kmol/h kg/h kmol/h kg/h 苯 31.54 2464 30.48 2381 1.06 83 甲苯 40.11 3696 0.26 24 39.85 3672 乙苯 24.87 2640 0 0 24.87 2640 合计 96.52 8800 30.74 2405 65.78 6395 7

组成 mol% 苯 kg% mol% kg% mol% kg% 0.3268 0.28 0.9915 0.99 0.0162 0.0130 甲苯 0.4156 0.42 0.0085 0.01 0.6058 0.5742 乙苯 0.2576 0.30 0 合计 1 1 1 0 1 0.3780 0.4128 1 1

第二节 操作温度与压力的确定

一、回流罐温度

一般应保证塔顶冷凝液与冷却介质之间的传热温差：△t＝20℃ 已知，冷却剂温度：ti?25℃ 则，t回?ti?△t?45℃

二、回流罐压力

纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）：

ln(PS/PC)?(1?x)?1(Ax?Bx1.5?Cx3?Dx6)x?1?T/TC

饱和蒸气压关联式 化工热力学 P199 名称 A 苯 B C D -6.98273 1.33213 -2.62863 -3.33399 甲苯 -7.28607 1.38091 -2.83433 -2.79168 乙苯 -7.48645 1.45488 -3.37538 -2.23048

T回?t回?273.15?318.15K

以苯为例，x?1?T/TC?1?318.15/562.2?0.434

ln(PS/PC)?(1?0.434)?1?(?6.98273?0.434?1.33213?0.4341.5?2.62863?0.4343?3.33399?0.4346)??5.1

PS?exp(?5.1)?48.9?0.2974?0.1MPa?Pa0

8

0同理，解得P?0.1MPa b?0.098500P?0.2974?0.0085?0.0985?0.2957?0.1MPaa?x2,D?Pb?0.9915回?x1,D?P∵P回?1atm∴取P回?1atm?1.0133?0.1MPa

三、塔顶压力

塔顶管线及冷凝器的阻力可以近似取作0.15atm 则，P顶?P回?0.15?1.15atm?1.1653?0.1MPa

四、塔顶温度

n露点方程：

?yi1i?1p0?p i试差法求塔顶温度 t 45.0 80.0 85.0 85.2 pa0 0.2974 1.0080 1.1729 1.1799 pb0 0.0985 0.3871 0.4587 0.4618 等式左边 3.4203 1.0056 0.8639 0.8587 等式右边 0.8582 0.8582 0.8582 0.8582 t顶?85.2℃

五、塔底压力

△P全?N实际?△P单?0.2atmP底?P顶?△P全?1.3652?0.1MPa

六、塔底温度

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n泡点方程：

?p0ixi?p

i?1试差法求塔底温度 t 90.0 120.0 128.0 128.7 pa0 1.3581 2.9912 3.6092 3.6675 pb0 0.5406 1.3086 1.6143 1.6435 pc0 0.2419 0.6409 0.8074 0.8234 等式左边 0.4409 1.0834 1.3415 1.3662 等式右边 1.3652 1.3652 1.3652 1.3652 t底?128.7℃

七、进料压力

设计中可近似取：PP顶?P底进?2?1.2653?0.1MPa

八、进料温度（P498）

物料衡算和相平衡方程：

?Cxi,FCi?11?(Ki?1)e??xi?1

i?1e?0.1（质量分率）

试差法求进料温度 t 106.95 110.0 112.9 pa0 2.1595 2.3356 2.5131 pb0 0.9088 0.9922 1.0770 pc0 0.4290 0.4726 0.5172 ka 1.7067 1.8460 1.9863 kb 0.7183 0.7842 0.8512 kc 0.3391 0.3735 0.4088 等式左边 1.0149 1.0075 1.0001 等式右边 1 1 1 10