分离苯-甲苯筛板精馏塔的设计

a、 采用图解法求理论板层数，如图2所示

总理论塔板数： NT?17(包括再沸器) 进料板位置： NF?9 b、 逐板计算求理论板数目

公式： 气液相平衡方程：y??x1?(??1)xRR?1xn?

xDR?1 精馏段操作线方程：yn?1?

提馏段操作线方程：yn?1?R?1R''xn?xwR'

原理：逐板计算法和图解法一样，都是在已知条件下，应用相平衡方程和操作

线方程从塔顶（或者塔底）开始逐板计算各板的气相与液相组成，从而求得所需理论板数目。

参照图 2 ，塔顶的第一块塔板上升蒸气进入冷凝器，冷凝成饱和液体。

馏出液液相组成与蒸气的气相组成相同，即：y1?xD

离开第一块理论板的液体组成x1应该与y1平衡，可有相平衡关系求得。

第二块理论板上升蒸气组成y2，可由精馏段操作线方程从x1求得。

同理：用相平衡关系从y2求出x2，再用操作线方程从x2求出y3. 依此类推，即：

xD?y1y3x1xn?1

y2x2……

注意：当计算到某一理论板下降液体组成（xn?1）等于两操作线交点组成

xf即xn?1?xf时，第n板为进料板。或者xn?1＞xf＞xn时，也是第n板为进料板。从第n

板开始一下为提馏段。当计算到xN?xW时，板数N就是所需要的理论板总数（包括蒸馏釜）。 板序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

x 0.977 0.953 0.915 0.855 0.771 0.666 0.556 0.458 0.384 y 0.991 0.981 0.965 0.938 0.896 0.836 0.762 0.684 0.615 板序号 10 11 12 13 14 15 16 17 18 x 0.334 0.245 0.164 0.100 0.057 0.030 0.015 0.006 y 0.562 0.455 0.334 0.221 0.133 0.073 0.037 0.016 - 8 -

xF?0.440由前面的计算可知：xD?0.991

xW?0.012显然，由上表可知：x8?xF?x9 ，所以进料板是在NF?9 x17?xW ，所以总理论板数为NT?17

（3） 实际塔板数的求取

全塔效率假设：0.54

塔内实际板数目：N = （17-1）/0.54=30 精馏段实际板层数：NR=9/0.54=16 提馏段实际板层数：NR=8/0.54=14

'实际进料板位置：N=NR+1=17

5、精馏塔的工艺条件以及有关物性的计算

（1）操作压力的计算

? 塔顶操作压力 PD?101.325kPa?4kPa?105.325kPa ? 每层塔板压降 ΔP=0.70 kPa

? 进料板压力 PF=105.325+0.70×17=117.225kPa ? 精馏段平均压力 Pm=(117.225+105.325) / 2=111.275k

（2） 操作温度计算

① 由图二可得（用lgp?A?0Bt?C验证）

? 塔顶温度 tD=81.83oC ? 进料板温度 tF=101.55 oC

? 精馏段平均温度 tm=（81.83+101.55）/2=91.69 oC

② 示差法计算

依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和

蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下： 塔顶温度： tD＝81.83℃

进料板温度： tF＝101.55℃

精馏段平均温度： tm＝（81.83＋101.55）/2 = 91.69℃

（3） 平均摩尔质量计算

- 9 -

A、 塔顶平均摩尔质量计算

由xD?y1?0.991，逐板计算得 X1=0.977

MVDm?0.991?78.11?(1?0.991)?92.13?78.24kg/kmolMLDm?0.977?78.11?(1?0.977)?92.13?78.43kg/kmol

B、 进料板平均摩尔质量计算

由逐板计算解理论板，得： yF?0.615 xF?0.384

C、 精馏段平均摩尔质量

MV?（78.24+83.51）/2=80.875kg/kmol

mMVFm?0.615?78.11?(1?0.615)?92.13?83.51kg/kmolMLFm?0.384?78.11?(1?0.384)?92.13?86.75kg/kmol

ML? (78.43+86.75) /2=82.59kg/kmol

m(4)平均密度计算

A、气相平均密度计算

由理想气体状态方程计算，即：

?V?mpmMvmRTm?111.275?80.8758.314?(91.69?273.15)?2.967kg/m

3 B、液相平均密度计算

液相平均密度依下式计算，即：

1?m?L?ai?i

塔顶液相平均密度计算

由tD=81.83 oC，查化工原理指导手册得

?A=814.2kg/m3 ?B=809.4 kg/m3

?LDm=

10.991/814.2?0.009/809.4?814.1565kg/m3

由tF=101.55℃，查化工原理指导手册得

?3

A=798.1 kg/m

?B=796.0kg/m3

进料板液相的质量分率

αA=

0.384?78.110.384?78.11?0.616?92.13?0.34577

- 10 -

?LFm=

10.615/798.1?0.385/796.0?797.2902kg/m

3

精馏段液相平均密度为：

?L=（814.1565+797.2902）/2=805.7234kg/m3

m(5)液体平均表面张力计算

液相平均表面张力依下式计算，即 ?Lm??xi?i

塔顶液相平均表面张力的计算

塔顶液相平均表面张力的计算

由tD=81.83 oC，查化工原理指导手册得

?A=21.30 mN/m ?B=21.50 mN/m

?LDm=0.991×21.30+0.009×21.50=21.3018mN/m

进料板液相平均表面张力的计算 由tF=101.55 oC，查化工原理指导手册得

?A=19.60 mN/m ?B=20.54 mN/m ?LFm=0.615×19.60+0.385×20.54=19.9619 mN/m

精馏段液相平均表面张力为

?Lm= （21.3018+199619）/2=20.3018 mN/m

2） 液体平均黏度计算

液相平均粘度依下式计算，即

lg?Lm??xilg?i

塔顶液相平均粘度的计算

由tD=81.83 oC，查化工原理指导手册得 μA=0.315 mPa·s μB=0.319 mPa·s lg?LDm?0.991lg(0.315)?0.009lg(0.319) 解出?LDm

=0.312mPa·s

进料板液相平均粘度的计算

- 11 -

（