快速计算相对挥发度

2 精馏塔的工艺计算精馏塔的物料衡算基础数据 （一）生产能力：10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。

（二）进料组成：乙苯h ；苯 Kmol/h ；甲苯h 。

（三）分离要求：馏出液中乙苯量不大于，釜液中甲苯量不大于。

物料衡算（清晰分割）以甲苯为轻关键组分，乙苯为重关键组分，苯为非轻关键组分。

01.0=D HK x ， 005.0=W LK x ，表 进料和各组分条件由《分离工程》P65式3-23得：,1,,1LKi LK Wi HK D LK Wz xD Fx x =-=--∑ （式2. 1）2434.13005.001.01005.0046875.0015625.08659.226=---+⨯=D Kmol/hW=F-D= 0681.1005.06225.21322=⨯==W X W ，ωKmol/h 5662.90681.16343.10222=-=-=ωf d Kmol/h编号 组分 i f /kmol/h i f /% 1 苯 2 甲苯 3 乙苯总计100132434.001.02434.1333=⨯==D X D d ，Kmol/h 5544.212132434.06868.212333=-=-=d f ωKmol/h 表2-2 物料衡算表精馏塔工艺计算操作条件的确定 一、塔顶温度纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）：CC S T T x Dx Cx Bx Ax x P P /1)()1()/ln(635.11-=+++-=-表2-3 物性参数注：压力单位，温度单位K编号 组分 i f /kmol/h馏出液i d釜液i ω 1 苯 0 2 甲苯 3 乙苯总计组份 相对分子质量临界温度C T 临界压力C P苯 78 甲苯 92乙苯106名称 A B C D表2-3饱和蒸汽压关联式数据以苯为例，434.02.562/15.3181/1=-=-=C T T x1.5)434.033399.3434.062863.2434.033213.1434.098273.6()434.01()(635.11-=⨯-⨯-⨯+⨯-⨯-=-CS P P In01.02974.09.48)1.5ex p(a S P MPa P =⨯=⨯-=同理，可得MPa P b 1.00985.00⨯=露点方程：∑==ni ii p p y 11，试差法求塔顶温度表2-4 试差法结果统计故塔顶温度=℃二、塔顶压力塔顶压力Mpa p 1.0013.1⨯=顶 三、塔底温度苯甲苯乙苯泡点方程：p x pni i i=∑=10 试差法求塔底温度故塔底温度=136℃四、塔底压力塔底压力Mpa p 1.0013.1⨯=底 五、进料温度进料压力为Mpa p 1.0013.1⨯=进，泡点方程：p x pni i i=∑=1试差法求进料温度故进料温度=133℃六、相对挥发度的计算据化学化工物性数据手册，用内插法求得各个数据5.105=顶t ℃，961.5=苯α 514.2=甲苯α 1=乙苯α；136=底t ℃， 96.1=甲苯α 1=乙苯α；133=进t ℃， 38.4=苯α 97.1=甲苯α 1=乙苯α综上，各个组份挥发度见下表据清晰分割结果，计算最少平衡级数。

精馏塔设计答辩问题：1、 最小回流比应该如何确定？精馏操作中，由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L 与塔顶产品流量D 的比值,即R ＝L/D 。

回流比的大小,对精馏过程的分离效果和经济性有着重要的影响。

因此，在精馏设计时，回流比是一个需认真选定的参数。

最小回流比Rmin=P DDD x -y y -x 2、 如何求取塔顶或塔底处的相对挥发度？如何求全塔的平均相对挥发度？相对挥发度：习惯上将溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比，称为相对挥发度。

以α表示。

α=(yA/yB)/(xA/xB)，式中，yA ——气相中易挥发组分的摩尔分数；yB ——气相中难挥发组分的摩尔分数； xA ——液相中易挥发组分的摩尔分数；xB ——液相中难挥发组分的摩尔分数。

塔顶处相对挥发度：xD=0.97,yD=0.9854,αD=0874.297.0-19854.0-1/97.09854.0=进料处相对挥发度：xF=0.97,yF=0.9854,αF=9570.1.340-1.67070-1/34.06707.0=塔釜处相对挥发度：xW=0.97,yW=0.9854,αW=3355.01356.0-1.050-1/1356.005.0=精馏段平均相对挥发度αm(精)= 2FD αα+=2.0000提留段平均相对挥发度αm(提)= 2Fαα+W =1.14633、 分析回流比对精馏过程的影响，如何确定适宜的回流比？精馏操作中，由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L 与塔顶产品流量D 的比值,即R ＝L/D 。

回流比有两个极限，一个是全回流比，另一个是最小回流比，操作回流比介于二者之间。

设备费与操作费之和最低是最适回流比。

回流比小塔板数就多，设备费就大；回流比大，塔板数小，但是塔内蒸汽量就大，塔径蒸馏釜冷凝器的尺寸就大，设备费高。

4、 实际的进料板位置应该如何确定？参看文档14页， x6=0.3225 < xf ，xf 为进料处的液相组成，选择第六板进料。

2 精馏塔的工艺计算2.1精馏塔的物料衡算2.1.1根底数据 〔一〕生产能力：10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。

〔二〕进料组成：乙苯212.6868Kmol/h ；苯3.5448 Kmol/h ；甲苯10.6343Kmol/h 。

〔三〕别离要求：馏出液中乙苯量不大于0.01，釜液中甲苯量不大于0.005。

2.1.2物料衡算〔清晰分割〕以甲苯为轻关键组分，乙苯为重关键组分，苯为非轻关键组分。

01.0=D H K x ，005.0=W LK x ，表2.1 进料和各组分条件由?别离工程?P65式3-23得：,1,,1LKi LK Wi HK D LK Wz xD Fx x =-=--∑ 〔式2. 1〕编号 组分 i f /kmol/h i f /%1 苯 3.5448 1.56252 甲苯 10.6343 4.6875 3 乙苯 212.6868 93.7500总计226.86591002434.13005.001.01005.0046875.0015625.08659.226=---+⨯=D Kmol/hW=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h 0681.1005.06225.21322=⨯==W X W ，ωKmol/h5662.90681.16343.10222=-=-=ωf d Kmol/h 132434.001.02434.1333=⨯==D X D d ，Kmol/h 5544.212132434.06868.212333=-=-=d f ωKmol/h表2-2 物料衡算表2.2精馏塔工艺计算2.2.1操作条件确实定 一、塔顶温度纯物质饱和蒸气压关联式〔化工热力学 P199〕：CC S T T x Dx Cx Bx Ax x P P /1)()1()/ln(635.11-=+++-=-表2-3 物性参数编号 组分 i f /kmol/h 馏出液i d 釜液i ω 1 苯 3.5448 3.5448 0 2 甲苯 10.6343 9.5662 1.0681 3 乙苯 212.6868 0.1324 212.5544总计226.865913.2434213.6225组份 相对分子质量临界温度C T 临界压力C P苯 78 562.2 48.9 甲苯 92 591.841.0 乙苯106617.236.0注：压力单位0.1Mpa ，温度单位K表2-3饱和蒸汽压关联式数据以苯为例，2.562/15.3181/1-=-=C T T x1.5)434.033399.3434.062863.2434.033213.1434.098273.6()434.01()(635.11-=⨯-⨯-⨯+⨯-⨯-=-CSP PIn01.02974.09.48)1.5exp(a S P MPa P =⨯=⨯-=同理，可得MPa P b 1.00985.00⨯=露点方程：∑==ni ii p p y 11，试差法求塔顶温度表2-4 试差法结果统计名称 A B C D 苯 -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故塔顶温度=105.5℃二、塔顶压力塔顶压力Mpa p 1.0013.1⨯=顶 三、塔底温度 泡点方程：p x pni i i=∑=10试差法求塔底温度故塔底温度=136℃四、塔底压力塔底压力Mpa p 1.0013.1⨯=底 五、进料温度进料压力为Mpa p 1.0013.1⨯=进，泡点方程：p x pni i i=∑=1试差法求进料温度故进料温度=133℃六、相对挥发度的计算据化学化工物性数据手册，用内插法求得各个数据5.105=顶t ℃，961.5=苯α514.2=甲苯α1=乙苯α； 136=底t ℃， 96.1=甲苯α1=乙苯α； 133=进t ℃， 38.4=苯α97.1=甲苯α1=乙苯α 综上，各个组份挥发度见下表据清晰分割结果，计算最少平衡级数。

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）第1章蒸馏1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。

苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。

t（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB *，PA*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB *)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。

温度 C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 PB* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时 x = (P-PB *)/(PA*-PB*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时 y = PA*x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。

化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）第1章蒸馏1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。

苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。

t（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B*，P A*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-P B*)/(P A*-P B*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。

温度 C5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B* = 1.3kPa查得P A*= 6.843kPa得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3P A*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300P B*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时 x = (P-P B*)/(P A*-P B*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时 y = P A*x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题 2 的结果相比较。

一、前言精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。

为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

本设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、操作线方程、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。

通过对精馏塔的运算，调试塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是否合理，换热器和泵及各种接管尺寸的选用是否正确，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

二．设计任务书1．设计题目精馏塔及其主要附属设备设计2．工艺条件生产能力：25吨/小时（料液）年工作日：300工作日原料组成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩尔分率，下同）产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液5%的二硫化碳操作压力：塔顶压强为常压进料温度：58℃进料状况：饱和液体泡点进料加热方式：直接蒸汽加热塔型：板式塔3．设计内容1．确定精馏装置流程;2．工艺参数的确定；基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板效率，实际塔板数等。

3．主要设备的工艺尺寸计算；板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。

4．流体力学计算；流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。

5.主要附属设备设计计算及选型.4.设计结果总汇将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总5.参考文献列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。

三．精馏塔的设计计算【主要基础数据】:【设计计算】1.设计方案的确定本设计任务为分离二硫化碳——四氯化碳混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

设计中采用饱和液体泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。

化工原理第二版-(下册)夏清-贾绍义-课后习题解答化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版）社,2011.8.）第1章蒸馏1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。

苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。

t（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB *，PA*，由于总压P = 99kPa，则由x = (P-PB *)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。

以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P =13.3kPa下该溶液的平衡数据。

温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1291.7 309.3K C6H14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 PB* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6℃时为例当t= 260.6℃时 x = (P-PB *)/(PA*-PB*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例当t= 260.6℃时 y = PA*x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。

第6章 蒸馏6-1.苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压数据为定律。

解：000B A BA P P P P x --=；A A A x P P y 0=6-2（1）计算相对挥发度α。

（2）写出平衡方程式。

（3）算出x y -的一系列平衡数据与习题1作比较。

（答：（1） 44.2=α， （2）xx y 44.1144.2+=） 解：⑴00B AP P =α，⑵()xx y 44.1111+=-+=α ⑶由α计算所得的一系列y 、x 值与习题6-1之值很接近。

6-3．将含%24（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。

要求馏出液含%95易挥发组分，釜液含%3易挥发组分。

送至冷凝器的蒸气量为1h kmol 850-⋅，流入精馏塔的回流液量为1h kmol 670-⋅。

试求：（1）每小时能获得多少kmol 的馏出液？多少kmol 的釜液？（2）回流比DL R = 为多少？ (答：1h kmol 180-⋅=D ， 1h kmol 6.608-⋅=W ；72.3=R )解：D L V +=，1h kmol 180670850-⋅=-=-=L V D ，72.3180670===D L R ， W W D F +=+=180，W D F Wx Dx Fx +=即()03.018018095.024.0⨯-+⨯=F F ，解得：1h kmol 6.788-⋅=F ，1h kmol 6.6081806.788-⋅=-=-=D F W 。

6-4．有1h kg 10000-⋅含物质A （摩尔质量为1kmol 8kg 7-⋅ ）3.0（质量分数，下同）和含物质B （摩尔质量为1kmol 0kg 9-⋅ ）7.0的混合蒸气自一连续精馏塔底送入。

若要求塔顶产品中物质A 的组成为95.0，釜液中物质A 的组成为01.0。

试求：（1）进入冷凝器底蒸气流量为多少？以摩尔流量表示。

（2）回流比R 为多少？(答：（1）1h kmol 116-⋅=V ; (2) 96.1=R )解：W D F +=，W D F Wx Dx Fx +=，⇒1h kg 1.3085-⋅=D ，956.09005.07895.078/95.0=+=D x ，33.0907.0783.078/3.0=+=F x ，53.7890044.078956.0=⨯+⨯=D M ，11.869067.07833.0=⨯+⨯=F M ，1h kmol 11611.8610000-⋅==V ，1h kmol 28.3953.781.3085-⋅==D ，96.1128.391161)1(=-=-=⇒+=D VR D R V 。