精馏塔设计计算
1精馏塔工艺设计
1.1设计参数
该乙酸乙酯精馏塔设计处理乙酸乙酯和乙酸丁酯混合物的年处理能力为10000吨，进料含乙酸乙酯的质量分数为32％，塔顶产品乙酸乙酯的含量大于95％，釜液中乙酸乙酯的残留量小于4％。
操作条件：塔顶压力为常压，进料温度60℃，回流比为6.5。
1.2物料衡算
根据设计参数中对乙酸乙酯产品产量及产品含量的要求，首先要进行物料衡算，得出塔顶产品和塔釜产品的流量，为了便于计算和区分，用A 代指混合物料中的乙酸乙酯，用B 代指乙酸丁酯。
乙酸乙酯的摩尔质量A M =88.11kg/kmol
乙酸丁酯的摩尔质量B M =116.16kg/kmol
进料含乙酸乙酯的摩尔百分数为
F x =(32/88.11)/(32/88.11+68/116.16)=0.38287
塔顶产品中乙酸乙酯摩尔百分数为
D x =(95/88.11)/(95/88.11+5/116.16)=0.96161
釜液中乙酸乙酯的的摩尔百分数为
W x =(4/88.11)/(4/88.11+96/116.16)=0.05207
原料液平均摩尔质量为
B F A F F M x M x M )1(-+==105.42050kg/kmol （3.1） 塔顶产品平均摩尔质量为
B D A D D M x M x M )1(-+==89.18684kg/kmol （3.2） 塔釜液体平均摩尔质量为
B W A W W M x M x M )1(-+==114.69944kg/kmol （3.3） 设精馏塔平均每年工作300天，每天24小时连续运行，则进料摩尔流量为
F =1000×103/(300×24×105.42050)=13.17475kmol/h
由
W D F += （3.4）
))(W D w F x x x x F D --= （3.5）
两式联立求解得塔顶液体摩尔流量D =4.79166kmol/h ，塔釜釜液摩尔流量W =8.38309kmol/h 。
1.3理论塔板数及最佳进料位置
在进行理论塔板数的计算时，需要得出气液两相的平衡关系，精馏段与提馏段的操作线方程，以及热进料状态方程。为了得到物料的热进料状态方程，首先要通过计算物料的进料状态，得出热状态参数q 。
乙酸乙酯的安托因常数错误!未找到引用源。为A=6.1395,B=1211.9,C=216.010；乙酸丁酯的安托因常数为A=6.1533,B=1368.5,C=204.0。
因此，
0A lgP =6.1395-1211.9/(t+216.01) （3.6） 0B lgP =6.1533-1368.5/(t+204.0) （3.7）
将F x =0.38287，p =101.325kPa 代入泡点方程式可得
0.38287=(101.325-0B P )/(0A P -0B P ) （3.8）
结合公式，通过试差法可得出，进料的泡点温度F t =98.85℃，以及该温度下两组分的饱和蒸气压分别为0A P =195.20356kPa ，0B P =43.10835kPa ，进料温度为60℃，小于泡点温度，因此进料的状态为过冷液体进料。
同理，将D x =0.96161，W x =0.05207分别代入泡点方程式中，可得出塔顶温度D t =78.13℃,塔釜温度W t =121.03℃。
进料平均温度
m t =(60+98.85)/2=79.425℃ （3.9）
在该温度下，原料液中乙酸乙酯和乙酸丁酯的摩尔热容分别为PA C =126.1kJ/(kmol ·k)，PB C =247.5kJ/(kmol ·k)。
进料的平均摩尔热容为
PB F PA F P C x C x C )1(-+==201.02kJ/(kmol ·k) （3.10）
原料液中各组分摩尔汽化潜热分别为A r =32.23kJ/kmol ，B r =36.79kJ/kmol 进料平均摩尔汽化潜热为
B F A F m r x r x r )1(-+==35.04kJ/kmol （3.11）
由公式 m P m r t C r q ∆+=
（3.12）
计算得出，进料热状态参数q =1.22
由此可得，进料热状态参数q 线方程为
11---=
q x x q q y F =5.54545x -1.74032 （3.13）
精馏段操作线方程为 111+++=
+R x x R R y D n n =0.86667n x +0.12821 （3.14）
提馏段操作线方程为 w n n x F
q D R D F x F q D R qF RD y )1()1()1()1(1--+----++=+=1.21586n x -0.01124 （3.15）
根据两组分的饱和蒸气压可以得出，相对挥发度为
00B A P P =α=4.5282 （3.16） 由此可得相平衡方程为
x x x x y 5282.315282.4)1(1+=-+=
αα （3.17）
变形得 y y x 5282.35282.4-=
（3.18）
采用逐板计算法对理论塔板数进行计算，将精馏段操作线方程与q 线方程联立，解得交点为d x =0.39936，d y =0.47433，从塔顶开始向下进行计算，将液相和气相的摩尔分数分别代入到精馏段操作线方程和q 线方程进行计算，计算过程如下：
1y =D x =0.96161
1x =0.96161/(4.5282-3.5282×0.96161)=0.84690
2y =0.86667×0.84690+0.12821=0.86219
2x =0.86219/(4.5282-3.5282×0.86219)=0.58012
