武汉工程大学分离工程课程设计
2.3设计方案确定 2.3.1操作条件的确定：
确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。本设计的操作压力为101.3kpa。塔顶设置冷凝器，塔底设置再沸器。 2.3.2进料状态：
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。本设计采用泡点进料。 2.3.3加热方式：
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。本设计采用间接加热方式。
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三 脱烷烃精馏塔工艺计算 3.1全塔物料平衡计算 3.1.1 原始数据获取：
表3-1 原料各组分数据汇总
处 理 量 项 目 组分i 进料组成 0.3 （摩尔分数） 正戊烷在馏出液中的回收率为?l?95% 正己烷在釡分离要求 液中的回收率为进料条件 0.35 0.25 0.10 0 n?C477万吨/年，开工：8000小时/年 0 n?C50 n?C60 n?C7?h?95% 常压（101.3Kpa），泡点进料 3.1.2物料衡算 物料的年处理量=
77?10000?1000/8000?1299kmol/h
58?0.3?72?0.35?86?0.25?100?0.1000根据设计要求选择n?C5为轻关键组分，n?C6正己烷为重关键组分，n?C4为0轻组分，n?C7为重组分，轻组分和清关键组分从塔顶流出，重组分和重关键组
分从塔釜流出。假定为清晰分割， x4,w≈0，x7,D≈0,则根据物料衡算关系列出下表：
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表3-2 各组分物料衡算关系
组分 0 n?C4进料，fi(kmol/h) 馏出液，d(kmol/h) i釜液w(kmol/h) i389.7 454.65 324.75 129.9 129.9 389.7 － 0 n?C50 n?C50 n?C7454.65?0.05W 0.05D － 0.05W 324.75?0.05D 129.9 ∑ D W 联立物料衡算式方程： D?W?1383
389.7?454.65?0.05W?0.05D?D
0.05W?324.75?0.05D?129.9?W
表3-3 清晰分割物料衡算计算结果汇总
组分i 0 n?C40 n?C50 n?C60 n?C7?1.00 1299 866 433 1.000 1.000 XFi Fi Di 0.3 389.7 389.7 0 0.45 0 0.35 454.63 433 21.65 0.5 0.05 0.25 324.75 43.3 281.45 0.05 0.65 0.10 129.9 0 129.9 0 0.3 Wi XDi XWi 3.1.3用泡点方程计算塔底温度：
对于压力低于200kpa和分子结构相似的组分所构成的系统可按理想物系处理，汽液平衡常数仅与系统的温度和压力有关，与溶液的组成无关。当已知压力和温度时，由P-T-K图可以直接查得平衡常数。
初设tw=70℃，由K-P-T图按P=101.3kpa查得各组分的ki值，
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求得各组分相平衡常数值，计算结果如下表3-3：
表3-4 泡点方程计算塔底温度结果
组分i 0 n?C40 n?C50 n?C60 n?C7? XWi ki 0.00 8 0.00 8.20 0.00 c0.05 2.5 0.125 2.78 0.1224 0.65 1.1 0.715 1.11 0.7476 0.30 0.4 0.133 0.44 0.133 1.000 / 0.973 / 1.003 70℃ kiXwi ki 72℃ kiXwi 在所设的72℃条件下，|?kiXiW?1|?0.003?0.01，符合要求。
i?13.1.4露点方程计算塔顶温度
∴塔底温度为72℃。
因为本塔采用全凝气，所以塔顶温度就是塔顶产品的露点温度。
初设td=30℃,由K-P-T图按P=101.3kpa,查得t=30℃时各组分相平衡常数值，计算结果如下表3-4：
表3-5 露点方程计算塔顶温度结果
组分i 0 n?C40 n?C50 n?C60 n?C7? XDi ki 0.45 2.95 0.1525 2.79 0.1613 0.5 0.855 0.5848 0.793 0.6305 0.05 0.272 0.1838 0.246 0.2032 0.00 0.088 0.00 0.086 0.00 1.00 / 0.9211 / 0.995 30℃ XDi/ki ki 28℃ XDi/ki c|?(XiD/ki)?1|?0.005?0.01，符合要求。
i?1∴塔顶温度为28℃。
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3.1.5清晰分割验证：
0求以重关键组分n?C6为对比组分的各组分的平均相对挥发度，用泡点方程
计算列表如下：
表3-6 各组分平均相对挥发度
组分i 0 n?C40 n?C50 n?C60 n?C7KDi（28℃） 塔顶温度对应的2.79 0.80 0.25 0.84 ?ihD Kwi（72℃） 塔底温度对应的10.8 3.19 1 0.33 8.2 2.47 1.12 0.44 ?ihW 7.16 2.12 1 0.40 ?ih??ihD??ihw 8.72 2.60 1 0.36 用芬斯克方程计算计算最小理论板
??Xl??Xh???0.5??0.65??lg??????lg????????Xh?D?Xl?W??0.05??0.05??????5.074 Nmin?lg?lhlg2.60为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜中n?C4的摩尔数和浓度：
w丁?389.7?0.0430 5.074?43.3?1????8.72281.45??
?4（摩尔分率） ?/W?0.0430/3?89.7?1.1010x丁，w丁,W0同理可计算出n?C7在馏出液中的摩尔数和浓度：
d?0.112 庚x?4 ?2.7?410庚,D00可见，n?C4、n?C7按照清晰分割是合理的。把清晰分割计算的结果列表
如下：
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