4.6 塔顶冷凝器负荷计算
塔顶冷凝器
P顶=112.5 mmHg T冷=48℃=48+273=321K
4.6.1 用下列公式试差计算e、xi、yi
xi=zi/〔(1-Ki)e+Ki〕 ① lnPio=A-B/(T+C) ② 化学工程手册上卷P1-109表5-3 y=Kixi ③ Ki=Pio/P ④
表28 计算结果
组分 B TB EB Sty Σ
Vi(kmol/h) (R+1)D 22.624 56.44 524.477 1.452 604.933
zi 0.0374 0.0933 0.867 0.0024 1.0000
T=48℃
Pio(mmHg) Ki 249.810 83.979 31.718 21.797
1.4114 0.4745 0.1792 0.1231
设e=0.99 xi 0.0372 0.0938 0.8742 0.0024 1.0076
yi 0.0525 0.0445 0.1567 0.0003 0.2535
∴假设成立e=0.99
4.6.2 物料冷凝放热
物料冷却平均温度T=(71.5+48)/2+273=332.75K 物料冷凝温度 t=48℃
计算出各组分的Cpi(g)值： Cpi=A+BT+CT2+DT3
在查出各组分的△H值，然后根据公式Cp=ΣCpizi △H=Σ△Hixi 计算结果列表
表29 计算结果
Cpi(kcal/kmol△Hi(kcal/kmol．
组成 zi xi Cpizi
．K) K)
B 0.0374 0.0372 21.706 0.8118 7781.897 TB EB Sty Σ
0.0933 0.867 0.0024 1.0000
0.938 0.8742 0.0024 1.0076
27.402 33.544 31.739
2.5566 29.0826 0.0762 32.5272
8445.878 9825.745 10075.159
△Hixi 289.487 788.000 8589.666 24.18 9691.333
冷凝液量B=Ve=521.8×0.99=516.6kmol/h
未凝气量=V-B=521.8-516.6=5.2 kmol/h ∴Q放=VCp△T+B△H =521.8×32.527×(71.5-48)+516.6×9691.333
=5.41×106kcal/h
4.6.3 冷却水用量
CpH2O(l)=1kcal/kg．K
GH2O(l)= Q放/[ CpH2O(l)(t出-t入)]= 5.41×106/(45-30)
=3.6×105kg/h
4.6.4 换热面积
△tm=[(71.5-30)-(48-45)]/ln[(71.5-30)/(48-45)]=14.65℃ K取400kcal/m2h℃ (《化学工程手册》P6-117 表9-2)
A=Q放/K△tm=3.6×105/(400×14.65)=1122.23 m2 4.6.5 冷凝器热量衡算
Q冷=（R+1）V（HVD-HLD）
由《化工设计手册》P16-30及P16-206查得：以0℃为计算基准查得0～100℃下的各组分的平均热容Cpi 及0℃的汽化热列表如下：
表30 汽化潜热
组分 B TB EB Sty
0～100℃的平均热容Cpi
气体（a）kcal/kmolK
21.23 26.92 33.22 31.47
液体（b）kcal/kmolK
34.476 39.836 44.438 43.992
0℃的汽化热? Kcal/kg 107 102 97 99
Kcal/kmol 8346 9384 10282 10296
(a)已知t顶=71.5℃ 求HVD
表31 计算结果
组分 B TB EB Sty Σ
yi 0.0374 0.0933 0.867 0.0024 1.0000
Hvi(kcal/kmol) a(t顶-0)+c 10252.454 11801.416 13265.156 13122.006
HVD(kcal/kmol)
Hviyi 3834.418 1101.072 11500.890 31.493 16467.873
(b)求HLD
HLi =b(t顶-0) HLD=ΣHLixDi
表32 计算结果
组分 B TB EB Sty Σ
xDi 0.0374 0.0933 0.867 0.0024 1.0000
HLi(kcal/kmol) b(t顶-0) 3095.945 3577.273 3990.532 3950.482
HLD(kcal/kmol) HLi×xDi 115.788 333.760 3459.792 9.481 3918.821
∴Q冷=（R+1）D(HVD-HLD) =(8.78+1)×53.35×(16467.873-3918.821) =6.55×106kcal/h 进料液带入的热量QF 已知：tf=85℃ Hf=Σhfixfi Hfi=(tf-0)b QF=FHf
表33 计算结果
组分 TB EB Sty Σ
xfi 0.0092 0.9881 0.0027 1.00000
Hfi（kcal/kmol）
(tf-0)b 3963.682 4421.581 4370.239
Hfi×xfi kcal/kmol 36.466 4368.964 11.800 4417.230
∴QF=FHf=116.7×4417.230=5.15×105kcal/h 塔釜液带出的热量Qw t釜=98℃ QW=WHLW
HLWi=( t釜-0)b HLw=ΣHLWixWi
表34 计算结果
组分 EB Sty Tar Σ
xWi 0.0027 0.9969 0.00035 1.000
HLwi（kcal/kmol）
( t釜-0)b 4794.860 4746.737 4746.737
HLw（kcal/kmol）
HLWi×xWi 12.946 4732.022 1.661 4746.629
∴QW=W HLw=63.35×4746.629=3.0×105kcal/h 再沸器的热量Q再
假设热损失率为4% Q再`=QW+Q冷-QF+DHLD
=3.0×105+6.55×106-5.15×105+53.35×3918.821 =6.54×106kcal/h
Q再=1.04 Q再`=6.80×106kcal/h
4.7 再沸器的计算
4.7.1 加热蒸汽消耗量
在3kg/cm2和125℃ 下△HH2O=512.1kcal/kg GH2O=Q再/△HH2O=6.80×106/512.1=13161.54kg/h 4.7.2 换热面积
取K=400kcal/m2h℃ △tm=[(125-98)×2]/2=27℃
∴A= Q再/K△tm=6.80×106/(400×27) =629.6m2
5 设备选型
5.1 罐的选取
5.1.1 原料储罐(V-101)
属于全厂性储罐，按一个月考虑，但实际情况生产量太大，所以按一天计算， 已知：体积大小为： V，=(100×124.4/805.5)×24=370.6m3
充装系数为0.8
V=370.6/0.8=463.3 m3
选取500 m3 的卧式储罐1个 公称容积：500m3 内径：8920mm 拱顶高度：972mm 罐壁高度：8920mm 总高：9892 mm 罐体材料：Q235-A·F 设计温度：-19~150℃
设计压力-0.5~2kpa 储罐总重：9760kg
标准序号：HG-21502.1-1992-214 5.1.2 气液分离(V-102)
已知：体积大小为 V=(260×124.4/1000+6.0)×24=920.23 m3 选取500 m3 的卧式储罐2个 公称容积：500m3 内径：8920mm
拱顶高度：972mm 罐壁高度：8920mm 总高：9892 mm 罐体材料：Q235-A·F 设计温度：-19~150℃ 设计压力-0.5~2kpa 储罐总重：9760kg
标准序号：HG-21502.1-1992-214 5.1.3 炉油储罐(V-103 )
已知：体积大小为 V=16.43×24=394.32 m3
充装系数为0.8
V=394.32/0.8=492.9 m3
选取500 m3 的卧式储罐1个 公称容积：500m3 内径：8920mm 拱顶高度：972mm 罐壁高度：8920mm 总高：9892 mm 罐体材料：Q235-A·F 设计温度：-19~150℃
设计压力-0.5~2kpa 储罐总重：9760kg
标准序号：HG-21502.1-1992-214 5.1.4 乙苯塔塔顶回流罐(V-201)
已知：体积大小为 V=7.35×5/60=0.6125m3
查《化工工艺设计手册》5-245表35-6 立式椭圆形封头容器尺寸参数 选公称容积VN：1m3 公称直径DN：800mm
长度L：1800mm的立式椭圆形封头容器 5.1.5 苯塔塔顶储罐(V-202)
属于全厂性储罐，按一个月考虑， 已知：体积大小为 V,=0.2×24×30=144 m3 充装系数为0.8 V=144/0.8=180 m3
选取200 m3 的卧式储罐1个 公称容积：200m3 内径：6550mm 罐壁高度：6550mm