盐城师范学院 化工原理设计
苯——甲苯属理想体系，可采用图解法求理论板层数。 (1) 求最小回流比及操作回流比
采用作图法求最小回流比 yq?0.82,xq?0.64
最小回流比是 Rmin??xD?yq?/?yq?xq???0.98?0.82?/?0.82?0.64??0.89 取操作回流比为 R?2Rmin?2?0.89?1.78 (2)由苯—甲苯物系的气液平衡数据绘出x－y图。见附图1
[1]
附图一 苯—甲苯物系的气液平衡
(3)图解法求理论板层数
NT?14
其中 NT,精?5，NT,提?9 （不包括再沸器） 进料板位置 NF?6
3.3.2操作压力
塔顶操作压力 Pd?P大气压?P表压?101.33?4?105.33KPa 每层塔板压降 ?P?0.7KPa
进料板压降 PF?105.33?0.7?N精，实
11
总理论板层数
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安托因公式
[3]
lgP*?A?B C?t设塔板效率 Et?60%， 将不同温度下的不同压力代入安托因公式，进行试差，直到各组分摩尔比值与物料衡算计算值相符，此时温度即为实际操作时温度。 3.3.3操作温度
由安托因公式试差法求
Et 0.6
实际板数 21.66667
进料位置 9.333333 用不同温度试差P苯
PF 111.8633
PW 120.4967
t 83.6 91.5 113.4
a 6.023 6.023 6.023
b 1206.35 1206.35 1206.35
c 220.4 220.4 220.4
lg(P)
P苯 113.434 142.973 256.4541
2.054743 2.155254 2.40901
用不同温度试差 P 甲苯t 83.6 91.5 113.4
a 6.078 6.078 6.078 t℃
83.6 91.5 113.4
b 1343.94 1343.94
c 219.58 219.58
lg(P)
P甲苯44.17614 57.24807 110.129
1.645188 1.757761
1343.94 219.58 2.041902
不同温度下的苯的摩尔比值
X 0.97732 0.637099 0.011852
根据以上苯的摩尔比值总结可得： 塔顶温度 TD?83.6（℃） 进料温度 TF?91.5（℃）
塔底温度 TW?113.4（℃）
83.6?91.5精馏段平均温度 Tm==87.55（℃）
291.5?113.4?=提馏段平均温度 Tm=102.45（℃）
23.3.4 塔板效率的计算
根据安托因公式 lgP*?A?B 可求得不同温度下苯和甲苯的饱和蒸汽压，根据公式C?tp*Aα=*可得到不同温度下的相对挥发度，根据α=?D?W可得到平均相对挥发度
PB
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另外，对于根据公式
苯 ： ??0.00001t2?0.00431t?0.59408
甲苯： ??0.000015 t2?0.005244t?0.633176可得到不同温度下的苯和甲苯的? 根据公式
塔顶：?LD??苯?XD??甲苯??1-XD? 塔底：?LW??苯?XW??甲苯??1-XW?
?L??LD?LW 然后根据公式
[1]
Et?0.49??m?L??0.245 ,可以得到塔板效率 Et
根据以上公式，得 附表1 如下:
附表1 计算结果数据
D W 平均
t/℃
P苯 P 甲苯 ?
?m
?苯 ?甲苯 ?L
0.176 0.242
Et
83.6 106.8 39.08 2.733 2.517 0.305 0.309
0.183 0.170
0.307 0.554
113.4 272.2 117.7 2.312
2.523
3.3.5 实际板数的计算
由塔板效率为55.4%可得到实际板数
精馏段实际板层数 NT,精?5/0.554?9 提馏段实际板层数 NT,提?9/0.554?16 总实际板层数 NP?9?16?25 3.3.6 平均摩尔质量的计算
塔顶气、液混合物平均摩尔质量：由XD?y1?0.98;查平衡曲线（见附图一）得X1?0.96
MVDL=0.98×78+0.02×92=78.28?kg/kmol? MLDm=0.96×78+0.04×92=78.56?kg/kmol?
进料板气，液混合物平均摩尔质量：已知yF?0.79;查平衡曲线（见附图一），得XF?0.62
MVFm=0.79×78+0.21×92=81.73?kg/kmol?
MLFm=0.62×78+0.38×92=83.32?kg/kmol?
塔底气、液混合物平均摩尔质量：由XW?0.0118;查平衡曲线（见附图一）得yw?0.027
MVWm=0.0118×78+0.9882×92=91.83?kg/kmol?
MLWm=0.027×78+0.973×92=91.622?kg/kmol?
精馏段气，液混合物平均摩尔质量
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MVm=(78.28+81.73)/2=80.005?kg/kmol? MLm=(78.56 +83.32)/2=80.94?kg/kmol?
提馏段气，液混合物平均摩尔质量
MVm?=(91.83+81.73)/2=86.78?kg/kmol?
?=(91.622 +83.32)/2=87.471?kg/kmol? MLm3.3.7 平均密度的计算
(1)气相平均密度 由理想气体状态方程计算
精馏段 ?Vm=
pmMVm105.33?80.66==2.84 8.314??86.55?273.15?RTmpmM?Vm105.33?87.435?=提馏段 ?Vm==2.806
8.314??121.65?273.15?RTm(2)液相平均密度 计算公式
1??Wi/?i
[3]
?m 根据 《石油化工基础数据手册（卢焕章）》 ，查得不同温度下的苯和甲苯的密度(见
附表2)
附表2 苯和甲苯不同温度下的密度
t D(87.55℃) W(102.45℃) F(91.5℃)
?苯?kg/m3?
809.5 768.9 803.9
?甲苯?kg/m3?
805.1 770.0 800.2
塔顶液相平均密度： ?LDm= 进料板液相的质量分数：
0.62?78=0.58
0.62?78?0.38?921进料板处液相平均密度： ?LFm= =802.4kg/m3
0.58/803.9?0.42/800.21=809.4kg/m3
0.98/809.5?0.02/805.1?? ωA=
??塔底液相的质量分数：
0.0118?78=0.01
0.0118?78?0.9882?921塔底液相平均密度： ?LDm= =770kg/m3
0.01/768.9?0.99/770 ωB=
?? 14
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809.4?802.4=805.9kg/m3
2770?802.4?=提馏段平均密度： ?Lm=786.2kg/m3
2精馏段平均密度： ?Lm=
????3.3.8 液相平均表面张力的计算 计算公式：?Lm??xi?i 附3)
附表3 苯和甲苯不同温度下的表面张力
t D(87.55℃) W(102.45℃) F(91.5℃)
塔顶液相平均表面张力
[2]
根据 《石油化工基础数据手册（卢焕章）》 ，查得不同温度下的苯和甲苯的粘度(见表
?苯?mN/m?
20.65 16.39 20.05
?甲苯?mN/m?
21.14 17.24 20.58
?LDm=0.98×20.65+0.02×21.14=20.66??10-3N/m?
进料板液相平均表面张力
?LFm=0.62×20.05+0.38×20.58=20.25??10-3N/m?
塔底液相平均表面张力
?LWm=0.0118×16.39+0.9882×17.24=17.23??10-3N/m?
精馏段平均表面张力
?Lm=（20.66+20.25）/2=20.455??10-3N/m?
提馏段平均表面张力
?=(20.25+17.23)=18.74?10-3N/m ?Lm3.3.9 液相平均粘度的计算 计算公式：lg?Lm??xilg?i[2]
??
根据 《石油化工基础数据手册（卢焕章）》，查得不同温度下的苯和甲苯的粘度(见 附表4)
附表4 苯和甲苯不同温度下的粘度
t D(87.55℃) W(102.45℃) F(91.5℃)
?苯?mPa?s?
0.293 0.214 0.279
15
?甲苯?mPa?s?
0.298 0.227 0.286