中国石油大学课程设计曹震正戊烷正己烷正庚烷正辛烷Word文件下载.docx
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正辛烷(x4,F)
进料(F)
0.15
0.3
0.4
塔顶产品(D)
未知
0.04
塔底产品(W)
可见需要求x1,D、x2,D、x3,W、x4,W。
列全塔总物料衡算及组分1、2、3、4的全塔物料衡算可
得:
F=D+W
0.15F=Dx1,D
0.3F=Dx2,D+0.04W
0.4F=0.04D+Wx3,W
0.15F=Wx4,W
x1,D+x2,D+0.04=1
0.04+x3,W+x4,W=1
已知进料平均摩尔质量
M进料Mixi72015860.31000.41140.1593.7kgkmol
则进料的摩尔流率
F质量流率12000kgh
F128.07kgkmol
M进料93.7kgkmol
代入方程组可求得:
x1,D0.34
,x2,D
0.62,x3,W
0.69,x4,W0.27
D
57.07kgkmol,W
71kgkmol
由此可以求出塔顶、塔底产品的平均摩尔质量:
M顶Mixi720.34860.621000.04114081.8kgkmol
M底Mixi720860.041000.691140.27103.22kgkmol
由以上结果得出全塔物料衡算表:
项目
进料
塔顶
塔底
流率
Kmol/h
kg/h
正戊烷
19.21
1380
19.4
1395.8
正己烷
38.42
3300
35.4
3043.7
2.84
24.19
正庚烷
51.23
5124
2.27
228.7
48.99
4904.9
正辛烷
2196
19.17
2184.9
合计
128.07
12000
57.07
4668.3
71
7331.7
组成
mol%
kg%
Kg%
0.115
0.34
0.299
0.275
0.62
0.652
0.033
0.427
0.049
0.69
0.669
0.183
0.27
0.298
1
1.2操作温度与压力的确定
1.回流罐温度
一般保证塔顶冷凝器与冷却介质之间的传热温差:
t20℃
已知冷却剂温度为31℃,则
t回流罐=t冷却水+t=30+20=50℃
2.回流罐压力已知
°
°
P=γpx+γpx+γpx+γpx
回流罐111222333444
式中p为组分饱和蒸汽压,为组分活度系数。
因所求混合物可视为理想组分,故
回流罐中液体即为塔顶产品的组成,所以上式可化为:
P回流罐p1x1,Dp2x2,Dp3x3,Dp4x4,D
由安托因公式求饱和蒸汽压,查文献得:
2477.07
lnP115.8333
T39.94
2697.55
lnP215.8366
T48.78
2911.32
lnP315.8737
T56.51
(1)
取1,又因
(2)
lnP415.9426
3120.29
T63.63
Pi——各组分饱和蒸汽压,mmHg
T——温度,K
已知回流罐温度为50℃,代入安托因公式求得
P11196.19mmHg1.574atmP2405.37mmHg0.533atm
P3141.91mmHg0.187atmP450.37mmHg0.066atm
代入
(2)式求得
P回流罐p1x1,D
p2x2,Dp3x3,Dp4x4,D
1.574
0.533
0.187
0.8733atm
1atm
因此,取一个大气压,使其常压操作。
3.塔顶压力
塔顶管线及冷凝器的阻力可以近似取作0.1atm,则:
P塔顶P回流罐0.110.11.1atm
4.塔顶温度
即求塔顶露点温度。
采用试差法,先假设一个温度,由安托因公式求得该温度下各组分的饱和蒸汽压值,并分别求出平衡常数K,用露点方程
n
yi
=1(Ki
=
Pi
)
i=1
Ki
P塔顶
检验等式是否成立,若成立则该温度为塔顶温度,若不成立,继续假设。
试差结果如下表:
t(℃)
P1
P2
P3
P4
K1
K2
K3
K4
(atm)
(atm)
61
2.183
0.779
0.288
0.108
1.984
0.708
0.262
0.098
1.200
62
2.246
0.805
0.113
2.042
0.732
0.272
0.102
1.161
63
2.310
0.832
0.310
0.118
2.100
0.756
0.282
0.107
1.123
64
2.376
0.860
0.322
0.123
2.160
0.782
0.293
0.111
1.087
65
2.444
0.888
0.334
0.128
2.222
0.807
0.304
0.116
1.053
66
2.513
0.917
0.346
0.133
2.284
0.834
0.315
0.121
1.020
66.1
2.519
0.920
0.348
0.134
2.290
0.836
0.316
0.122
1.016
66.2
2.526
0.923
0.349
2.297
0.839
0.317
1.013
66.3
2.533
0.926
0.350
0.135
2.303
0.842
0.318
1.010
66.4
2.540
0.929
0.352
2.309
0.844
0.320
1.007
66.5
2.547
0.932
0.353
0.136
2.316
0.847
0.321
0.124
1.004
66.6
2.554
0.935
0.354
0.137
2.322
0.850
1.000
66.7
2.562
0.938
0.355
2.329
0.852
0.323
0.125
0.997
66.8
2.569
0.941
0.357
0.138
2.335
0.855
0.324
0.994
66.9
2.576
0.944
0.358
2.342
0.858
0.325
0.126
0.991
67
2.583
0.947
0.359
0.139
2.348
0.861
0.327
0.988
68
2.654
0.977
0.372
0.145
2.413
0.339
0.131
0.957
由该表可知,当t=66.6℃时,n
yi
=1.000,等式成立,因此塔顶温度为
66.6℃。
5.塔底压力
P塔底=P塔顶+
P全塔
P全塔=N实际
P单板=225mmHg=0.138atm
P塔底=1.1+0.138=1.238atm
故塔底压力为1.238atm。
6.塔底温度
即求塔底泡点温度。
采用试差法,先假设一个温度,由安托因公式计算出该温度下各组分的饱和蒸汽压,并分别求出平衡常数K,由泡点方程:
Pi)
Kixi1(Ki
i1
P塔底
检验等式是否成立,若成立,则该温度即为塔底温度,若不成立,继续假设。
t(℃)
K4
Kixi
(atm)(atm)(atm)(atm)
80
3.638
1.406
0.563
0.230
2.938
1.13
0.45
0.18
0.4096
6
90
4.646
1.864
0.776
0.330
3.753
1.50
0.26
0.5646
7
100
5.848
2.428
1.047
0.462
4.723
1.96
0.84
0.37
0.7628
105
6.527
2.755
1.208
0.543
5.272
2.22
0.97
0.43
0.8806
8
108
6.961
2.966
1.313
0.596
5.623
2.39
1.06
0.48
0.9577
109
7.110
3.039
1.350
0.615
5.743
2.45
1.09
0.49
0.9846
109.1
7.125
3.046
1.354
0.616
5.755
2.46
0.9873
109.2
7.140
3.054
1.357
0.618
5.768
0.9901
9
109.3
7.155
3.061
1.361
0.620
5.780
2.47
0.50
0.9928
109.4
7.171
3.069
1.365
0.622
5.792
1.10
0.9955
109.5
7.186
3.076
1.369
0.624
5.804
2.48
0.9983
4
109.6
7.201
3.083
1.372
0.626
5.817
2.49
1.001
109.7
7.216
3.091
1.376
0.628
5.829
1.11
1.0038
109.8
7.231
3.098
1.380
0.630
5.841
2.50
1.0065
109.9
7.246
3.106
1.384
0.632
5.853
0.51
1.0093
110
7.262
3.113
1.387
0.634
5.866
2.51
1.12
1.0121
111
7.416
3.189
1.426
0.653
5.990
2.57
1.15
0.52
1.0401
112
7.572
3.266
1.465
0.673
6.116
2.63
1.18
0.54
1.0688
113
7.730
3.345
1.505
0.694
6.244
2.70
1.21
0.56
1.0980
由该表可知,当t=109.6℃时,
1,故塔底温度为109.6℃.
Kixi
i
7.进料压力
设计时,取近似
1.11.238
P进料
1.169atm
8.进料温度
进料为泡点进料,此时进料温度即进料泡点温度,同样采用试差法,先假设一个温度,由安托
因公式计算出该温度下各组分的饱和蒸汽压,并分别求出平衡常数K,由泡点方程:
检验等式是否成立,若成立,则该温度即为进料温度,若不成立,继续假设。
P
K3
60
2.121
0.754
0.277
0.104
1.814
0.645
0.237
0.089
0.5737
70
2.802
1.040
0.400
0.157
2.397
0.890
0.342
0.7835
2.879
1.073
0.414
0.163
2.463
0.918
0.8075
72
2.957
1.107
0.429
0.170
2.529
0.367
0.8320
73
3.036
1.141
0.444
0.176
2.597
0.976
0.380
0.151
0.8571
74
3.117
1.176
0.460
2.666
1.006
0.393
0.8827
75
3.200
1.212
0.476
0.191
2.737
1.037
0.407
0.9090
76
3.284
1.249
0.493
0.198
2.809
1.069
0.421
0.169
0.9359
77
3.370
1.287
0.510
0.206
2.883
1.101
0.436
0.9634
78
3.457
1.326
0.527
0.214
2.958
1.134
0.451
0.9916
78.2
3.475
1.334
0.531
0.215
2.973
0.454
0.184
0.9973
79
3.547
0.545
0.222
3.034
1.168
0.466
0.190
1.0204
3.112
1.202
0.482
0.197
1.0498
81
3.730
1.447
0.582
0.239
3.191
1.238
0.498
0.204
1.0799
82
3.825
1.489
0.602
0.248
3.272
1.274
0.515
0.212
1.1107
83
3.921
1.533
0.621
0.257
3.354
1.311
0.532
0.220
1.1421
84
4.019
1.577
0.642
0.267
3.438
1.349
0.549
0.228
1.1743
85
4.119
1.622
0.663
3.523
1.388
0.567
1.2071
由结果可知,当t=78.2℃时,Kixi0.99731,因此进料温度为78.2℃。
1.3最小回流比的确定
计算最小回流比的公式如下:
ij
xFi
q
(3)
xDi
Rmin
(4)
取温度为塔顶塔底平均温度
88.1C,求得该温度下的相对挥发度
ij,以最重
t
组分正辛烷为对比组分
j,计算结果如下:
组分
P(atm)
4.440
1.769
0.731
0.309
14.376
5.727
2.367
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