分离工程xsl(共23页)

1、 一 分离(fnl)任务与分离(fnl)顺序1.1分离(fnl)任务1.1.1原料组成已知处理量原料组成进料量=20万吨/年，工作日:280天；泡点进料 进料组成（摩尔分数）： 正丁烷 xA=0.4；正戊烷 xB=0.25； 正己烷 xC=0.20；正庚烷 xD=0.15。 1.1.2分离要求 从上述原料中分离正戊烷和正己烷，正戊烷的回收率为 95，含量99.5%；正己烷的回收率为 90，纯度99%。1.2 分离顺序原料先进入脱正戊烷塔，脱正戊烷塔塔顶组成为n-C4、n-C5、n-C6，进入脱正丁烷塔，脱正丁烷塔塔顶组成主要为n-C4及少量n-C5，脱正丁烷塔塔底组成主要为n-C5及少量n-C

2、6，从而得到正戊烷的回收率为 95，含量99.5%，脱正戊烷塔塔底组成为n-C5、n-C6、n-C7，进入脱正己烷塔，脱正己烷塔塔顶组成主要为n-C6及少量n-C5，从而得到正己烷的回收率为 90，纯度99%，脱正己烷塔塔底组成主要为n-C7及少量n-C6。分离顺序如下图所示： HYPERLINK l _Toc262721439 二 脱戊烷塔的设计(shj) 2 HYPERLINK l _Toc262721440 .1 脱戊烷塔的塔压计算(j sun)2.1.1塔顶压力(yl)计算2.1.1.1脱戊烷塔进料量的确定本塔的年处理量为20万吨/年，已知进料各组分的摩尔分数，以100摩尔进料为基准，

3、根据进料各组分的摩尔分数可得各组分的摩尔量ni ，结果如表2-1. 表2-1原料组成及原料相关物性数据原料组成相对分子质量Mi沸点 Tb/xi,Fni正丁烷 58.12-0.50.440正戊烷72.1536.10.2525正己烷86.1768.740.220正庚烷100.2098.50.1515100mol进料的质量为：由物料衡算：脱戊烷塔进料量 2.1.1.2清晰分割(fng)及计算由各原料组成的沸点(fidin)知，脱戊烷塔中正戊烷为轻关键组分，正己烷为重关键(gunjin)组分。取404.65kmol进料为基准，假定为清晰分割，则根据分离要求和物料衡算关系列出表2-2.表2-2清晰分割物

4、料衡算数据原料组成进料量，fi馏出液，di釜液，wi塔顶组成yi正丁烷 161.8594161.85940.6159765正戊烷(LK)101.1622100.426480.73572470.3821857正己烷(HK)80.929720.482935180.4470.0018379正庚烷60.6972960.69729404.6486262.7688141.8812.1.1.3塔顶压力和温度的确定 由于采用水冷方式进行全冷凝,考虑到夏天水温为2530左右,进出口温度差一般为1015，故可取回流罐回流温度为40。由安托因方程，查数据可得各组分的A、B、C值及计算可得各组分在40下的饱和蒸汽压如

5、表2-3.表2-3各组分在42下的饱和蒸汽压组成ABCPs正丁烷6.1050861025.781250.8407378.5599正戊烷5.9866061069.228232.5237115.6578正己烷5.9969431168.337223.989137.25987正庚烷6.027301268.115216.90012.33331 由于冷凝罐中液相相组成(z chn)等于塔顶汽相组成即 故可初设脱戊烷塔回流(hu li)罐压力为,由相平衡常数满足(mnz)：，通过试差得表2-4.表2-4脱戊烷塔塔顶压力的确定组成回流罐xiKi回流罐yiKi回流罐yiKi回流罐yi正丁烷0.6159761.3

6、10.8069291.390.8562071.360.837728正戊烷（LK）0.3821860.420.1605180.440.1681620.4240.162047正己烷（HK）0.0018380.150.0002760.1550.0002850.1520.00027910.9677231.0246541.000054 当P=277.4552kPa时，查P-T-K图可知，Ki值分别为1.28、0.40、0.14，故由泡点方程可知，此时应该降低压力P，通过查P-T-K图试差，上表中Ki对应的压力分别为265kPa、250kPa、255kPa,易知当P=255kPa时，满足，故可取回流冷凝罐

7、的压力P=255kPa，根据经验，塔顶压力要高于回流冷凝罐的压力,可取安全系数为1.05得： 脱戊烷塔塔顶压力由于塔顶气相组成已知，塔顶压力已经求出，故可根据露点方程确定塔顶温度。试差过程如下表2-5：表2-5脱戊烷塔塔顶温度的确定组成塔顶yiKixiKixiKixi正丁烷0.6159761.850.332961.70.3623391.820.338449正戊烷（LK）0.3821860.590.6477720.560.6824740.5850.653309正己烷（HK）0.0018380.2150.0085480.210.0087520.2140.00858810.9892811.05356

8、51.000346上表中Ki对应的温度分别为49、50、49.8。当TD=49.8时，满足，故可取塔顶的温度为TD=49.8。2.1.1.4塔底压力和温度的确定由经验(jngyn)可设脱戊烷塔中单板压降为0.5kPa，塔板数为50，则得到(d do)塔底压力为： 由于塔底液相组成已知，塔底压力已经确定，故可根据泡点方程(fngchng)确定塔底温度。试差过程如下表2-6：表2-6脱戊烷塔塔底温度的确定组成塔底xiKixiKixiKixi正戊烷（LK）0.00518552.480.012862.550.0132232.520.013068正己烷（HK）0.56700731.240.7030891

9、.290.7314391.270.720099正庚烷0.42780720.610.2609620.630.2695190.620.2652410.9769121.0141810.998407上表中Ki对应的温度分别为120、122、121。当Tw=121时，满足，故可取塔底的温度为Tw=121。2.1.2理论板数的计算2.1.2.1求塔顶、塔底的平均挥发度 由算的塔顶塔底各组分的K值，由并令重关键组分正己烷的相对挥发度为1计算相对挥发度 ，计算结果如表2-7.表2-7塔顶、塔底的组成馏出液，di釜液，wi塔顶K塔顶i塔底K塔底i正丁烷161.85941.828.504673正戊烷（LK）100

10、.4240.7360.5852.7336452.521.984252正己烷（HK）0.48380.4470.21411.271正庚烷60.697290.620.4881892.1.2.2确定理论板数并检验清晰分割是否合理由芬斯克公式： ,其中可计算(j sun)脱戊烷塔的最少理论(lln)板数：为核实清晰分割(fng)的假设是否合理，计算塔釜液中正丁烷的摩尔数和浓度：计算塔顶馏出液中正庚烷的摩尔数和浓度：可见正丁烷和正庚烷按清晰分割是合理的，即清晰分割合理，故原物料分配合理。2 HYPERLINK l _Toc262721444 .2 脱戊烷塔理论板数与进料位置的确定 2.2.1 回流比确定根

11、据表2-8中的数据由恩得伍兹公式计算最小回流比塔顶塔底平均温度 t=（49.8+121）/2=85.4 表2-8 经核算后塔的相关物性数据组成ixi,F正丁烷8.5046730.4正戊烷 (LK)4.380.25正己烷 (HK)10.2正庚烷0.4881890.15 用试差法求出：=1.224由公式(gngsh)，代入数据(shj)解得： 2.2.2理论(lln)板数的确定在实际情况下，如果取R/Rm=1.10常需要很多理论板数，如果取为1.50，则需要较少的理论板数。根据经验，一般取中间值1.30。这里取R/Rm=1.30 R/(R+1)=0.672 查耳波和马多克思图得=0.85，故实际塔

12、板数为N=14.12615块2.2.3 进料位置的确定泡点进料时经验公式如下： 代入数据可解得：精馏段板数n=7.4988块提馏段板数m=N-m=7块将塔顶最上面的一块板记为第1块板，然后从上往下记数，塔底最下面一块板为第15块板，由于进料板属于提馏段，故进料板位置为第9块板。2 HYPERLINK l _Toc262721445 .3 脱戊烷塔全塔热平衡计算2.3.1塔釜热量的衡算2.3.1.1热量衡算公式 用状态函数法计算塔釜再沸器的热量，设121塔釜液相焓为，气相焓为 其中(qzhng)，H1为液相标准(biozhn)摩尔生成焓，为蒸发(zhngf)焓，为气相标准热容，为液相标准热容。2

13、.3.1.2各组分气液焓值的计算示例查热量衡算的一些基本数据得表2-9表2-9 脱戊烷塔的进料组分的相关热力学数据组分馏出液di釜液wi液相标准摩尔生成焓(KJ/mol)沸点/蒸发焓KJ/mol气相标准热容J/(molK）液相标准热容J/(molK）正丁烷161.859 -147.8-0.522.3890.09850.1398正戊烷 (LK)100.426 0.736 -173.5536.125.790.12000.1673正己烷 (HK)0.483 80.447 -167.1968.7428.2970.15670.1916正庚烷60.697 -159.2398.531.8660.18560.

14、2289、 计算公式如下：代入数据解得再沸器的热负荷2.3.2塔顶热量计算 设塔顶冷凝罐液相焓为，气相焓为，计算、如下：, 代入数据(shj)解得冷凝罐的热负荷: 2.4脱戊烷塔计算结果汇总(huzng)综合(zngh)可知，脱戊烷塔设计计算结果汇总如表2-10表2-10 脱戊烷塔设计计算结果汇总塔的待求物理量计算结果塔顶压力P267.75 KPa塔顶温度t49.8 塔釜压力P292.75 KPa塔釜温度t121 最少理论板数Nm12进料位置第9块板实际板数N15塔釜再沸器热负荷Q（KJ/h）8.67107 塔顶冷凝器热负荷Q（KJ/h）7.61107第三章 脱正丁烷塔的设计3 HYPERLI

15、NK l _Toc262721452 .1 脱正丁烷塔的压力计算3.1.1塔顶压力的确定3.1.1.1脱正丁烷塔的进料组成 根据脱戊烷塔的馏出液组成可得脱正丁烷塔的进料组成表3-1.表3-1脱正丁烷(dn wn)塔的进料组成进料组分进料量kmol/hxi,F正丁烷(LK)161.859 0.615976454正戊烷(HK)100.426 0.382185675正己烷0.483 0.001837871正庚烷003.1.1.2清晰(qngx)分割及计算由原料组成的沸点可知(k zh)，脱正丁烷塔中选正丁烷为轻关键组分，正戊烷为重关键组分。取262.768进料为基准，假定为清晰分割，则根据分离要求和

16、物料衡算关系可得表3-2.表3-2假设为清晰分割脱正丁烷塔塔数据组成进料量，fi馏出液，di釜液，wi塔顶组成yi正丁烷(LK)161.859161.3770.4820.969823638正戊烷(HK)100.4265.02195.4050.030176362正己烷0.4830.0000.4830262.768166.398596.369547713.1.1.3塔顶压力和温度的确定 由于采用水冷方式进行全冷凝,考虑到夏天水温为2530左右,进出口温度差一般为1015，故可取回流罐回流温度为40。由安托因方程，查数据可得各组分的A、B、C值及计算可得各组分在40下的饱和蒸汽压如表3-3.表3-3

17、各组分在42下的饱和蒸汽压组成ABCPs正丁烷6.1050861025.781250.8407378.5599正戊烷5.9866061069.228232.5237115.6578正己烷5.9969431168.337223.989137.25987 由于冷凝(lngnng)罐中液相相组成等于塔顶汽相组成即 故可初设脱正丁烷(dn wn)塔回流罐压力为,由相平衡常数满足(mnz)：，通过试差得表3-4.表3-4脱丁烷塔塔顶压力的确定组成回流罐xiKiyi正丁烷（LK）0.9698241.020.98922正戊烷（HK）0.0301760.3350.010109正己烷0010.999329 通过

18、试差可知，当P=370kPa时，查P-T-K图可知，正丁烷（LK）、正戊烷（HK）Ki值分别为1.02、0.335，满足，故可取回流冷凝罐的压力P=370 kPa，根据经验，塔顶压力要高于回流冷凝罐的压力,可取安全系数为1.05得： 脱正丁烷塔塔顶压力由于塔顶气相组成已知，塔顶压力已经求出，故可根据露点方程确定塔顶温度。试差过程如下表3-5：表3-4脱正丁烷塔塔顶温度的确定组成塔顶yiKixiKixiKixi正丁烷（LK）0.96982410.9698241.090.8897461.060.914928正戊烷（HK）0.0301760.3380.0892790.3690.0817790.350

19、.086218正己烷011.0591030.9715251.001146上表中Ki对应的温度分别为43、45、44。当TD=44时，满足，故可取塔顶的温度为TD=44。3.1.1.4塔底压力和温度的确定由经验可设脱正丁烷塔中单板压降为0.5kPa，塔板数为50，则得到塔底压力为： 由于塔底液相组成已知，塔底压力已经确定，故可根据泡点方程确定塔底温度。试差过程(guchng)如下表3-6：表3-6脱戊烷塔塔底温度(wnd)的确定组成塔底xiKixiKixiKixi正戊烷（LK）0.0052.410.012052.60.0132.550.01275正己烷（HK）0.9899880.940.9305

20、8910.9899880.9950.985038正庚烷0.0050120.4180.0020950.450.0022550.440.00220510.9447341.0052430.999993上表(shn bio)中Ki对应的温度分别为85、87、86。当Tw=86时，满足，故可取塔底的温度为Tw=86。3.1.2理论板数的计算3.1.2.1求塔顶、塔底的平均挥发度 由算的塔顶塔底各组分的K值，由并令重关键组分正己烷的相对挥发度为1计算相对挥发度 ，计算结果如表3-7表3-7塔顶、塔底的组成馏出液，di釜液，wi塔顶K塔顶i塔底K塔底i正戊烷（LK）161.3770.4821.063.028

21、5712.552.562814正己烷（HK）5.02195.4050.3510.9951正庚烷0.0000.4830.440.4422113.1.2.2确定理论板数并检验清晰分割是否合理由芬斯克公式： ,其中可计算脱正丁烷塔的最少理论板数：为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔顶馏出液中正己烷的摩尔数和浓度：可见正己烷按清晰(qngx)分割是合理的，即清晰分割合理，故原物料分配合理。3 HYPERLINK l _Toc262721444 .2 脱正丁烷(dn wn)塔理论(lln)板数与进料位置的确定 3.2.1 回流比确定根据表3-8中的数据由恩得伍兹公式计算最小回流比塔顶塔底平均温度 t=（

22、44+86）/2=65 表3-8经核算后塔的相关物性数据组成ixi,F正戊烷（LK）8.5046730.615976831正己烷（HK）4.380.382185045正庚烷10.001838123用试差法求出：=1.326由公式，代入数据解得： 3.2.2理论板数的确定在实际情况下，如果取R/Rm=1.10常需要很多理论板数，如果取为1.50，则需要较少的理论板数。根据经验，一般取中间值1.30。这里取R/Rm=1.30 R/(R+1)=0.496 查耳波和马多克思图得=0.52，故实际塔板数为N=16.4417块3.2.3 进料位置的确定泡点进料时经验公式如下： 代入数据(shj)可解得：精

23、馏(jn li)段板数n=10.711块提馏段板数m=N-n=6块将塔顶最上面(shng min)的一块板记为第1块板，然后从上往下记数，塔底最下面一块板为第17块板，由于进料板属于提馏段，故进料板位置为第12块板。3 HYPERLINK l _Toc262721445 .3 脱正丁烷塔全塔热平衡计算3.3.1塔釜热量的衡算3.3.1.1热量衡算公式 用状态函数法计算塔釜再沸器的热量，设86塔釜液相焓为，气相焓为 其中，H1为液相标准摩尔生成焓，为蒸发焓，为气相标准热容，为液相标准热容。3.3.1.2各组分气液焓值的计算示例查热量衡算的一些基本数据得表3-9表3-9 脱正丁烷塔的进料组分的相关

24、热力学数据组分馏出液di釜液wi液相标准摩尔生成焓(KJ/mol)沸点/蒸发焓KJ/mol气相标准热容J/(molK）液相标准热容J/(molK）正丁烷(LK)161.859 -147.8-0.522.3890.09850.1398正戊烷 (HK)100.426 0.736 -173.5536.125.790.12000.1673正己烷0.483 80.447 -167.1968.7428.2970.15670.1916、 计算公式如下(rxi)：代入数据(shj)解得再沸器的热负荷3.3.2塔顶热量(rling)计算 设塔顶冷凝罐液相焓为，气相焓为，计算、如下：, 代入数据解得冷凝罐的热负荷

25、: 3.4脱正丁烷烷塔计算结果汇总综合可知，脱正丁烷塔设计计算结果汇总如表3-10表2-12 脱正丁烷塔设计计算结果汇总塔的待求物理量计算结果塔顶压力P388.5 KPa塔顶温度t44 塔釜压力P413.5 KPa塔釜温度t86 最少理论板数Nm12进料位置第9块板实际板数N17塔釜再沸器热负荷Q（KJ/h）5.86106塔顶冷凝器热负荷Q（KJ/h）2.76106第四章 脱正己烷塔的设计(shj)4 HYPERLINK l _Toc262721452 .1 脱正己烷塔的压力(yl)计算4.1.1塔顶压力(yl)的确定4.1.1.1脱正己烷塔的进料组成 根据(gnj)脱戊烷塔的馏出液组成可得脱

26、正己烷塔的进料组成(z chn)表4-1.表4-1脱正己烷塔的进料组成(z chn)进料组分进料量kmol/hxi,F正戊烷0.736 0.005186正己烷(LK)80.447 0.567007正庚烷(HK)60.697 0.4278074.1.1.2清晰分割及计算由原料组成的沸点可知，脱正己烷塔中选正己烷为轻关键组分，正庚烷为重关键组分。取141.88进料为基准，假定为清晰分割，则根据分离要求和物料衡算关系可得表4-2.表4-2假设为清晰分割脱正己烷塔塔数据组成进料量，fi馏出液，di釜液，wi塔顶组成yi正戊烷0.7360.7360.0000.009237875正己烷(LK)80.447

27、78.8461.6010.99正庚烷(HK)60.6970.06160.6370.000762125141.880014779.642262.23781314.1.1.3塔顶压力和温度的确定 由于采用水冷方式进行全冷凝,考虑到夏天水温为2530左右,进出口温度差一般为1015，故可取回流罐回流温度为40。由安托因方程，查数据可得各组分的A、B、C值及计算可得各组分在40下的饱和蒸汽压如表4-3.表4-3各组分在42下的饱和蒸汽压组成ABCPs正戊烷5.9866061069.228232.5237115.6578正己烷5.9969431168.337223.989137.25987正庚烷6.02

28、731268.115216.96.0273 由于冷凝(lngnng)罐中液相相组成等于塔顶汽相组成即 故可初设脱正己烷塔回流(hu li)罐压力为,由于(yuy)压力较低，故可以按照理想气体来进行处理，由相平衡常数满足：，通过试差得表4-4.表4-4脱正己烷塔塔顶压力的确定组成回流罐xiKiyi正戊烷0.0092383.04717720.028149正己烷（LK）0.990.98166720.971851正庚烷（HK）0.0007620.32493960.00024811.000248 显然满足，故可取回流冷凝罐的压力P=37.96 kPa，根据经验，塔顶压力要高于回流冷凝罐的压力,可取安全系

29、数为1.05得： 脱正己烷塔塔顶压力由于塔顶压力较低，故可按理想气体进行处理，塔顶气相组成已知，故可根据露点方程确定塔顶温度。试差过程如下表4-5：表4-5脱正己烷塔塔顶温度的确定组成塔顶yiKixi正戊烷0.0092383.0592050.00302正己烷（LK）0.990.9941160.99586正庚烷（HK）0.0007620.3320220.00229511.001175通过试差，可知：当TD=41.6时，满足，故可取塔顶的温度为TD=41.6。 4.1.1.4塔底压力和温度的确定由经验可设脱正己烷塔中单板压降为0.5kPa，塔板数为50，则得到塔底压力为： 由于(yuy)塔底压力较

30、低，故可按理想气体进行(jnxng)处理，塔底液相组成已知，可根据泡点方程确定塔底温度。试差过程(guchng)如下表4-6：表4-6脱戊烷塔塔底温度的确定组成塔底xiKixi正戊烷正己烷（LK）0.02572752.3808690.061254正庚烷（HK）0.97427250.9640190.93921711.00047通过试差，可知：当Tw=72.8时，满足，故可取塔底的温度为Tw=82.8。4.1.2理论板数的计算4.1.2.1求塔顶、塔底的平均挥发度 由算的塔顶塔底各组分的K值，由并令重关键组分正己烷的相对挥发度为1计算相对挥发度 ，计算结果如表4-7.表4-7塔顶、塔底的组成馏出液

31、，di釜液，wi塔顶K塔顶i塔底K塔底i正戊烷0.7360.7363.0592059.213874正己烷（LK）80.44778.8460.9941162.994132.3808692.469734正庚烷（HK）60.6970.0610.33202210.96401914.1.2.2确定理论板数并检验清晰分割是否合理由芬斯克公式： ,其中可计算脱正己烷塔的最少理论板数：为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液中正丁烷的摩尔数和浓度：可见(kjin)正戊烷按清晰(qngx)分割是合理的，即清晰分割合理，故原物料分配合理。4 HYPERLINK l _Toc262721444 .2 脱正己烷塔理论

32、(lln)板数与进料位置的确定 4.2.1 回流比确定根据表4-8中的数据由恩得伍兹公式计算最小回流比塔顶塔底平均温度 t=（41.6+82.8）/2=62.2 表4-8 经核算后塔的相关物性数据组成ixi,F正戊烷9.2138741020.005185542正己烷（LK）2.719320270.567007271正庚烷（HK）10.427807187用试差法求出：=1.372由公式，代入数据解得： 4.2.2理论板数的确定在实际情况下，如果取R/Rm=1.10常需要很多理论板数，如果取为1.50，则需要较少的理论板数。根据经验，一般取中间值1.30。这里取R/Rm=1.30 R/(R+1)=

33、0.567 查耳波和马多克思图得=0.52，故实际塔板数为N=16.4417块4.2.3 进料位置的确定泡点进料时经验公式如下： 代入数据(shj)可解得：精馏(jn li)段板数n=10.711块提馏段板数m=N-n=6块将塔顶最上面(shng min)的一块板记为第1块板，然后从上往下记数，塔底最下面一块板为第17块板，由于进料板属于提馏段，故进料板位置为第12块板。4 HYPERLINK l _Toc262721445 .3 脱正己烷塔全塔热平衡计算4.3.1塔釜热量的衡算4.3.1.1热量衡算公式 用状态函数法计算塔釜再沸器的热量，设82.8塔釜液相焓为，气相焓为 其中，H1为液相标准摩尔生成焓，