精馏塔的设计计算 课件

田文德青岛科技大学化工原理教研室TEL:840220263.2.6精馏设计计算*1化工原理本节主要内容精馏设计计算类型逐板计算法图解法AspenDISTIL软件介绍*2化工原理精馏计算的两种类型设计型根据规定的分离要求，确定精馏塔的主要工艺参数（理论塔板数、实际塔板数、塔径、换热器的热负荷等）。操作型针对已有的精馏塔（已知其主要工艺尺寸），确定操作时的工况（预计分离结果）。*3化工原理精馏计算的两种类型设计型计算是重点在规定分离要求后（例如D、xD及回收率等），确定操作条件（操作压力、进料热状况参数q及回流比R等），再利用相平衡方程和操作线方程计算所需的理论塔板层数。计算理论塔板层数有三种方法：逐板计算法、图解法及简捷法。*4化工原理3.2.6.1逐板计算法假设：塔顶为全凝器泡点液体回流塔底为再沸器已知R、q、α泡点进料*5化工原理3.2.6.1逐板计算法计算过程：第一层塔板上升的蒸气（组成为y1），经全凝器全部冷凝为饱和温度下的液体，因此蒸气与馏出液、回流液的组成相同，即y1=xD。*6化工原理3.2.6.1逐板计算法计算过程：根据理论塔板的概念，自第一层板下降的液体组成x1与y1互成平衡，则由平衡方程可知：*7化工原理3.2.6.1逐板计算法计算过程：从第二层塔板上升的蒸气组成y2与x1符合操作关系，故可用精馏段操作线方程求得y2：*8化工原理3.2.6.1逐板计算法计算过程：按以上方法交替进行计算。*9化工原理3.2.6.1逐板计算法计算过程：计算过程中，每使用一次相平衡关系，就表示需要一块理论塔板。所以经过上述计算，可得到全塔总理论板数为m块（包括塔底再沸器）。该法计算准确，但手算过程繁琐重复，当理论塔板数较多时可用计算机完成。精馏段需要n-1块理论塔板！提馏段需要m-n块理论塔板！进料板！相平衡方程操作线方程*10化工原理3.2.6.2图解法（McCabe-Thiele法）用图解法求理论板数与逐板计算法原理相同，只是用图线代替方程，以图线的形式求取理论塔板数。

图解法的基本步骤梯级的含义*11化工原理3.2.6.2图解法（McCabe-Thiele法）【例3-5】在一常压连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液，已知进料流量为80kmol/h，进料中苯含量为（摩尔分数，下同），泡点进料，塔顶馏出液含苯，要求塔顶苯的回收率不低于90%。塔顶为全凝器，回流比取2。在操作条件下，物系的相对挥发度为，试分别用逐板计算法和图解法计算所需的理论塔板数。*12化工原理*化工原理13解：（1）根据苯的回收率计算塔顶产品的流量为（2）由物料衡算计算塔底产品的流量及组成（3）已知回流比R=2，所以精馏段操作线方程为（4）提馏段方程为*化工原理14（5）由上而下逐板计算所需要的理论塔板数…*化工原理15（6）交替使用相平衡方程和操作线方程直到xn≤xF，然后改用提馏段操作线方程，直到xn≤xW为止。计算结果见下表：板号12345678910y0.900.820.740.650.590.510.420.310.190.10x0.780.660.530.430.36<xF0.300.230.150.090.04<xW所以，该精馏塔内的理论板层数为10-1=9，其中精馏段4块，提馏段4块，第5块为进料板。利用AspenDISTIL软件对例3-5进行图解法在坐标纸上手工进行图解法，工作量大，计算精度低，灵活性差。DISTIL软件是Aspen公司开发的一款专用于精馏塔设计的工程软件，可以快速、准确、灵活地完成图解法。*化工原理16*化工原理17点击该图标，打开流体包管理器，输入组分和热力学计算方法！*化工原理18点击该图标，添加一个流体包！*化工原理192.指定待分离物系的气相为理想气体！1.选择气相！*化工原理202.指定待分离物系的液相为理想溶液！1.选择液相！*化工原理214.最终选择的所有组分均列于此处！1.输入组分名称或分子式！2.从列表中找到该组分！3.点击此按钮，选择该组分！*化工原理22点击此菜单项，开始图解法！*化工原理23从此处选择刚建好的流体包，组分自动加入进来！*化工原理24在此处输入操作压力，本例中为常压！*化工原理252.在此处输入进料组成：苯（0.4），甲苯（0.6）！3.在此处输入进料热状况参数(q)，本例中为泡点进料，故q=1！1.选择此选项，指定进料数据！*化工原理262.在此处输入塔顶馏出液组成：苯（0.9），甲苯（0.1）！1.点击此处，说明将要输入塔顶馏出液组成！*化工原理271.点击此处，说明将要输入塔底产品的组成！2.在此处输入塔底产品组成：苯（0.067），甲苯（0.933）！3.在此处输入回流比R=2！4.点击该按钮开始图解法计算！5.点击该按钮开始查看结果图！*化工原理28图解法绘图结果！*化工原理29在该标签中查看计算结果