脱丙烯精馏塔

1. 设计题目：试设计一座分离乙烷和丙烯的板式连续精馏塔。 2. 设计任务 物料处理量 10万吨/年 进料

组成

组分 组成 CH4 0.05 C2H6 0.35 C3H6 0.15 C3H8 0.20 C4H10 0.25 总合 1.00 分离要求:

塔顶产品:丙烯含量 2% 不出现丙烷及更重组分 塔底残液:乙烷含量2%

不出现甲烷 塔操作条件:平均操作压力:27.4atm 进料热状况: 饱和液体进料 进料温度: 26℃ 回流比: 自选

单板压降: ≦0.7kPa 塔板类型: 自选

工作日:每年300天,每天24小时连续运行

3.1.2 清晰分隔物料衡算

确定轻重关键组分,选取C2H6为轻关键组分 ,C3H6为重关键组分。由于精馏的任务是把C2H6、C3H6与CH4、C3H8、C4H10混合物分开,按清晰分割情况确定各组分在塔顶、进料和塔底的数量，组成以及操作温度 。

3.1.3 计算塔顶塔底组成,塔顶塔底温度

1.

各

组

分

平

均

摩

尔

质

M?0.05?16.04?0.35?30.70?0.15?42.081?0.20?44.097?0.25?58.124?40.99kg/Kmol量

进料量F=1.0?108?(M?300?24)?338.84Kmol/h 由进料组成，进料量按清晰分割求D'，W' 1.F=338.84Kmol/h

XDh?0.02 XWl?0.02

2.乙烷为轻关键组分，丙烯为重关键组分。 3.

fl?338.84?0.35?118.594Kmol/hfh?338.84?0.15?50.826Kmol/h4.计算?fi ?fi

i?1i?hLh

?fi?1Li?338.84?(0.05?0.35)?135.54

?fi?hhi?203.30 203.30?0.02?135.541?0.02 1?0.020.02?0.021?0.025.

WL??4.094dl?fl?Wl?118.594?4.094?114.5

dh?XDh0.02(?WL??fl?(?4.094?135.54) 1?XDh1?0.02?2.68Wh?fh?dh?50.826?2.68?48.146

dl114.5??27.97WL4.094dh2.68??0.056Wh48.146

D=114.5+2.68+338.84×0.05=134.122

W=4.094+48.146+338.84×(0.25+0.20)=204.72

组分 Zi fi Di XDi Wi Xwi CH4 0.05 16.942 16.942 0.1263 0 0 C2H6 0.35 118.594 114.5 0.8537 4.094 0.019998 C3H6 0.15 50.826 2.68 0.01998 48.146 0.235 C3H8 0.20 67.768 0 0 67.768 0.331 C4H10 0.25 84.71 0 0 84.71 0.4138 ? 1.00 338.84 134.122 1 204.72 1 1.塔顶温度tD。由露点方程计算 查2.74MpaT=397.4psia

设1℃ 组分 XDi CH4 0.1263 C2H6 0.8537 C3H6 0.01998 C3H8 0 C4H10 0 Ki 5 0.94 0.3 0.26 0.07 yi?k?1.0005?1.01

i2.塔底温度tw.由泡点方程：

tw=82℃=179.6°F 组分 Xwi Ki

CH4 0 8.6 C2H6 0.019998 2.8 C3H6 0.235 1.35 C3H8 0.331 1.25 C4H10 0.4138 0.51 ?xi?0.998

不清晰分割验证

求以重关键组分 为对比组分的各组分的平均相对挥发度 计算列表如下： i KDi aihD KWi aihW aih CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10

5 0.94 0.3 0.26 0.07 16.67 3.13 1 0.87 0.23 8.6 2.8 1.35 1.25 0.51 6.37 2.07 1 0.93 0.38 10.30 2.55 1 0.81 0.30 aihD?KiD K1/2aihW?iW aih?(aihd.aihW)

Khkh代入汉斯特别克公式，得到

logaiHlog(d/w)i?log(d/w)H??log(d/w)l?log(d/w)H?logaLHlogaih?lg27.97?log0.056?log2.55logaih??1.25??1.447?1.25?0.407?1.25?6.63logaih?lg0.056?

以重关键组分丙烷为对比组分,分别将除关键组分以外的各组分的平均相对挥发度 aih代入上式求得 (d/w)i 进一步求得 di wi xDi xwi 列表如下：

fi i (d/w)i di wi xDi xwi aih 16.942 CH4 118.594 50.826 67.768 84.71 338.84

C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 2.92×16.932 10 55.8?10?5 0.125 6.14?10?4 10.30 2.55 1 0.81 0.30 / ? 28.18 114.53 4.064 0.85 0.0199 0.056 2.695 48.125 0.0199 0.236 0.0138 0.922 66.846 0.0068 0.328 1.91?10 1.62?10 84.708 1.2?10 0.416 / 135.11 203.74 1.000 1.000 ?5?3?5XDH?0.019(小于2％） XWL?0.019(小于2％）

均小于规定的浓度值 符合要求。

3.1.4 由恩德伍德方程计算 Rmin

塔顶塔底平均温度是：T=50℃.以重组分C3H8为对比组分 ，求各组分的相对

挥发度

查各组分在397.4MPa 50℃下的 K值 列表计算如下: i aih Zi Ki CH4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 0.05 0.35 0.15 0.20 0.25 7.4 2 0.86 0.77 0.28 8.6 2.33 1 0.9 0.33

由于是泡点进料 所以 e=0 由

aiZi?e ?i?1ai??ce=0,通过试差计算

求θ

列表计算

组分 Zi 0.05 CH4 0.35 C2H6 aiZiai????1.35??1.356??1.36 0.059 0.059 0.055 8.6 2.33 0.837 0.842 0.845 0.15 C3H6 0.20 C3H8 0.25 C4H10

1 0.90.4290.4210.417 0.4 0.395 0.39 0.33 0.08 0.081 0.081 计算得?=1.356 各组分塔顶含量如下表 iCH4 xdi0.125C2H6 0.85C3H6 0.0199C3H8 0.0068C4H10 0 1 ? 1 ai 30.43 7.83 3.17 2.91

Rm?1??i?1caixDi?2.07ai??

Rm?1.07所以该塔最小回流比为1.07

3.3 由芬斯克方程计算Nm

xdl?0.85 xwl?0.0199 xdh?0.0199 xwh?0.236

求塔顶。塔底温度，压力为2.74Mp条件下的相对挥发度，计算列表如下： 温度 td?1? tw?82? Ki C2H6 Ki C3H6 alh 3.13 2.07 0.94 2.8 0.3 1.35

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