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中国石油大学（华东）化工原理课程设计
0.1987 *F= XBD *D + XBW *W (3-2) 0.2847 *F= XCW *W (3-3) D*XAD / (F*XAF) =0.99 (3-4) W*XBW / (F*XBF) =0.98 (3-5) XAD + XBD =1 （3-6） XAW +XBW +XCW =1 （3-7） 联立以上公式带入数据可解，其结果为3-3：
表3-3 全塔物料横算结果数据表
项目 质量分率％ 质量流率Kg/h 摩尔分率％ 摩尔流率Kmol/h 质量分率％ 质量流率Kg/h 摩尔分率％ 摩尔流率Kmol/h 质量分率％ 质量流率Kg/h 摩尔分率％ 摩尔流率Kmol/h 苯A 0.454 6715.42 0.5166 84.53 0.9909 6648.16 0.9923 83.68 0.0083 67.08 0.0107 0.85 甲苯B 0.206 3047.08 0.1987 32.51 0.0091 61.05 0.0077 0.65 0.3695 2986.47 0.4018 31.86 乙苯C 0.34 5029.17 0.2847 46.58 0 0 0 0 0.6222 5028.91 0.5875 46.58 总计 1 14791.67 1 163.62 1 6709.21 1 84.33 1 8082.46 1 79.29 进料F 塔顶D 塔底W 3.2 塔的适宜工作条件
3.2.1 操作压力的计算
1.凝液罐的压力Pb确定
选择水作为塔顶产品的冷凝剂，根据中国的普遍气候条件，水的温度可25～35℃，为保证水和塔顶产品之间有10～20℃的传热温差，选取塔顶回流罐中液体的温度为45℃是一个合理的数值。
所以根据安托因方程：
log(ps/kPa)?A?B/(C?t) log(PA)?(6.060395?1225.188)
222.155?451349.150)
219.9785?45
log(PB)?(6.086576?
所以PA=29.81kPa PB=9.89kPa
所以Pb=ΣPi*Xi
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所以Pb=PA*XAD+PB*XBD
=29.81*0.9923+9.89*0.0077=29.66kPa
由于压力小于1atm，减压操作，为方便起见，我们采用常压冷回流故塔顶凝液罐压力为1atm。
所以最终Pb=1atm
2.塔顶压力PD的确定
常压精馏，一般蒸汽通过塔顶馏出线及冷凝器的阻力为 ΔP = 0.15atm 所以塔顶压力为
PD =Pb+ ΔP=1.15atm = 116.52kPa
3.塔底压力PW的确定
PW =PD+Np*ΔP单板
设实际塔板数Np=21,ΔP单板=5mmHg 所以
PW =PD+Np*ΔP单板
=116.52+ 21*5*0.13333=130.52kPa
3.2.2 操作温度的计算
1.塔顶温度TD的确定
常压时：1/PD=Σyi/Pi
所以利用安托因方程采用试差法，可以得到当TD=85.1℃
表3-4 各组分在TD=85.1℃时的饱和蒸汽压 A/ kPa 117.87 因为常压时：利用露点方程 可以得到PD’=116.48 kPa 又因为PD=116.52 kPa 误差=0.00043 < 2*10^-3 所以TD=85.1℃
2.塔底温度Tw的确定 常压时：Pw=ΣXi*Pi
所以利用安托因方程采用试差法，可以得到当Tw=132.53℃
表3-5 各组分在Tw=132.53℃时的饱和蒸汽压 A/ kPa 399.13 10
B/ kPa 46.15 C /kPa 20.30 B/ kPa 180.78 C /kPa 91.28 中国石油大学（华东）化工原理课程设计
因为常压时：利用露点方程 可以得到Pw’=130.53 kPa 又因为Pw =130.52 kPa
误差= 7.66*10^-5 < 2*10^-3 所以Tw=132.53℃
3.进料温度TF的确定
取中间为进料位置，设从第10块板进料 所以，进料段 PF= PD +10*ΔP单板
=116.52+ 10*5*0.1333 =123.19 kPa 当进料温度TF=104.4℃时 利用安托因方程：
表3-6 各组分在TF=104.4℃时的饱和蒸汽压 Pi/kPa ki XiF A 202.47 1.64 0.5166 B 84.59 0.69 0.1987 C 39.6 0.32 0.2847 所以ΣXiF/(1+(ki-1)*e)=0.9991 所以误差=9*10^-4 < 2*10^-3 所以TF=104.4℃ 由公式Xi?XiF
1?(Ki?1)*e ?Xi?1
可以得到：进料时气相中各组分的摩尔分数：yA=0.7511 yB=0.1461 yC=0.1054 进料时液相中各组分的摩尔分数：xA=0.4580 xB=0.2118 xC=0.3295
3.3 确定回流比、塔板数及进料位置
3.3.1 最小回流比和最小理论塔板数的确定
（1）塔顶和塔底平均温度tm=(81.5+132.35)/2=108.73℃ 利用安托因方程：
表3-7 各组分在Tm=108.73℃时的饱和蒸汽压 Pi/kPa α 由恩德伍德公式：
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A 399.13 4.9814 B 180.78 2.1093 C 91.28 1 中国石油大学（华东）化工原理课程设计
Σaij*XiD/(aij-θ)=Rmin +1 Σaij*XiF/(aij-θ)=1-q
所以假设θ=2.6723 Σaij*XiF/(aij-θ)
=4.9814*0.5166/(4.9814-2.6723)+2.1093*0.1987/(2.1093-2.6723) +1*0.2847/(1-2.6723) =0.1999
因为1-q=e=0.2≈0.1999 所以θ=2.6723
Σaij*XiD/(aij-θ)=Rmin +1 所以Rmin +1
=4.9814*0.9923/(4.9814-2.6723)+2.1093*0.0077/(2.1093-2.6723) =2.1118 所以Rmin =1.1118
由芬斯克公式：
Nmin+1 =log[(Xlk/Xhk)D*(Xhk/Xlk)W]/log(alk,hk)
=log[(0.9923*0.4018/(0.0077*0.0107))]/log(4.9814*2.1093） =7.21 Nmin=6.21
3.3.2 塔板效率的确定
Tm=(TD+TW)/2=(85.1+132.35)/2=108.73℃ 在Tm=108.73℃时，查得各组分粘度为
表3-8 各组分在Tw=108.73℃时的粘度 A B C μli/cP 0.2418 0.28471 0.2868 所以
?l??XiF*?li?0.5166*0.2418?0.1987*0.2471?0.2847*0.2868 ?0.2557
所以ET?0.49(?*?l)?0.245
?0.49(3.2415*0.2557)?0.245?0.5131
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