用EXCEl對脫水塔進行粗略分析

劉斌（中國石油四川石化生產(chǎn)六部 四川 成都 611930）

前言

精餾是化工基本分離方法之一，廣泛應用于有機化工、石油等生產(chǎn)領域，其理論塔板數(shù)的確定是最基本的工藝設計計算。主要方法有圖解法和逐板計算法。圖解法簡單方便，但準確性較差；逐板計算法準確性好，且同時求得各層板上的汽液相組成。本文利用人們熟知的E X C E l對脫水塔進行計算。

一、計算方法

逐板計算法，就是利用物料的氣一液相平衡關系和操作線方程聯(lián)立得到提餾段和精餾段的方程，然后利用精餾的方程由塔頂餾出液液相組成開始，逐板算出精餾段各塊塔板的液相組成，同時將X n+1與X F比較，確定進料板位置；進料板位置確定以后，改用提餾段的迭代方程求算提餾段各塊塔板的液相組成，直至X n+1小于X w為止，即為該分離操作所需的理論塔板數(shù)。

假定精餾的進料量F（mol），進料濃度X F（mol），進料熱力學狀態(tài)q，塔頂餾出量D，餾出物濃度X D，塔底量W，塔底濃度X W，回流比R，以及操作的其他條件下，即可進行精餾塔設計，由物料衡算方法確定采出量D、W，粗算體系操作范圍內(nèi)地平均相對揮發(fā)度a，于是則有：

精餾段：yn++1=[R/(R+1)]x n+x D/(R+1)

提餾段：yn++1=[(L+q F)/(L+q F-W)]x n+[W/(L+q F-W)]x w

體系相平衡關系：y=a x/[1+(a-1)x]

那么塔頂相對揮發(fā)度 a 1=353.743/15.648=108.354;

塔頂相對揮發(fā)度 a 2=12.96/0.12=22.606

則相對揮發(fā)度為：a=(a 1+a 2)0.5=49.49

查P F D得塔頂餾出物水的設計值為：25395.6kg/h

回流比R=25395.6/8356=3.039

取q為1，L=R D=3.039 Χ 474.222=1441.258

把以上數(shù)據(jù)帶入算式中得：

精餾段：yn++1=[3.039/(3.039+1)]x n+0.999985812/(3.039+1)

=0.752413964x n+0.247582523

提餾段：yn++1=[(L+q F)/(L+q F-W)]x n+[W/(L+q F-W)]x w

=[(1441.258+2058.43)/(1441.258+2058.43-752)]x n+[752/(1441.258+2058.43-752)]×0.000184513

=1.273684640x n+0.000050498

相平衡：y=a x/[1+(a-1)x]=49.49x/[1+(49.49-1)x]

或 者：x=y/[a-(a-1)y]=y/[49.49-(49.49-1)y]

經(jīng)過計算得出理論塔板數(shù)為6層，包括塔釜，其中精餾段3塊，提餾段2塊加塔釜。精餾塔的計算通?？煞譃樵O計型計算和操作型計算。設計型計算的任務是根據(jù)規(guī)定的分離要求，選擇精餾的操作條件，計算所需的理論板，操作型計算的任務是在設備(精餾段板數(shù)及全塔理論板數(shù))已定的條件下，由指定的操作條件預計精餾操作的結果。

那么在給定6層理論塔板的情況下，不同的進料濃度下塔頂和塔底的物料組分分布為：

表1 不同水濃度進料下的脫水塔數(shù)據(jù)1

表2 不同水濃度進料下的脫水塔數(shù)據(jù)2

405099.998581299.995113248.868082946進料水濃度wt%進料水濃度mol%塔頂水摩爾比%塔頂水質(zhì)量比%塔頂醇濃度p p m塔底水摩爾比%塔底水質(zhì)量比%50.869.662921399.999373299.997841121.5894469890.39804940.02438400.000070877.500000099.999585899.998573314.26674444078.053132499.999599299.998619513.80519807915.58007250.01845130.00115570.04528250.0000536%

0.535683605塔底水含量p p m 0.70792380611.55659936452.8253666

二、結論

由上表可以看出當進料水濃度濃度在20 wt%到40 wt%比較便于控制塔頂?shù)拇己浚ㄓ绊憦U水的CO D）和塔底的水含量（影響后續(xù)操作），建議進料水含量不要超過40%。此結論與實際操作中的情況吻合。

[1]朱家驊，葉世超，夏素蘭等.化工原理(上冊)[M].北京:科學出版社,2005.

[2]趙蕾，周愛慶，王慶.用Excel計算精餾塔理論板數(shù)的方法[P].中國：CN101446939A，2009-06-03.

[3]劉光啟，馬連湘，劉杰.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002-03.