问答题 简单精馏塔的平均压力p=1699.81kPa。进料为饱和液体,原料组成zi如下表所示,总理论级数为19,进料级位置NF=11。试对该塔作校核计算,求出沿塔高温度、流量及组分分布。
   
组分
甲烷(1)
丙烷(2)
正丁烷(3)
正戊烷(4)
正己烷(5)
zi
0.03
0.20
0.37
0.35
0.35
【正确答案】根据塔的具体条件,使用多元回归法,得出平衡常数的经验公式为
   Ki=Ai+Bit+Cit2+Dit3
   式中,t为温度,℃。
   

表5-1 温度和汽液相流率的分布

级号
温度/℃
汽相
液相
流率V/(km0l/h)
相列分子质量
流率L/(km0l/h)
相对分子质量
1(冷凝器)
77.53
0.00
57.70
615.0
58.06
2
79.24
922.50
58.06
611.91
58.38
3
80.42
919.41
58.28
607.72
58.67
4
81.48
915.52
58.47
602.59
59.00
5
82.59
910.09
58.68
596.38
59.39
6
83.87
903.88
58.94
588.78
59.87
7
85.40
896.28
59.25
579.02
60.46
8
87.31
886.52
59.60
565.32
61.23
9
89.89
877.82
60.12
544.59
62.31
10(进料级)
93.67
852.09
60.78
1033.57
63.94
11
95.09
849.59
61.10
1031.13
61.28
12
96.79
847.13
61.51
1027.10
64.74
13
98.94
843.10
62.06
1021.90
65.38
14
101.68
837.90
62.82
1016.37
66.22
15
105.05
832.37
63.80
1011.89
67.25
16
108.9
827.80
65.07
1009.0
68.40
17
113.03
825.79
66.48
1010.57
69.59
18
117.08
826.57
67.93
1013.32
70.72
19
120.90
829.32
69.32
1015.86
71.77
20
121.53
831.86
70.60
1015.29
72.77
21
128.3
831.30
71.83
1008.88
73.86
22
132.85
824.88
73.15
995.65
75.24
23(再沸器)
138.82
811.65
74.82
184.00
77.07

   对汽相和液相焓值,可根据该混合物焓值由数据拟和下列公式进行计算:
   hi=BLit+CLit2
   Hi=AGi+BGit+CGit2
   式中,hi,Hi的单位是kJ/kmol。三个式子中Ai,Bi,Ci,Di,BLi,CLi,AGi,BGi,CGi均为常数并分别列在下表中:
   
组分
zi
A
B×10-3
C×10-5
D×10-8
1. 甲烷
0.03
1.734
8.031
22.881
-17.0
2. 丙烷
0.20
0.7405
-2.865
15.06
-17.70
3. 正丁烷
0.37
-0.2213×10-1
8.554
0.6603
12.80
4. 正戊烷
0.35
0.3062×10-1
3.282
0.4733
7.60
5. 正己烷
0.05
0.5432×10-1
1.584
3.310
-0.90

   
组分
BL
CL
AG×104
BG
CG
1. 甲烷
4.0193
0.113
0.5359
56.879
0.04537
2. 丙烷
1.66×102
0.9918×10-1
1.7364
5.9218
0.1665
3. 正丁烷
177.13
0.3504
2.2677
47.852
0.2849
4. 正戊烷
111.42
0.1899
2.8706
106.6
0.05426
5. 正己烷
190.22
0.2276
3.2194
154.91
0.0

   由三对角矩阵泡点法计算结果如表5-2。
   

表5-2 三对角矩阵泡点法计算结果

级数
温度/℃
气体流量/(mol/s)
液体流量/(mol/s)
液相组成
气相组成
x1
x2
x3
x4
x5
y1
y2
y3
y4
y5
1
38.25
8.70
0.13034
0.79123
0.07332
0.0004
0.000
2
55.0
11.670
9.4339
0.04587
0.79051
0.16286
0.00228
0.00001
0.13006
0.79642
0.07312
0.0004
0.000
3
63.78
12.334
9.2774
0.02097
0.7082
0.26734
0.00842
0.00005
0.06564
0.79101
0.14152
0.00183
0.000
4
70.85
12.1774
8.6979
0.01386
0.58886
0.37041
0.02572
0.00034
0.04698
0.72567
0.22082
0.00650
0.00004
5
78.02
11.5979
7.9225
0.01176
0.47525
0.44423
0.06668
0.00198
0.04297
0.64155
0.29586
0.01938
0.00025
6
86.24
10.8225
7.0167
0.01082
0.3743
0.46029
0.14528
0.00916
0.04348
0.56156
0.34463
0.04888
0.00l45
7
96.28
9.9167
22.115
0.01022
0.29654
0.40509
0.25906
0.03228
0.04575
0.49801
0.34692
0.10284
0.00647
8
98.30
12.415
22.399
0.00398
0.28888
0.44621
0.25922
0.03211
0.01820
0.50417
0.36467
0.10622
0.00674
9
99.95
12.6993
22.448
0.00151
0.27675
0.42858
0.26142
0.03225
0.00701
0.4928l
0.38329
0.10987
0.00701
10
101.84
12.7485
22.389
0.00058
0.25686
0.44396
0.26482
0.03255
0.00265
0.47055
0.40521
0.11420
0.00734
11
103.58
12.689
22.281
0.0002
0.23233
0.46218
0.26929
0.03295
0.00099
0.43981
0.40186
0.11960
0.00775
12
105.84
12.5817
22.155
0.00007
0.20989
0.48318
0.27448
0.03342
0.00036
0.40143
0.46386
0.1261l
0.00824
13
108.44
12.455
22.0295
0.00003
0.18049
0.50608
0.28043
0.03394
0.00013
0.35612
0.50105
0.13387
0.00883
14
111.32
12.330
21.912
0.00001
0.14846
0.52946
0.28738
0.03452
0.00005
0.3052
0.54218
0.14306
0.00951
15
114.44
12.212
21.794
0.000
0.11844
0.51306
0.29631
0.03520
0.00002
0.2509
0.58453
0.15424
0.01031
16
117.81
12.614
21.688
0.000
0.08604
0.56524
0.30978
0.03625
0.00001
0.19618
0.62343
0.16909
0.01132
17
121.67
11.918
21.355
0.000
0.06256
0.56549
0.33345
0.05848
0.000
0.14403
0.65111
0.19195
0.01290
18
126.72
11.655
20.797
0.000
0.0318
0.53755
0.37748
0.04481
0.000
0.09696
0.65102
0.23258
0.01644
19
134.57
11.0789
0.000
0.000
0.05609
0.60652
0.31018
0.02721
【答案解析】