化工原理水-乙醇连续精馏塔设计.docx
【设计计算】（一）设计方案的确定本设计任务为分别乙醉和水的混合物。对于二元混合物的分别，应采纳常压下的连续精锵装置。本设计采纳泡点进料，将原料液经过预热器加热至泡点后送入精锚塔内，塔顶上升蒸汽采纳全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器后送入储罐。该物系属不易分别物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采纳干脆加热蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，（二）工艺计算1、物料衡算：原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下。M=46kgkmo1.(乙醇)M=18kgkmo1.(水)0.40/460.40/46+0.60/18=0.210.92/46X11=0.92/46+0.08/18=0.82Mf=MaXXf+(I-XF)×Mft=46×0.21+(1.-0.21)×18=23.88M11=O.82x46+(1-0.82)x18=40.96=55.48kmo1.h1.807(33024)'-0.82×46+(I-0.82)×18=0.99C_q1.,D×Xn_55.48X0.82H一一q.t×Xrqt.F×0.2:qr,F=218.82km。/hqfcnq1uF=(XF-XG/(Xi)-Xj即55.48/218.82=021vh0.82Xw.*.x,=0.00295qnF×X=q11,D+qn.×x.218. 82×0.21=55.48×0.82+q1.1.t×0.00295.".qt1.,=155.46kmo1.2、REn的确定100-OftS-OOOO05)10)IS)R)疝划划3Ua>5SfiD6670078f1.®!iS1000750.70-08o056-OSO-045-040-0».0.30-025-020-016-010-005-OOO乙酢一水体系为止志向体系，其'F衡曲线有下凹部分，当操作线与q线的交点尚未落在平衡线上之前.，操作线已与平衡线相叨，如图1,此时Rmin可由点(知，汽)向平衡曲线向切线的斜率求得。由附图可见，该切线的斜率为Rmin_0.55-0.42C,o=0.13Rmin+10.21求得：Rmin=I.625R=1.6Rmin=2.60由于物料采纳泡点进料：q=1.则有q=、产(R+1)q*3.7qnj>Qn=q.+q11F=Rqn.°+q1.bF3、塔板数的确定<1)精镭塔的气、液相负荷qt.=R×q1,o=2.6×55.48=144.248kmo1.q°J=q“1.+q,.f=144.248+218.82=363.068kmo】qfcv=(R+1.)qn.Fqn.vz=(2.60+1)×55.48=199.728kmo1.q=1.+qgq11.v+q”.、.qn,0=8.34kmo1.h(2)回收率乙醇的回收率为：H=×100%=5548x0.82x1.00%=99.002%q«f×Xr218.82×0.21水的回收率为：I1.i-r)-Qn.0_155.46(1-0.00295)-8.34I1.B-1I夕”(I-M)218.82.(1-0.21)Hfi=84.84%（3）操作线方程：精循段操作线方程为y=2.60x3.60÷x>3.60即y=0.722x+0.2278提帽段操作线方程为即y=1.749-0.00221（4）图解法求理论版层数采纳直角阶梯法求理论板层数，如图1所示。在塔底或恒沸点旁边作图时须要将图局部放大。求解结果为总理论塔板数Nr=13-1.=12（不包括再沸器）进料板位置N,=1.1.精饰段理论板层数NU=Io提留段理论板层数Nn1.=3（包括进料板）（5）实际板层数的初步求取求得塔平均温度87.5M“=0.85/向+<1-0.085)小=0.085x0.4+(1.-0.085)×34.65×IOj=0.35Er=O.17-0.6161.g4t.=45%实际塔板数X段34M1.Er7（如N=Nh+N«=23+7=23+7=30（6）踏板总效率估算操作压力”噂塔顶操作压力：p1.1.=p+p”=4+101.3=105.3kpa取每层塔板压强降Zp=0.7kpa塔底操作压力P.=105.3+23×0.7=121.4kpa平均操作压力P,=(105.3+121.4)/2=113.35kpa操作温度：依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计兑过程略。计算结果如下：塔顶温度t11=82.06C塔底温度t,=105.4131°C平均温度t.=(tp+t,)/2=93.74,C黏度的计算在。=93.74C时，查得Mg<1=0.292mpa.S=0.36mpa.S则U1.=i×U11=O.144×0.36+(1-0.144)x.292=0.3018mpa.S相对挥发度计算塔顶相对挥发度塔底相对挥发度平均相对挥发度塔板总效率的估算产P&/P咏D=I17.286/51.476=2.2784Pkpy-2i1.9499/122.5495=2.2191=',×au,=2.27842.2191=2.249依据Ej=0.49(t)-0.245求得E,=0.5388且IEj-ET1.=O.88%(<1%)所以假设成立。(三)精储段的工艺条件及有关物性的数据计算1、操作压力塔顶操作压力pt>=p<tt+p=101.313+4=105.308kpa每层塔板压降p=0.7kpa进料板压降精溜段平均压降p,.=105.308÷0.7×23=121.408kpaP.=(105.308+121.408)/2=113.358kpa2、操作温度依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇一水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下:塔顶温度t1.1.=82.06进料板温度t,：=101.138C精镭段平均温度1.=(82.06+101.138)/2=91.6C3、平均摩尔质量(D塔顶混合物平均摩尔质量计算由x11=y1.=0.82查平衡线得x1=0.8375MOe=0.82x46+<1.-0.82)×I8=4096Kg/Kmo1.M1.jtm=0.8375×46+(1-0.8375)18=41.45Kg/Kmo1.(2)进料板混合物平均摩尔质量计算由图解理论版得y1-0.530查平衡曲线得X1=O.21M1.t11=0.21×46+0.79×18=23.88kgkmo1.M,111=0.530×46÷0.470×18=32.84kgmo1.精锚段混合物平均摩尔质量M.=(40.96+23.88)/2=32.42kgkmo1.K.=(41.45+32.84)/2=37.145kgmo1.4、精饵I段的平均密度(1)气相平均密度由志向气体状态方程计算，即Pv=三-=113358x371.45-=1.389(kgm3RTm8.314x(91.6+273.15)(2)液相平均密度液相平均密度依下式计算，即1.pn=.iPi顶液相平均密度。由t11=82.06C,查手册P*969.955kg11f'P4ff=789kg/m'!=743.78(kgm0.92/729+0.08/969.955进料板液相平均密度：由tF101.138C查手册得P木=958.4kgmiPz=719.9kgm'进料板液相的质量分数：八-0.21×46_A4CdU,=0.40450.21×46+0.79×1.8Pu=845.14kgmi0.4045/719.9+0.5955/958.4精馀段液相平均密度P=(743.78+845.14)/2=794.46kgmi5、液体平均表面张力计算（1）塔顶液相平均表面张力的计算当乙醇的质量分数为92%,查图PII得。M1.22.5x1.0%m,且乙醇的临界温度为243C,水的临界温度为374.2七，则混合液体的临界温度为：F=1.iTir=0.82×243+0.18×374.2=266.616C将混合液体的临界温度代入-(TTn)>-(266.616-82.06)1.2=O7242i1,cTnf1.,-T2v,c266.616-25.,.O=16.25×103NZm(2)进料板液相平均表面张力的计算乙静的质量分数为40%时,查附录4得。25*21.2x10%m,且乙醇的临界温度为2432,水的临界温度为374.2则混合液体的临界温度为：Trtf=x1.Tc=O.144×243÷0.856×374.2=355.307C将混合液体的临界温度代入CTf_Tkcf-Tfy1.2_(355.307101.138)i.2_q73022s-c-kTr-Tis-C355.307-25.,.。if=15.48×105NZm(3)精饰段液相平均表面张力计算OuI=(16.25+15.48)/2=15.865×10jNm（四）精储塔的塔体工艺计算1、塔径的计算精饰段的气、液相体积流率为O,产微=嗤旋萨=】。27（必）-=三三=三''3)由UexeP1.瓦式中C=CB（工尸2计算，其中心由图查取，图的横坐标为:*(包)z=OIO1.oX360。X(820.25)u=。()239v7p.027×36(X)1.39取板间距H=O.45m,板上液层高度h=0.05m,则Hh=0.45-0.05=0.40(m)查图33得Cg=O.082,则C=C2%产=0.082x(管产=0.0783.n7oo/82().25-1.389.z取平安系数为0.6,则空塔气速为1.=0.083×J=1.9(ms)u=0.6um,=0.6x1.9=1.14(ms)D=悟W三07(m)按标准塔径圆整后D=Im塔截面积为实际空塔气速为AYDYXr=0.785(m2)44u=-=1.307(ms)Ar0.7852、精福塔的有效高度计算精微段有效高度为Zm=(N1.r4)H1=(23-4)×0.45=8.55(m)提饰段有效高度为Zfe=(Nar2)Hr=(7-2)×0.45=2.25(in)在进料板上方开一个人孔，在精馀段设3个人孔，其高度均为0.8m故精福塔的有效高度为Z=Zm+Z«+0.8×4=14.OO(m)(五)塔板主要工艺尺寸的计算1、溢流装置计算因塔径D=Im,可选用但流流弓形降液管，采纳凹形受液盘。各项计算如下:(1)地长1.h=0.66D=0.66(m)(2)溢流堰高度h,h,=h1-hg。选用平直堰，堰上液层高度h>.依下式计算，即近似取E=I,则至ix*(竺”也还)RoOO89S)1()0.6
