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1、-乙醇-水溶液连续精馏塔设计目 录1. 设计任务书32. 英文摘要前言43. 前言44. 精馏塔优化设计55. 精馏塔优化设计计算56. 设计计算结果总表227. 参考文献238. 课程设计心得23精馏塔设计任务书一、设计题目乙醇水溶液连续精馏塔设计二、设计条件 1处理量：15000吨/年 2料液浓度：35wt% 3产品浓度：93wt% 4易挥发组分回收率：99%5每年实际生产时间：7200小时/年6. 操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强：1.03 atm绝对压强进料热状况：泡点进料；三、设计任务a) 流程确实定与说明； b) 塔板和塔径计算；c) 塔盘构造设计 i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图
2、； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它 i. 加热蒸汽消耗量；ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。乙醇水溶液连续精馏塔优化设计前 言乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数别离过程，即同时进展屡次局部
3、汽化和局部冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的别离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进展的，塔内装有假设干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏别离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开场推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好
4、，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准168-68，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有以下优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。精馏塔优化设计计算在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年操作条件：间接蒸汽加热塔顶压强：1.03atm绝对压强进料热状况：泡点进料一 精馏流
5、程确实定 乙醇水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，局部回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图二 塔的物料衡算1. 查阅文献，整理有关物性数据水和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度20沸 点101.33kPa比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s导热系数(20)/(m.)外表*力(20)N/m水18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇46.0778978.32.391.150.17222.8常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表常压下乙醇水系统t*y数据
6、如表16所示。表16 乙醇水系统t*y数据沸点t/乙醇摩尔数/%沸点t/乙醇摩尔数/%气相液相气相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.162
7、9.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：1825时的乙醇和水的混合液的外表*力与乙醇浓度之间的关系为：式中25时的乙醇和水的混合液的外表*力，Nm；*乙醇质量分数，。其他温度下的外表*力可利用下式求得式中1温度为T1时的外表*力；Nm；2温度为T2时的外表*力；Nm；TC混合物的临界温度，TC*iTci，K；*i组分i的摩尔分数；TC
8、i组分i的临界温度， K。2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数*=0.174*=0.838*=0.00393. 平均摩尔质量 M=0.17446.07+1-0.17418.02=22.9 kg/kmolM= 0.83846.07+ (1-0.838)18.02=41.52kg/kmolM=0.003946.07+1-0.003918.02=18.12kg/kmol4. 物料衡算 ：F=74.83 总物料衡算 F=D+W=74.83 易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.830.174 联立以上二式得： D=15.25kg/kmol W=59.57kg/kmol 三 塔板数确实
9、定1. 理论塔板数的求取根据乙醇水气液平衡表1-6，求最小回流比Rmin和操作回流比因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图g点所示. 此时恒浓区出现在g点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点a(,)向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求 作图可知 b=0.342 b=0.342 Rmin=1.45由工艺条件决定 R=1.6R故取操作回流比 R=2.32求理论板数塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压组分饱和蒸气压/kpa塔顶进料塔底水44.286.1101.33乙醇101.3188.5220.0
10、求平均相对挥发度塔顶 =2.29进料 =2.189塔底 =2.17全塔平均相对挥发度为=2.23=2.17理论板数由芬斯克方程式可知N=7.96且 由吉利兰图查的 即解得 =14.2 不包括再沸器进料板 前已经查出 即 解得 N=6.42故进料板为从塔顶往下的第7层理论板 即=7总理论板层数 =14.2 不包括再沸器进料板位置 =72、全塔效率 因为根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘方案经济为=0.1740.41+1-0.1740.3206=0.336=0.17-0.616lg0.336=0.4623、实际塔板数 精馏段塔板数：提馏段塔板数： 四、 塔的工艺条件及
11、物性数据计算以精馏段为例：1、 操作压力为 塔顶压力： =1.04+103.3=104.34假设取每层塔板压强 =0.7则进料板压力： =104.34+130.7=113.4kpa精馏段平均操作压力 =kpa2、温度 根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得 塔顶 =78.36进料板=95.5=3、平均摩尔质量 塔顶=0.838 =0.825 = 0.83846.07+1-0.83818.02=41.52 kg/kmol=0.82546.07+1-0.82518.02=41.15 kg/kmol 进料板： = 0.445 =0.102= 0.44546.07+1-0.44518.02=30.
12、50 kg/kmol=0.10246.07+1-0.10218.02=20.88 kg/kmol精馏段的平均摩尔质量= kg/kmol= kg/kmol4、平均密度 液相密度 =塔顶： = =796.7进料板上 由进料板液相组成 =0.102=924.2故精馏段平均液相密度=气相密度 =5、液体外表*力 =0.83817.8+(1-0.838)0.63=15.0=0.10216.0+(1-0.102)0.62=2.20=6、液体粘度 =0.8380.55+(1-0.838)0.37=0.521=0.1020.34+(1-0.102)0.29=0.295=以提馏段为例1、 平均摩尔质量塔釜 = 0.050 =0.0039=0.05046.07+(1-0.050)18.02=19.42 kg/kmol=0.003946.07+(1-0.0039)18.02=18.12 kg/kmol提馏段的平均摩尔质量= kg/kmol= kg/kmol2、 平均密度 塔釜，由塔釜液相组成 =0.0039=0.01=961.5故提馏段平均液相密度=气相密度=五 精馏段气液负荷计算V=R+1D=(2.32+1)15.25=50.63= mL=RD=2.3215.25=35.38= m六 提馏段气液负荷
