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1、一 设计任务书2二 塔板的工艺设计3 （一）设计方案的确定3 （二）精馏塔的物料衡算31.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数32. 物料衡算4 (三)物性参数的计算41.操作温度的确定52. 密度的计算53.混合液体表面张力的计算114.混合物的粘度125.相对挥发度14 (四)理论板数及实际塔板数的计算151.理论板数的确定152.实际塔板数确定18 (五)热量衡算191.加热介质的选择192. 冷却剂的选择：193.比热容及汽化潜热的计算19 (六)塔径的初步设计251.汽液相体积流量的计算252.塔径的计算与选择26 (七)溢流装置29 1.堰长292.弓形降液管的宽度和横截面积303.降
2、液管底隙高度31 4.塔板分布31 5. 浮阀数目与排列32 （八)汽相通过浮阀塔板的压降351.精馏段352.提馏段36 （九)淹塔371.精馏段372.提馏段38 （十)雾沫夹带38 （十一)塔板负荷性能图401.雾沫夹带线402.液泛线413.液相负荷上限线434.漏液线435.液相负荷下限线44三、塔总体高度计算471.塔顶封头472.塔顶空间473.塔底空间485.进料板处板间距486.裙座48四、塔的接管50 1.进料管502.回流管503.塔底出料管514.塔顶蒸汽出料管515.塔底蒸汽管51五、塔的附属设备设计521.冷凝器的选择522.再沸器的选择53六、 参考文献.54七、
3、 设计评述.55 一、设计任务书【设计题目】分离乙醇-正丙醇混合液的精馏塔设计【设计条件】进料：乙醇含量35%（质量分数，下同），其余为正丙醇 分离要求：塔顶乙醇含量90%；塔底乙醇含量0.01% 生产能力：年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨，年工7200小时 操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强1.03atm(绝压)；泡点进料； R=5 【设计计算】塔板的工艺设计 （一）设计方案的确定 本设计的任务是分离乙醇-正丙醇混合液。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。（二）精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数 乙醇的摩尔质量 MA=46kg/kmol 丙醇的摩尔质量 MB=60
4、kg/kmol 原料乙醇的摩尔分数： 塔顶产品的摩尔分数：塔釜残夜乙醇的摩尔分数：2. 物料衡算 原料处理量： 物料衡算： 乙醇的物料衡算： 两式联立得： (三)物性参数的计算表1 乙醇正丙醇混合液的 t-x-y 关系（x表示液相中乙醇摩尔分率，y表示气相中乙醇摩尔分率）t97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38x00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841.0y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141.0表1的平衡数据摘
5、自：J.Gmebling,U.onken Vapor-liquidEquilibrium Data Collection-Organic Hydroxy Compounds: Alcohols(p.336)。乙醇沸点：78.3；正丙醇沸点：97.2。1.操作温度的确定利用上表中数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW 进料温度： 塔顶温度： 塔釜温度：精馏段平均温度：提馏段平均温度：2. 密度的计算利用式：计算混合液体的密度和混合气体的密度。(1)塔顶： 塔顶温度：tD=79.81 气相组成yD: 进料： 进料温度：tF=87.21 气相组成yF: 塔釜： 塔釜温度：tW=
6、97.60 气相组成yW: (2)精馏段平均液相组成 : 精馏段平均汽相组成 :精馏段液相平均相对分子量: 精馏汽相平均相对分子量: (3)提馏段平均液相组成 提馏段平均汽相组成： 提馏段液相平均相对分子量: 提馏汽相平均相对分子量: (4)进料、塔顶及塔釜混合液的密度表2：不同温度下乙醇和正丙醇的密度温度/707580859095100乙醇748.87739.87735.87731.87728.87723.87715.87正丙醇762.56755.86750.86745.87740.87735.87730.87 利用表2中的数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW下的乙醇
7、和正丙醇的密度。进料温度tF：tF=87.21 塔顶温度tD：tD=79.81 塔釜温度tW：tW=97.60 (5) 精馏段液相平均密度和提馏段液相平均密度精馏段液相平均密度： 提馏段液相平均密度： (6)精馏段和提馏段混合液的平均摩尔质量塔顶混合液的平均摩尔质量： 进料液的平均摩尔质量：塔底釜残液的平均摩尔质量：所以，精馏段混合液的平均摩尔质量： 提馏段混合液的平均摩尔质量： (7) 精馏段汽相平均密度和提馏段汽相平均密度塔顶混合液汽相平均密度：进料液汽相平均密度：塔底釜残液汽相平均密度：所以，精馏段汽相平均密度： 提馏段汽相平均密度： 3.混合液体表面张力的计算表3：不同温度下乙醇和正丙
8、醇的表面张力温度/707580859095100乙醇18.217.917.417.016.416.115.7正丙醇19.819.518.918.518.117.617.2 利用表3中的数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW下的乙醇和正丙醇的表面张力。进料温度tF：tF=87.21塔顶温度tD：tD=79.81 塔釜温度tW：tW=97.60 (2)提馏段和精馏段的平均表面张力 精馏段平均表面张力：提馏段平均表面张力：4.混合物的粘度表4：不同温度下乙醇和丙醇的粘度温度707580859095100乙醇0.510.4800.4260.4100.3700.3450.325正丙
9、醇0.850.7500.6850.6400.5650.4950.460利用表4中的数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW下的乙醇和正丙醇的粘度。 (1) 混合液体粘度精馏段的平均温度为：,该温度下 乙醇的粘度为： 正丙醇的粘度为：精馏段混合液的粘度为：(2)提馏段的平均温度为：,该温度下 乙醇的粘度为： 正丙醇的粘度为： 提馏段混合液的粘度为：5.相对挥发度由, 得由, 得由, 得精馏段的相对挥发度：精馏段气液平衡方程:提馏段的相对挥发度：提馏段气液平衡方程:平均相对挥发度(四)理论板数及实际塔板数的计算1.理论板数的确定 设计条件已确定回流比R=5，并且是泡点进料,q=
10、1则， 本设计采用图解法求解理论板数。由表1中乙醇和正丙醇的气液平衡数据，绘出x-y图，如下图： 操作线方程精馏段操作线方程为： 精馏段气液平衡方程:提馏段操作线方程为： 提馏段气液平衡方程: 利用逐板计算法计算理论板数 采用逐板计算法，运用Excel快捷、准确地计算出理论塔板数。其Excel表格设计原理如下：精馏段理论塔板数的计算（交替使用相平衡方程和精馏操作线方程）： 相平衡 操作线 相平衡 操作线xD=y1 x1 y2 x2 y3 xn 计算到xn xF则第n块板即为进料板。 提馏段理论塔板数的计算（交替使用相平衡方程和提馏操作线方程）：相平衡 操作线 相平衡 操作线xn yn xn+1
11、 xN计算到xN xW则理论塔板数为N块。由Excel计算结果见表：x编号x的值y编号y的值备注x10.902215469y10.9423x20.844150444y20.905545486x30.772250282y30.85717732x40.689638204y40.797284485x50.602498702y50.728468624x60.518495095y60.655881419x70.444254842y70.585906414x80.3835167190.413y80.524064284进料板x90.302848374y90.473469427x100.217263773y100.364905591x110.146251867y110.261776146x120.093654353y120.176206799x130.057881405y130.112826795x140
