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1、西北农林科技高校食品科学与工程学院食品工程原理课程设计说明书 任务名称：塔板式精馏塔设计 设计人：XXX XXX 专业：食品科学与工程 班级组别：食品工程12（1班）-塔板式精馏塔设计5.1.16 成果:中国 陕西 杨陵乙醇水精馏塔设计任务书（板式塔）一设计题目乙醇水连续精馏塔的设计。二设计原始数据及操作条件及基础数据1.进精馏塔的料液含乙醇30(质量)。2.产品的乙醇含量不得低于98(质量)。3.残液中乙醇含量不得高于0.2(质量)。4.生产实力为日产(24小时)24 吨98(质量)的乙醇产品。5.操作条件进料热状态 q取1.2。回流比自选。 6.基础数据: 常压下乙醇水系统xy数据:相对挥
2、发度取2.0 ET取56% HT取0.3m 空塔气速取1.0m/s三设备型式设备型式为板式塔四设计任务1.设计方案的确定及说明。2.塔的工艺计算。3.塔高、塔径尺寸及一些协助件尺寸的确定。4.设计结果概要或设计一览表。5.精馏塔的工作图。6.对本设计的评述或有关问题的分析探讨。书目（一）设计方案简介- 4 -（二）工艺计算及主体设备设计计算- 4 -1精馏流程的确定- 4 -2塔的物料恒算- 4 - 2.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数- 5 - 2.2 料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量- 5 - 2.3 物料恒算- 5 -3塔板数的确定- 5 -3.1理论塔板数的求取- 5 -3.1.1绘
3、制相平衡图- 5 - 3.1.2 求最小回流比、操作回流比- 5 - 3.1.3 求理论塔板数- 6 -3.2全塔效率- 8 -3.3实际塔板数- 8 -4塔的工艺条件及物性数据计算2- 8 -4.1操作压力- 8 -4.2温度1- 8 -4.3平均摩尔质量- 8 -4.4平均密度- 9 -4.5液体表面张力- 10 -4.6液体黏度- 11 -5气液负荷计算2- 11 -6塔和塔板主要工艺尺寸计算3，4- 12 -6.1塔径- 12 -6.2溢流装置- 12- 6.2.1溢流堰长度- 12 -6.2.2出口堰高度- 12 -6.2.3弓形降液管宽度Wd和截面积Af- 13 -6.2.4降液管
4、底隙高度h- 14 -6.3塔板布置- 14 -6.4筛孔数与开孔率- 14-6.5塔的有效高度(精馏段)- 15 -6.6塔高计算- 15 -7.筛板的流体力学验算5- 15 - 7.1塔板压降- 15 - 7.2液面落差- 17 - 7.3.液沫夹带- 17 - 7.4漏液- 17- 7.5液泛- 17 -8.塔板负荷性能图6- 18 - 8.1漏液线- 18 - 8.2液沫夹带线- 18 - 8.3液相负荷下限线- 19 - 8.4液相负荷上限线- 19 - 8.5液泛线- 19 -筛板主要结果汇总表- 20 -9.附图- 22 -10.本设计的评价或有关问题的分析探讨- 23 -附：参
5、考文献- 24 -符号说明25（一）设计方案简介精馏是分别液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次干脆接触和分别，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分别该过程是同时进行传质传热的过程。本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和绘精馏塔结构图。（二）工艺计算及主体设备设计计算1精馏流程的确定 本设计任务为分别乙醇水混合物。对于二元混合物的分别，应采纳连续精馏流程。设计中采纳q=1.2进料，将原料液通过预热器加热至泡点
6、后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采纳全凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属于易分别物系，回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采纳间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2塔的物料恒算2.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数乙醇的摩尔质量 MA=46.07kg/kmol水的摩尔质量 MB=18.02kg/kmol料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数xF =xD = xw=2.2 料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.14446.07（10.144）18.02=22.06/molMD=0.9546.07（10.95）18.02=44.67/molMW=0.000
7、846.07（10.0008）18.02=18.04/mol2.3 物料恒算乙醇产量 D=1000kg/h D=总物料横算 D+ W=F易挥发组分物料横算 0.144F=0.950D0.0008W 联立解得 W=F=3塔板数的确定3.1理论塔板数的求取3.1.1绘制相平衡图由气液平衡方程 =2.0 得 可在两组分溶液的xy图上画出气液平衡线3.1.2 求最小回流比、操作回流比因为q=1.2,依据 即q线方程y=6x-0.72与平衡线交于q点，可算出q点对应的x、y值，=0.287, =0.168;故最小回流比为 Rmin=5.58 取操作回流比为 R=1.5Rmin=1.55.58=8.373
8、.1.3 求理论塔板数乙醇-水属志向物系，可采纳逐板计算法或图解法求理论板层数。本设计采纳逐板计算法精馏段操作线方程：精馏段液相质量流量：精馏段气相质量流量：精馏段操作方程： 提馏段液相质量流程：提段气相质量流程：提馏段操作线方程：.由以上精馏段操作方程和提馏段操作线方程可得：两操作线交点的横坐标为 精馏段塔板数气相液相1234567890.950.90890.84490.75420.64160.52280.41700.33620.28150.90480.83300.73150.60540.47230.35390.26340.20210.1638 提馏段塔板数气相液相进料板1112131415
9、1617181920212223242526272829300.24730.21550.18440.15500.12810.10430.08380.06650.05220.04060.03130.02390.01810.01350.01000.00730.00530.00370.00250.00160.00080.14110.12080.10160.08400.06840.05500.04370.03440.02680.02070.01590.01210.00910.00680.00500.00370.00270.00190.00130.00080.0004精馏段理论板数为9层，提馏段理论板数
10、为20层，第10层为加料板。3.2全塔效率ET=56%3.3实际塔板数总理论板层数 NT=29进料板位置 NF=10精馏段实际板层数 N精=90.56=16.0717层提馏段实际板层数 N提=200.56=35.738层4塔的工艺条件及物性数据计算24.1操作压力塔顶操作压力 PD=101.3kPa每层塔板压降取 P=0.7kPa进料板压力 PF=101.30.717=113.2kPa精馏段平均压力 Pm（精）=107.3KPa塔底压力 PW=101.30.753=138.4kPa提馏段平均压力 Pm（提）=125.8KPa4.2温度1依据操作压力，试差法计算出操作温度。 塔顶温度 tD=78
11、.0 进料板温度 tF=98.9塔底温度 tW=97.4精馏段平均温度 t精 = = 88.45 提馏段平均温度 t提 = = 98.154.3平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量计算由xD=y1=0.95,查平衡曲线得 x1=0.9048MVDm=0.9546.07(10.95)18.02=44.67kg/kmol 气态MLDm=0.904846.07(10.9048) 18.02=43.40kg/kmol 回流液态进料板平均摩尔质量计算由yF=0.2473查平衡曲线得 xF=0.1411MVFm=0.247346.07（10.2473）18.02=24.96kg/kmol气态MLFm=0.1411
12、46.07（10.1411）18.02=21.98kg/kmol回流液态塔底平均摩尔质量计算由yW=0.0008,查平衡曲线得 xW=0.0004MVWm=0.000846.07(10.0008)18.02=18.042kg/kmol 气态MLWm=0.000446.07(10.0004) 18.02=18.031kg/kmol 回流液态精馏段平均摩尔质量MVm=34.82kg/kmolMLm=32.69kg/kmol提馏段平均摩尔质量MVm=21.50kg/kmolMLm=20.01kg/kmol4.4平均密度（1）气相平均密度计算由志向气体状态方程计算，即=1.243/m=0.876/m（2）液相平均密度计算 1/lm=i/i塔顶液相平均密度的计算由TD=78.0,查手册得 a =739/m b =973/m LDm=进料板液相平均密度的计算由TF=98.9,查手册得 a=716/m b=958/m进料板液相的质量分率 aAF=0.296 LFm=870.87/m提馏段液塔顶液相平均密度的计算由Tw=97.4
