化工原理课程设计(原料预热器①)
化工原理课程设计说明书 预热器
第一章列管换热器设计概述1.1.换热器系统方案的确定进行换热器的设计，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方案并选用适当类型的换热器，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给定生产任务所在地需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸且根据实际流体的腐蚀性确定换热器的材料，根据换热器内的压力来确定其壁厚。
1.1.1全塔流程的确定从塔底出来的釜液一部分进入再沸器再沸后回到精馏塔内，一部分进入到冷却器中。
为了节约能源，提高热量的利用率，采用原料液冷却塔底釜液，这样不仅冷却了釜液又加热了原料液，既可以减少预热原料所需要的热量，又可减少冷却水的消耗。
从冷却器出来的釜液直接储存，从冷却器出来的原料液再通往原料预热器预热到所需的温度。
塔顶蒸出的乙醇蒸汽通入塔顶全凝器进行冷凝，冷凝完的液体进入液体再分派器，其中的2/3回流到精馏塔内，另1/3进入冷却器中进行冷却，流出冷却器的液体直接储存作为产品卖掉。
1.1.2加热介质冷却介质的选择在换热过程中加热介质和冷却介质的选用应根据实际情况而定。
除应满足加热和冷却温度外，还应考虑来源方面，价格低廉，使用安全。
在化工生产中常用的加热剂有饱和水蒸气、导热油，冷却剂一般有水和盐水。
综合考虑，在本次设计中的换热器加热介质选择饱和水蒸气，冷却介质选择水。
1.1.3换热器类型的选择列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广，历史悠久，设计资料完善，并已有系列化标准，特别是在高温、高压和大型换热设备中占绝对优势。
所以本次设计过程中的换热器都选用列管式换热器。
由于本次设计过程中所涉及的换热器的中冷热流体温差不大（小于70℃）,各个换热器的工作压力在1.6MP以下，都属于低压容器，因固定管板式换热器两端管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单、价格低廉、管子里面易清洗，所以可选择列管式换热器中的固定管板式换热器。
1.1.4流体流动空间的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例)。
化工原理课程设计 苯-甲苯浮阀精馏塔共19页
3．课程设计报告内容3.1 流程示意图冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯↑↓回流原料→原料罐→原料预热器→精馏塔↑回流↓再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯3.2 流程和方案的说明及论证3.2.1 流程的说明首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。
因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。
气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。
液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。
塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成苯与甲苯的分离。
3.2.2 方案的说明和论证本方案主要是采用浮阀塔。
精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。
常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。
二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。
三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。
四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。
五：结构简单，造价低，安装检修方便。
六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。
而浮阀塔的优点正是：而浮阀塔的优点正是：1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。
化工原理课程设计 (1)
气相平均摩尔质量
液相平均摩尔质量
塔底
查平衡曲线得
气相平均摩尔质量
液相平均摩尔质量
精馏段平均摩尔质量
提馏段平均摩尔质量
4密度
精馏段气相平均密度
提馏段气相平均密度
由手册查得
塔顶（ ）
4∗密度2.3
则
进料板（ ）
4∗密度2.3
苯的质量分数
1漏液线
带入数据得，
精馏段漏液线方程
提馏段漏液线方程
2液沫夹带线
以 为限，由
以上各式联立求得
精馏段液沫夹带线方程
提馏段液沫夹带线方程
3液泛线
由
以上各式联立，得
精馏段液泛线方程
提馏段液泛线方程
4液相负荷下线
对于平直堰，取堰上液层高度 作为最小液体负荷标准，即
精馏段
提馏段
图2精馏段负荷性能图
5液相负荷上线
塔底空间高度HB按下式计算。
塔釜储液高度
其中，塔釜料液停留时间 取30min，查手册可知DN3200mm的封头容积为0.635m3。
塔底页面至最下层塔板间距h2取2.065m，则
全塔开6个人孔，分别位于塔顶、第7块板、第13块板、进料板、第26块板和塔釜，塔板间距 可保证足够的工作空间。
塔的有效高度
计算塔顶压力
对应的汽液平衡数据，绘制x-y图。
图1图解法求理论板数
本工艺采用泡点进料，进料热状况q=1。q线与平衡曲线的交点坐标为xq=0.836，yq=0.961。
最小回流比
取操作回流比
精馏段气相及液相负荷
提馏段气相及液相负荷
精馏段操作线方程
化工原理课程设计(杨广明)
南京工业大学《化工原理》课程设计设计题目常 常压二元筛板精馏塔的设计学生姓名 杨广明 班级、学号 化工070615指导教师姓名 金万勤、顾学红课程设计时间2010年6月14日-2010年6月25日课程设计成绩指导教师签字化学化工学院课程名称化工原理课程设计设计题目常压二元筛板精馏塔的设计学生姓名杨广明专业化工工程与工艺班级学号1001070615设计日期2010 年6 月14 日至2009 年6 月25日设计条件及任务：设计体系：乙醇—水设计条件:已知：进料量F= 200 kmol/h进料浓度Z F= 0.30 （摩尔分数，下同）进料状态：q＝ 0.5操作条件：塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。
塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃；塔釜加热方式：间接蒸汽加热，用3kgf/cm2水蒸汽全塔效率：E T = 52%分离要求：X D=88%；X W=1%；回流比R/R min =1.6 。
指导教师金万勤、顾学红2010年6月11日目录目录 (3)一、前言 (6)1.1总述 (6)1.2精馏操作对塔设备的要求 (6)1.3板式塔类型 (7)1.3.1筛板塔 (7)1.3.2浮阀塔 (7)二. 设计说明书 (8)2.1设计参数的确定 (8)2.1.1进料热状态 (8)2.1.2加热方式 (8)2.1.3回流比（R）的选择 (8)2.1.4 塔顶冷凝水的选择 (8)2.2确定设计方案的原则 (8)2.3流程简介及流程图 (9)2.3.1流程简介 (9)2.3.2流程图 (9)三．设计计算书 (10)3.1理论塔板数的计算与实际板数的确定 (10)3.1.1理论板数计算 (10)3.1.1.2汽液平衡数据（760mm Hg） (10)3.1.1.3 q线方程及Rmin和R的确定 (11)3.1.2实际塔板的确定 (11)3.1.2.1精馏段和提馏段气液流量的确定 (11)3.1.2.2操作线方程的确定 (11)3.1.2.3理论塔板的计算 (12)3.1.3实际板层数的确定 (12)3.2精馏塔工艺条件计算 (12)3.2.1操作压强的选择 (12)3.2.2操作温度的计算 (13)3.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 (13)3.3.1 密度及流量 (13)3.3.2液相表面张力的确定 (15)3.3.3 液体平均粘度计算 (15)3.4塔径、塔高的确定 (16)3.4.1精馏段 (16)3.4.2提馏段 (18)3.4.3塔有效高度 (18)3.4.4整体塔高 (19)3.5.塔板主要工艺参数确定 (19)3.5.1溢流装置 (19)3.5.1.1堰长l w (19)3.5.1.2出口堰高h w (19)3.5.1.3弓形降液管宽度W d和面积A f (20)3.5.1.4降液管底隙高度h0 (21)3.5.2塔板布置及筛孔数目与排列 (21)3.5.2.1塔板的分块 (21)3.5.2.2边缘区宽度确定 (21)3.5.2.3开孔区面积A a计算 (21)3.5.2.4筛孔计算及其排列 (22)3.6.筛板的力学检验 (22)3.6.1塔板压降 (22)3.6.1.1干板阻力h c计算 (22)3.6.1.2气体通过液层的阻力H l计算 (23)3.6.1.3液体表面张力的阻力计算 (23)3.6.1.4气体通过每层塔板的液柱高h p (23)3.6.1.5塔板压降计算 (24)3.6.2 筛板塔液面落差 (24)3.6.3液沫夹带 (24)3.6.4漏液 (24)3.6.5液泛 (25)3.7.塔板负荷性能图 (25)3.7.1漏液线 (25)3.7.2液沫夹带线 (25)3.7.3液相负荷下限线 (26)3.7.4液相负荷上限线 (27)3.7.5液泛线 (27)3.7.6操作弹性 (27)3.8. 辅助设备及零件设计 (28)3.8.1塔顶冷凝器（列管式换热器） (29)3.8.1.1设计和选用时应考虑的问题 (29)3.8.1.2估计换热面积 (30)3.8.1.3核算管程、壳程的流速及Re: (31)3.8.1.4核算流体阻力 (32)3.8.1.5计算传热系数 (33)3.8.2各种管尺寸的确定 (34)3.8.2.1进料管 (34)3.8.2.2釜残液出料管 (34)3.8.2.3回流液管 (35)3.8.2.4再沸器蒸汽进口管 (35)3.8.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管 (35)3.8.2.6冷凝水管 (35)3.8.3原料预热器 (36)3.8.5冷凝水泵 (38)3.9.设计结果汇总 (39)3.10. 参考文献及设计手册 (40)四．设计感想 (41)五．附录 (42)5.1 GB8163无缝钢管标准 (42)5.2 乙醇精馏工艺流程图 (42)5.3板式塔总体结构简图 (43)5.4设计中的注意点 (45)5.4.1板间距的初选 (45)5.4.2筛板塔正常操作的气液流量范围 (45)5.4.3关于负荷性能图的几点说明 (46)一、前言1.1总述在化学工业和石油工业中广泛应用吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作，其中精馏是分离均相液体混合物的典型化工单元操作。
化工原理课程设计完整版
化工原理课程设计完整版一、教学目标本课程旨在让学生掌握化工原理的基本概念、理论和方法，了解化工生产的基本过程和设备，培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解化工原理的基本概念和原理；（2）熟悉化工生产的基本过程和设备；（3）掌握化工计算方法和技能。
2.技能目标：（1）能够运用化工原理解决实际问题；（2）具备化工过程设计和优化能力；（3）学会使用化工设备和仪器进行实验和调试。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作意识和沟通能力；（2）增强学生对化工行业的认识和兴趣；（3）培养学生对科学研究的热爱和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.化工原理基本概念和原理：包括溶液、蒸馏、吸收、萃取、离子交换等基本操作原理和方法。
2.化工生产过程和设备：包括反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等的基本结构和原理。
3.化工计算方法：包括物料平衡、热量平衡、质量平衡等计算方法。
具体教学大纲安排如下：第1-2周：化工原理基本概念和原理；第3-4周：化工生产过程和设备；第5-6周：化工计算方法。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，引导学生理解和掌握；2.案例分析法：分析实际案例，让学生学会运用化工原理解决实际问题；3.实验法：进行实验操作，培养学生的实践能力和实验技能；4.小组讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：《化工原理》；2.参考书：相关化工原理的教材和学术著作；3.多媒体资料：教学PPT、视频、动画等；4.实验设备：反应器、换热器、蒸发器、膜分离设备等。
以上教学资源将用于支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面客观地评价学生的学习成果。
1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等形式的评估，考察学生的学习态度和理解能力。
化工原理课程设计换热器资料课件
实例分析过程展示
换热器类型的选择
设计参数的确定
热力计算与校核
结构设计与优化
根据工艺条件和设计要求，选 择合适的换热器类型，如管壳 式换热器、板式换热器等。
确定换热器的设计参数，包括 流体的进出口温度、流量、压 力降等。
启动前的准备
检查换热器及其附属设备是否完好，确保无泄漏、无堵塞；检查各 阀门开闭状态，确保流程畅通。
启动与运行
按照操作规程逐步启动换热器，观察并记录各项运行参数，如温度、 压力、流量等；及时调整操作参数，确保换热器在最佳工况下运行。
停机与维护
按规程逐步停止换热器运行，进行必要的维护和保养；记录停机原因 和时间，为下次启动提供参考。
根据传热面积和换热器结构，确定管 数和排布方式，以优化换热器的性能 和降低成本。
换热器材料的选择
根据工艺条件、操作温度和压力等因 素，选择合适的换热器材料，以确保 换热器的安全性和耐久性。
04
换热器材料选择与加工制 造
换热器材料的选择原则
耐腐蚀性
根据工艺流体的性质，选择能够抵抗腐蚀的 材料，如不锈钢、钛及钛合金等。
常见故障类型及处理方法
泄漏
发现泄漏应立即停机检查，找出泄漏点并进行修复；若泄漏严重，需 更换密封件或紧固件。
堵塞
换热器堵塞会导致流量减少、压力升高，需及时停机清洗；根据堵塞 原因选择合适的清洗方法，如化学清洗、机械清洗等。
结垢
结垢会影响换热效率，需定期进行清洗和除垢；对于严重结垢的换热 器，可考虑采用化学清洗或高压水枪清洗等方法。
提高分析、解决问题的能力， 培养创新意识和团队协作精神。
苯甲苯精馏塔工艺设计与原料液预热器选型设计化工原理课程设计
化工原理课程设计说明书设计项目：苯－甲苯精馏塔工艺设计与原料液预热器选型设计学院名称：化学工程学院专业班级：过控06-1学号：200612081 2006121学生姓名：叶少华王有为相庆庆设计组序：10指导教师：张洪流二○○八年七月十一日目录设计任务书 (3)设计指导书 (4)一、前言 (6)二、苯－甲苯精馏塔工艺设计…………………………………………？（一）精馏方案的确定…………………………………………………？（二）产品流量计算……………………………………………………？（三）操作回流比确定…………………………………………………？（四）理论塔板数计算…………………………………………………？（五）实际塔板数计算…………………………………………………？（六）塔内气、液相流量计算…………………………………………？（七）设计截面的选择…………………………………………………？（八）流体物性参数计算………………………………………………？（九）设计截面结构参数计算…………………………………………？（十）负荷性能图校核与结构参数推广………………………………？（十一）浮阀塔结构参数一览表……………………………………？三、列管式料液预热器的选型设计……………………………………？（一）物性参数计算……………………………………………………？（二）流体流动空间的选择……………………………………………？（三）列管类型的选择…………………………………………………？（四）初估换热器传热面积……………………………………………？（五）设备选型…………………………………………………………？（六）传热性能校核……………………………………………………？（七）换热器结构参数一览表…………………………………………？四、附设计图……………………………………………………………？五、参考文献……………………………………………………………？六、结束语………………………………………………………………？课程设计成绩评定表……………………………………………………？化工原理课程设计任务书同学：威名化工厂拟采用一板式塔分离苯－甲苯混合液。
化工原理课程设计(原料预热器①)
目录一、设计题目 _________________ 0二、设计依据 _________________ 0三、设计要求 _________________ 0第1节：物料衡算、热量衡算_____________________________________________ 01.精馏塔物料衡算 ______________________________________________________________ 02.冷凝器物料衡算及热量衡算 ____________________________________________________ 53.产品冷却器物料衡算及热量衡算 ________________________________________________ 74.原料预热器（1）的物料衡算及热量衡算 _________________________________________ 85.原料预热器（2）的物料衡算及热量衡算 _________________________________________ 96.再沸器的物料衡算及热量衡算 _________________________________________________ 107.物料衡算汇总表 _____________________________________________________________ 118.热量衡算及换热器要求汇总表 _________________________________________________ 12第2节：列管式换热器选型及校核（原料预热器①）________________________ 141.初选原料预热器（1）规格 ____________________________________________________ 142.核算总传热系数 _____________________________________________________________ 20第3节：所选固定管板式换热器的结构说明________________________________ 221.管程结构___________________________________________________________________ 222.壳体结构___________________________________________________________________ 233.其他主要附件_______________________________________________________________ 24第4节：换热器的主要结构和计算结果____________________________________ 24 第5节：参考文献及资料________________________________________________ 25 附___________________________ 26设计任务书一、设计题目：乙醇水精馏系统换热器设计二、设计依据：1、产量：7万吨2、年工作时间：330天3、原料乙醇：浓度50%（质量），出库温度25℃4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度≤45℃5、乙醇回收率：99.5%6、原料乙醇泡点进料，回流比R=1.15R min7、循环冷却水进口温度：30℃8、再沸器饱和水蒸气温度：150℃9、系统散热损失：不考虑系统散热损失10、换热器KA值裕度：20~40%11、原料预热器（2）设计三、设计要求：第1节：物料衡算、热量衡算1.精馏塔物料衡算乙醇、水的相对分子质量为M乙醇=46.07g/mol，M水=18.02g/mol 由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：F=50%/M X 50%/M M 50%/46.07=50%/46.07+50%/18.02=0.2812乙醇乙醇水+50%/ 由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：D 95%/X =95%/95%/46.0795%/46.075%/18.020.8814M M =+=乙醇乙醇水+5%/M 原料F 、塔顶馏出液D 的平均相对分子质量：F X M /F F M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=25.91乙醇水（1-）=0.2812（1-0.2812） D D D X M 8814881442.74/M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=乙醇水（1-）=0.（1-0.） 塔顶产品流率D ：(33024)D MD M h=⨯⨯()7371042.7433024206.79/8.83810/h kmol h kg h⨯=⨯⨯==⨯由乙醇回收率99.5%DFDX FX η==得：206.790.88140.28120.995651.42/D F DX F X kmol hη=⨯=⨯=4651.4225.9116878.29/1.68810/F kg hkg h =⨯=≈⨯流率W ：651.42206.79444.63/W F Dkmol h=-=-= 塔底残液摩尔分率：3651.420.2812206.790.8814444.632.0610F DW FX DX X W--=⨯-⨯==⨯塔底残液W 的平均相对分子质量：()()mol g M X M X M W W W /08.1802.181006.2-107.461006.213-3-=⨯⨯+⨯⨯=⨯-+⨯=水乙醇 3444.6318.088038.91/8.04010/W kg h kg h=⨯=≈⨯ 计算R min乙醇-水气液平衡数据101.32578.27470.7959180.816009 101.32578.230130.8163270.830926 101.32578.195040.8367350.846514 101.32578.169870.8571430.862807 101.32578.155050.8775510.879841 101.32578.151050.8979590.897655 101.32578.158340.9183670.916291 101.32578.177390.9387760.935794 101.32578.20870.9591840.956211 101.32578.252760.9795920.977595 101.32578.3103311作图如下：由图可得min0.193 1DX R=+，故R min=3.57R=1.15R min=1.15⨯3.57=4.1055塔顶冷凝器将来自塔顶的蒸汽全部冷凝，即该冷凝器为全凝器，凝液在泡点温度下部分地回流入塔，由恒摩尔流假定，塔顶液体摩尔流率L 、气体摩尔流率V 为:44.1055206.79848.898/3.62810/L RDkmol h kg h==⨯==⨯ ()415.1055206.791055.77/45123.45/4.51210/V R D kmol h kg h kg h=+=⨯==≈⨯ 因为是泡点进料，所以q=1()()()()()4V V 1114.10551206.7911651.421055.77/19088.32/ 1.90910/q F R D q Fkmol h kg h kg h =--=+--=+⨯--⨯==≈⨯344.1055206.791651.421.510/27127.17/2.71310/L L qFRD qFkmol h kg h kg h=+=+=⨯+⨯≈⨯=≈⨯ 又W=1.76*10-3，则V =L -W 成立 2.冷凝器物料衡算及热量衡算查【《化工原理》下册P268附录】得，质量组成为95%的乙醇水溶液的沸点为78.2℃。
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目录一、设计题目 _________________ 0二、设计依据 _________________ 0三、设计要求 _________________ 0第1节：物料衡算、热量衡算_____________________________________________ 01.精馏塔物料衡算 _____________________________________________________________ 02.冷凝器物料衡算及热量衡算 ___________________________________________________ 53.产品冷却器物料衡算及热量衡算 _______________________________________________ 74.原料预热器（1）的物料衡算及热量衡算________________________________________ 85.原料预热器（2）的物料衡算及热量衡算________________________________________ 96.再沸器的物料衡算及热量衡算 ________________________________________________ 107.物料衡算汇总表 ____________________________________________________________ 118.热量衡算及换热器要求汇总表 ________________________________________________ 12第2节：列管式换热器选型及校核（原料预热器①）________________________ 141.初选原料预热器（1）规格 ___________________________________________________ 142.核算总传热系数 ____________________________________________________________ 20第3节：所选固定管板式换热器的结构说明________________________________ 221.管程结构 __________________________________________________________________ 222.壳体结构 __________________________________________________________________ 233.其他主要附件 ______________________________________________________________ 23第4节：换热器的主要结构和计算结果____________________________________ 24第5节：参考文献及资料________________________________________________ 25附___________________________ 26设计任务书一、设计题目：乙醇水精馏系统换热器设计二、设计依据：1、产量：7万吨2、年工作时间：330天3、原料乙醇：浓度50%（质量），出库温度25℃4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度≤45℃5、乙醇回收率：99.5%6、原料乙醇泡点进料，回流比R=1.15R min7、循环冷却水进口温度：30℃8、再沸器饱和水蒸气温度：150℃9、系统散热损失：不考虑系统散热损失10、换热器KA值裕度：20~40%11、原料预热器（2）设计三、设计要求：第1节：物料衡算、热量衡算1.精馏塔物料衡算乙醇、水的相对分子质量为M乙醇=46.07g/mol，M水=18.02g/mol 由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：F=50%/M X 50%/M M 50%/46.07=50%/46.07+50%/18.02=0.2812乙醇乙醇水+50%/ 由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：D 95%/X =95%/95%/46.0795%/46.075%/18.020.8814M M =+=乙醇乙醇水+5%/M 原料F 、塔顶馏出液D 的平均相对分子质量：F X M /F F M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=25.91乙醇水（1-）=0.2812（1-0.2812） D D D X M 8814881442.74/M X g mol=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=乙醇水（1-）=0.（1-0.） 塔顶产品流率D ：(33024)D MD M h=⨯⨯()7371042.7433024206.79/8.83810/h kmol h kg h⨯=⨯⨯==⨯由乙醇回收率99.5%DFDX FX η==得：206.790.88140.28120.995651.42/D F DX F X kmol hη=⨯=⨯=4651.4225.9116878.29/1.68810/F kg hkg h =⨯=≈⨯流率W ：651.42206.79444.63/W F Dkmol h=-=-= 塔底残液摩尔分率：3651.420.2812206.790.8814444.632.0610F DW FX DX X W--=⨯-⨯==⨯塔底残液W 的平均相对分子质量：()()mol g M X M X M W W W /08.1802.181006.2-107.461006.213-3-=⨯⨯+⨯⨯=⨯-+⨯=水乙醇 3444.6318.088038.91/8.04010/W kg h kg h=⨯=≈⨯ 计算R min乙醇-水气液平衡数据101.325 78.2747 0.795918 0.816009 101.325 78.23013 0.816327 0.830926 101.325 78.19504 0.836735 0.846514 101.325 78.16987 0.857143 0.862807 101.325 78.15505 0.877551 0.879841 101.325 78.15105 0.897959 0.897655 101.325 78.15834 0.918367 0.916291 101.325 78.17739 0.938776 0.935794 101.325 78.2087 0.959184 0.956211 101.325 78.25276 0.979592 0.977595 101.325 78.31033 1 1作图如下：由图可得min0.193 1DX R=+，故R min=3.57R=1.15R min=1.15⨯3.57=4.1055塔顶冷凝器将来自塔顶的蒸汽全部冷凝，即该冷凝器为全凝器，凝液在泡点温度下部分地回流入塔，由恒摩尔流假定，塔顶液体摩尔流率L 、气体摩尔流率V 为:44.1055206.79848.898/3.62810/L RDkmol h kg h==⨯==⨯ ()415.1055206.791055.77/45123.45/4.51210/V R D kmol h kg h kg h=+=⨯==≈⨯ 因为是泡点进料，所以q=1()()()()()4V V 1114.10551206.7911651.421055.77/19088.32/ 1.90910/q F R D q Fkmol h kg h kg h =--=+--=+⨯--⨯==≈⨯344.1055206.791651.421.510/27127.17/2.71310/L L qFRD qFkmol h kg h kg h=+=+=⨯+⨯≈⨯=≈⨯ 又W=1.76*10-3，则V =L -W 成立 2.冷凝器物料衡算及热量衡算查【《化工原理》下册P268附录】得，质量组成为95%的乙醇水溶液的沸点为78.2℃。
此温度下乙醇的汽化潜热r 可以下式求得：水水乙醇乙醇x r x r r +=其中B c A(t t)r -=【查《化工原理》上册281P 附表】得： 乙醇：A=113，B=0.4218，c 243t C =︒乙醇; 水：A=445.6，B=0.3003；c 374t C =︒水 求得973.18/kJ kg r =乙醇；2460.29/kJ kg r =水；其中8814.002.18/%507.46/%9507.46/%95/%5/%95/%95=+=+=水乙醇乙醇乙醇M M M x1186.0-1==乙醇水x x 所以kg kJ r /55.1149=则冷凝塔顶混合蒸汽放出的热量1Q11745123.451149.5551871661.95J /5.18710J /14408.80kwmv Q q rk h k h ==⨯=≈⨯= 冷凝器冷却水进口温度为1t =30℃，故假定冷却水出口温度2t =50℃。
取水的比热容为()()12/23050/240t t t C=+=+=时的Cp=4.174kJ/kg ·℃，设冷却水用量为2mv q ,由()1221t t C q Q p mv -=得:()()1221551871661.95621366.34 6.2110/4.1745030mv p Q q C t t kg h -===≈⨯⨯- 冷凝器对数平均温度△m t :503037.3178.230ln78.250m t C -∆==--由传热基本方程 m t ∆Q=KA 得：151871661.951390288.44/386.19/37.31m Q KA kJ h C kw C t ===•≈∆ 3.产品冷却器物料衡算及热量衡算 无相变，出口量等于进口量，物料无变化 故：D=206.79kmol/h产品由78.2℃经产品冷却器降低到40℃，78.24059.12t +==℃，由【《化工原理》279P 附表】:B AtC p +=，其中21058.1-⨯=A ，264.2=B 得：164.1 3.198/p C C kJ kg C =•时则产品冷却器的将产品冷却所需的热量为:()21578.24038.2 3.1988838.201079706.33/10.79710/p Q C D kJ h kJ h=-⨯⨯=⨯⨯=≈⨯ 产品冷却器进口温度1t =25℃，假定出口温度2t =41.4℃，则C t 2.332254.41=+=可得：，其中633.3B 10333.8A ,3-2=⨯=+=B At C p 2 3.910/p C kJ kg C =•()22541.42516.4 3.91016878.291082303.47/10.82310/300.64kwp Q C F kJ h kJ h =-⨯⨯=⨯⨯=≈⨯=前后所需热量相近，故假定出口温度为41.1℃成立。