化工原理课程设计_乙醇-水连续浮阀精馏塔的设计 (1)

第一章：塔板的工艺设计

一、精馏塔全塔物料衡算

F:进料量（kmol/s ） F x :原料组成（摩尔分数，同下） D:塔顶产品流量（kmol/s ） D x :塔顶组成 W:塔底残液流量（kmol/s ） ：W x 塔底组成

原料乙醇组成：%91.8%10018/8046/2046

/20x =⨯+=

F

塔顶组成：%98.85%10018

/646/9446

/94=⨯+=D x

塔底组成：%12.0%10018

/7.9946/3.046

/3.0=⨯+=W x

进料量：F=25万吨/年=

4706.03600

2430010

182.01462.010254

3=⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⨯（kmol/s ） 物料衡算式为：F=D+W Fx F =Dx D +W W x 联立带入求解：D=0.0482 kmol/s W=0.4424 kmol/s

二、常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系

1. 温度

利用表中数据由差值法可求得t F 、t D 、t W

①t F :

21

.791.80.89t 66.921.77

.860.89F --=--, t F =87.41 ℃

②t D :

72

.7498.8541.78t 72.7443.8941

.7815.78--=--D ， t D =78.21 ℃

③t W ：

12.0100

t 90.105.95100W --=

--， t W =99.72 ℃ ④精馏段的平均温度：81.822

21

.7841.872t t t 1=+=+=

F D ℃ ⑤提馏段的平均温度：57.932

72

.9941.872t t t 2=+=+=

F W ℃ 2. 密度

已知：混合液密度：

B B A A L

ραραρ+=

1

(α为质量分数，M 为平均相对分子质量) 混合气密度：0

04.22TP M

P T V =ρ

塔顶温度：t D =78.21 ℃ 气相组成43

.8910015

.7821.7843.8915.7815.7841.78y --=--D D y ：

， %88.86=D y

进料温度：t F =87.41℃ 气相组成F

F y 10091.3841

.870.8975.4391.387.860.89y --=--：

， %26.42y =F

塔底温度：t W =99.72℃

气相组成W

W y 100072

.991000.1705.95100y --=--：， W y =1.06%

⑴ 精馏段

液相组成1x ：1x =

2x x F

D +, %445.47x 1= 气相组成2

y y y y 11F

D +=

：, %545.64y 1= 所以 286.31)4745.01(184745.0461=-⨯+⨯=L M kg/mol 074.36)6455.01(186455.0462=-⨯+⨯=L M kg/mol

三、理论塔板的计算

理论板：指离开此板的气液两相平衡，而且上液相组成均匀。

理论版的计算方法：可采用逐板计算法、图解法，在本次试验设计中采用图解法。 根据5

1.0132510⨯Pa 下乙醇-水的气液平衡组成可绘出平衡曲线，即x-y 曲线图。泡点进料，所以q=1，即q 为一条直线。本平衡具有凹部分，操作线尚未落到平衡线，已与平衡线相切。q q min min x =0.8080y =0.8244=

2.2690=2.0=4.538R R R ，，所以，操作回流比，已知： 精馏段操作线方程：n+1=

1

1

0.81940.1553D n n x R R R y x x +

++=+

提馏段操作线方程：1 2.58240.00190w n n n Wx L qF y x x L qF W

L qF W

++=

-

=-+-+-

在图上作操作线，由（0.8598,0.8598）起在平衡线与精馏段操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q 线交点，直到阶梯与平衡线的交点小于0.0012为止，由此得到理论板

19T N =(快)(包括再沸器)，加料板为15块理论板。

板效率与塔板结构，操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔

板上传质过程的程度。板效率可用奥康奈尔公式-0.245

0.49()T E L αμ=计算。

其中：α-塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度； L μ-塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa ·s ⑴ 精馏段

已知：1=4.2775α , 10.3915L μ= mPa ·s

所以：-0.245

0.49(4.27750.3915)

=0.4319T E =⨯⨯ =33T P T

N N E =精 块

⑵ 提馏段

已知：2=8.20α ， 20.3088L μ= mPa ·s 所以：-0.2450.49(8.200.3088)=0.39T E '=⨯⨯ =

100%43.19%T P P

N N N ⨯=提

全塔所需实际塔板数：+P P P N N N =精提=33+11=44 块 全塔效率：100%43.19%T T P

N E N =

⨯=