化工原理乙醇水_课程设计汇总

化工原理课程设计

分离乙醇-水混合物精馏塔设计

学院：化学工程学院

专业：

学号：

姓名：

指导教师：

时间： 2012年6月13日星期三

化工原理课程设计任务书

一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计

二、原始数据：

a）原料液组成：乙醇 20 % 产品中：乙醇含量≥94% 残液中≤4%

b）生产能力：6万吨/年

c）操作条件

进料状态：自定操作压力：自定

加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定

三、设计说明书内容：

a）概述

b）流程的确定与说明

c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔）

d) 塔径的计算

e）1）塔板结构计算；

a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算；

a 压力降；

b 喷淋密度计算

f）其它

（1）热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算

（2）冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔）

（3）除沫器设计

g）料液泵的选型

h）计算结果一览表

第一章 课程设计报告内容

一、精馏流程的确定

乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

二、塔的物料衡算

(一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数

20/46

0.089220/4680/18

F x =

=+

86.018

/646/9446

/94=+=D x

4/46

0.0164/4696/18W x ==+

(二) 平均摩尔质量

0.089246(10.0892)18/20.498/F M kg kmol kg kmol =⨯+-⨯= 0.8646(10.86)18/42.08/D M kg kmol kg kmol =⨯+-⨯= 0.01646(10.016)18/18.448/W M kg kmol kg kmol =⨯+-⨯=

(三) 物料衡算

总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 600001000

/198.04/42.0830024

D m D kmol h kmol h M T ⨯=

==•⨯⨯

联立以上三式得

2283.41/F kmol h = 2283.41/W kmol h =

三、塔板数的确定

(一) 理论塔板数T N 的求取

根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图

乙醇—水气液平衡数据

液相中乙醇的摩尔

分数

气相中乙醇的摩尔

分数

液相中乙醇的摩尔分

数

气相中乙醇的摩尔

分数

0.00.00.250.551

0.010.110.300.575

0.020.1750.40.614

0.040.2730.50.657

0.060.340.60.698

0.080.3920.70.755

0.10.430.80.82

0.140.4820.8940.894

0.180.5130.950.942

0.20.525 1.0 1.0

乙醇—水图解法求理论塔板数

2. 乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（

,

,

,

D

D

x

x）作平衡线的切线

并延长与y轴相交，截距

min 0.29561

D

x R =+

min 1.91R =

取操作回流比min 22 1.91 3.82R R ==⨯= 故精馏段操作线方程 1

1+++=

R x R R

y D

即0.79250.1784y x =+

3.作图法求理论塔板数T N 得

18T N =（不包括再沸器）。第16层为加料板。

(四) 物性参数和实际塔板数的计算

4.1温度

常压下乙醇—水气液平衡组成与温度的关系

利用表中数据由内差可求得t F t D t W

① t F :

8986.77.219.66--=89.0

8.927.21f t -- t F =87.39℃

② t D : :42.7443.8941.7815.78--=43.890.8615

.78--d t t D =78.21℃

③ t W :90.105.95100--=100

1.60

w t -- t W =96.21℃

④ 精馏段平均温度:1t =2d f t t +=87.3978.21

2

+=82.8℃

⑤ 提留段平均温度:2t =2w f t t +=87.3996.21

2

+=91.8℃

4.2气液组成

塔顶温度: t D =78.21℃ 气相组成y D :

78.4178.1578.2178.15

0.78150.89430.8943

D y --=

-- y D =0.8683 进料温度: t F =87.39℃ 气相组成y F :

89.086.789.087.39

0.38910.43750.3891F

y --=

-- y F =0.4230 塔底温度: t W =99.91℃ 气相组成y w :95.589.095.591.8

0.0190.07210.019w

y --=

-- y w =0.04923 (1)精馏段

液相组成x 1:10.860.0892

0.474622

D F x x x ++=

== 气相组成y 1:10.86830.4230

0.645722

D F y y y ++===

所以1460.474618(10.4746)31.29/L M kg mol =⨯+⨯-=

1460.645718(10.6457)36.08/V M kg mol =⨯+⨯-=

(2)提留段

液相组成x 2:20.0160.0892

0.052622

W F x x x ++=

== 气相组成y 2:20.049230.04230

0.2361

22W F y y y ++===

所以2460.474618(10.4746)19.47/L M kg mol

=⨯+⨯-=

2460.236118(10.2361)24.61/V M kg mol =⨯+⨯-=