乙醇水连续筛板精馏塔的设计1.docx

成绩课程设计说明书题目乙醇一水连续筛板式精情塔的设计课程名院专班学生姓学指导教称化工原理系业级名号师目录第一章绪论3一、目的：3二、参数：3三、设计内容：3第二章课程设计报告内容4一、精储流程确实定4二、塔的物料衡算4三、塔板数确实定5四、塔的工艺条件及物性数据计算7五、精馀段气液负荷计算10六、塔和塔板主要工艺尺寸计算12七、筛板的流体力学验算17八、塔板负荷性能图20九、筛板塔的工艺设计计算结果总表23十、精馀塔的附属设备及接管尺寸错误!未定义书签第三章总结24乙醇一一水连续精储塔的设计第一章绪论一、目的：通过课程设计进一步稳固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤,使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书在常压连续精储塔中精储别离含乙醇70%的乙醇一水混合液，别离后塔顶储出液中含乙静量不小于90%,塔底釜液中含乙醇不高于0.遥(均为质量分数)二、参数：(1)设计任务• 进料乙醇X=70%(质量分数，下同)• 原料流量Q=20t/d• 塔顶产品组成＞90%• 塔底产品组成＜0.1%(2)操作条件• 操作压强：常压• 精锦塔塔顶压强：常压• 釜加热方式:直接蒸汽• 进料热状态：饱和蒸汽进料• 回流比：自定待测• 冷却水：20℃• 加热蒸汽：低压蒸汽，0.2MPa• 单板压强：Wlkpa• 塔顶为全凝器，中间饱和蒸汽进料，筛板式连续精储三、设计内容：(1)设计方案确实定及流程说明(2)塔的工艺计算(3)塔和塔板主要工艺尺寸的计算(a、塔高、塔径及塔板结构尺寸确实定;b、塔板的流体力学验算；c、塔板的负荷性能图)(4)设计结果概要或设计一览表(5)精储塔工艺条件图(6)对本设计的评论或有关问题的分析讨论第二章课程设计报告内容、精馆流程确实定乙醇、水混合料液经原料预热器加热至饱和后，送入精储塔。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一局部作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽塔釜采用直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(-)料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数70/4670/46+30/18=0.4890/4690/46+10/18=0.780.1/460.1/46+99.9/18=0.0004(二)平均摩尔质量=0.48x46+(1-0.48)xl8=3\A4kg/kmolMd=0.78x46+(1-0.78)xl8=3984kg/kmol=0.0004x46+(1-0.000令xl8=18.0\kg/kmol(三)物料衡算原料液流量F=20000/(24*31.44)=26.51kmol/h总物料衡算Q+W=F易挥发组分物料衡算xdD+xW=xfF联立以上三式得F=26.5//?D=14.68k—thW=n.33hnol/h三、塔板数确实定(-)理论塔板数的求取乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求N71 .根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x图附表乙醇一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0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.40.6140.040.2730.50.6570.060.340.60.6980.080.3920.70.7550.10.430.80.820.140.4820.8940.8940.180.5130.950.9420.20.5251.01.02 .乙醇一水体系的平衡曲线有下凹局部，求最小回流比自a(X[),X[))作平衡线的切线并延长与y轴相交，截距——=0.424Rmin+1凡『6839取操作回流比H=1.5Rmin=2x0.839=1.68故精循段操作线方程y=—x„+^-R+\R+\B|ly=0.627x+0.2913 .作图法求理论塔板数得=11层(包括再沸器)。

其中精播段理论板数为7层，提偏段为4层(包括再沸器)，第4层为加料板精微段:L=/?xD=1.68x14.68=24.66切//hV=(R+\)D=(1.68+1)x1468=393砍mollh提你段：L!=L+qF=L=24.66^/7?ol/hH=V-(1一切尸=39.34-26.51=1ZS3kmol/h（三）实际塔板数N精偏段"精=工=14层1110.50提偏段"提=总=8层V/•JV/全塔板数：N=22块四、塔的工艺条件及物性数据计算以精储段为例进行计算（一）操作压强匕塔顶压力匕=101.3〃%取每层塔板压强降△P=lAPa那么进料板压强/>=101.3+14x1=115.3灯功塔底压强压强Pd=101.3+22*1=121.3kpa精储段平均操作压强匕=UU士生=108.3祝a2提储段平均操作压强Pin="5二0，3=]18.3初a2（二）温度h依据操作压力，通过方程试差法计算出露点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算①方程为P=P%a+〃>8式中：X一溶液中组分的摩尔分数；尸一溶液上方的总压，Pa；P°一同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pao（下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分）②安托因方程为lg〃°=A-八式中：p°—在温度为T时的饱和蒸汽压，mmHgT—温度，℃A,B,C—Antoine常数,其值见下表。

附表Antoine常数组分ABC乙醇8.044961554.3222.65水7.966811668.21228计算结果如下:塔顶温度”.、8.04496—7.96681-公式：10z+22265X0.133x0.78+10/+228xO.l33x0.22=101.3“81.75C进料板温度八1、8.()4496-7.96681「".公式：10—222.65x0.133x0.48+10-228x0.133x0.52=115.3tF=87.31℃塔底温度八八8M96-上之7.96681-0公式：104222.65x0.133x0.0004+105x0.133x0.9996=121.3tw=10Q04℃那么精微段平均温度3=3二匚三=84.53C提储段平均温度鼠=8731；00・04=9368c(1)相对挥发度的计算：乙醇一水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，本设计中使用各温度下的几何平均值来表示一，°顶a底二2・32(2)求a〃/平均温度Ar==90.90(°C)下口尸0.449mpasUb-0.3281mpas那么Ul=xF以八+(1—xF)以b=0.48X0.449+(1-0.48)XO.3281二0.3861的asajuL=2.32X0.3861=0.8958(2)求板效率及由矶;0.8958,由？化工原理(下)？41页图10-20查得^=50%,查书团得：不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示:表2-1液相摩尔分数X气相摩尔分数y温度/℃液相摩尔分数X气相摩尔分数y温度/C0.000.001000.32730.582681.50.01900.170095.50.39650.612280.70.07210.389189.00.50790.656479.80.09660.437586.70.51980.659979.70.12380.470485.30.57320.684179.30.16610.508984.10.67630.738578.740.23370.544582.70.74720.781578.410.26080.558082.30.89430.894378.15①根据以上数据画出以下乙醇-水的t-x(y)相平衡图，以及乙醉-水的x-y图，见图1和图2.乙静一一7）Ct-X（V）图(三)平均摩尔质量也塔顶xD=y,=0.78查气液平衡曲线，可得玉=0.60=0.78x46+(1-0.78)x\8=39.84kg/kmolMg=0.60x46+(1-0.60)xl8=34.84/kmol进料板即查气液平衡曲线，可得)，尸=0.52年=0.19MVDtil=0.52x46+(1-0.52)x18=325^/kmol=0.19x46+(1-0.19)x18=23.32kg/kmol那么精偏段平均摩尔质量：11f39.84+32.56，必精)==362kgHanoi“34.8+23.32,,,M的精)=%=29.06kgHanoi平均密度4由书M和书叫1/0川二a/M+aJn力A为乙醇B为水塔顶：在81.75℃下：夕从二744.289（攵g/〃J）「那二972.870(kg/〃J)Pl\h)=0.90/744.289+(1-0.90)/972.870那么自皿=758.716(kg/而)进料:在进料温度87.31℃7：=729./?m二965.3(kg/nr)0.0639x46.072八aa=0.1490.48x46.07+(I—0.48)x18.02I=0.149(1-0.149)^7"729^+965.3那么p.F=921.0(kg/)即精储段的平均液相密度夕由二(758.716+921.0)/2=839.858(必/〃/)平均气相密度自加二竺典二——11L32s36.2——=1.180(4/〃/)“RT8.314x(90.90+273.15)液体平均粘度小川液相平均粘度依下式计算：ig〃历「ZxJgA(1)塔顶：查书时和书团中图表求得在81.75。

下：A是乙醇，B是水//m=0.504mpa-s;〃/泗=0.367mpas;lg4u)=0.78xlg(0.504)+0.22xlg(0.367)那么二°,477(mpas)(2)进料：在87.31℃下：Nfa"0-428mpas;〃尸/0.3165mpa•s01g%f=0.48xlg(0.428)+0.52xlg(0.3165)那么filF=0.3226(mpa-s)内(49+%f)/2=(0.477+0.3226)=0.3998液体外表张力5”(1)塔顶：查书画和书⑺求得在81.75℃下：bi=18.447niN/m4=62974〃W/in%=0.78x18.447+0.22x62.974=26.194(niN/m)(2)进料：在85C下:(7A=17.29Imah=60.79mN/。