乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计--精.doc

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1设计内容及任务 设计内容 乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计 设计任务 处理能力:3.6万吨/年,每年按300天计算,每天24小时连续运转。 原料乙醇-水溶液:7.4%组成(乙醇的质量分数) 产品要求:塔顶产品组成(质量分数):≥38.2% 塔底的产品组成(质量分数):≤0.1% 塔型选择 根据生产任务,若按年工作日300天,每天开动设备24小时计算,产品流量为265.3kmol/h,由于产品黏度较小,流量增大,为减少造价,降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响,提高生产效率,选择浮阀塔。 操作条件 操作压力:塔顶压强为常压101.3kPa 单板压降: 0.7KPa 进料状况:30°C冷夜进料 回流比:自选 加热方式:间接蒸汽加热 冷却水进口温度:30°C 塔的工艺计算a 1工艺过程 物料衡算工艺过程 1.1物料衡算 =7.4% =38.2% F=265.3kmol/h =0.0303 塔底产品流量: 1.1 表1 物料衡算数据记录 F 265.3kmol/h 0.0303 D 36.66kmol/h 0.1948 W 228..64kmol/h 0.00039 由图(在《化工原理》(第三版,王志魁)页)查出组成的乙醇-水溶液泡点为95.7°C,在平均温度为(95.7+30)/2=61.35下,由《化工原理》(第三版,王志魁)附录查得乙醇与水的有关物性为:(数值为在范围内的一个估值) 乙醇的摩尔热容: 乙醇的摩尔汽化潜热: 水的摩尔热容: 水的摩尔汽化潜热: 比较水与乙醇的摩尔汽化潜热可知,系统满足衡摩尔流的假定。加料液的平均摩尔热容: 加料液的平均汽化热:r= 1.2最小回流比及操作回流比的确定 由于产品纯度不高,故可采取塔顶进料,无回流,只有提留段操作,从而达到节约成本的目的。 1.3理论及实际塔板数的确定 (1)由相平衡方程式,可得 根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得: 因此可以求得: 平均相对挥发度的求取: 用逐板法计算理论板数 相平衡方程 包括塔釜共四块 (2)根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得: 塔顶: ,°C 塔釜: , °C 塔顶和塔釜的算术平均温度:t=91.5°C 由《化工原理》(第三版,化学工业出版社,王志魁)书中附表12查得: 在91.5°C下, , 根据公式 得 由奥康奈尔关联式: C 求解实际塔板数 取N=8 1.4塔的结构设计 1.4.1塔径的计算 查得有关乙醇与水的安托因方程: 乙醇: 得: 水: 得: 将代入 进行试差,求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度: 塔顶:, 试差得 塔釜压力: 塔釜:, 试差得 求得塔内的平均压力及温度: 平均摩尔质量的计算: 塔顶: 塔釜: 平均摩尔质量: 表2 平均摩尔质量的计算 塔顶 平均摩尔质量 塔釜 平均密度的计算: 汽相平均密度计算: 汽相平均密度: 液相平均密度计算: 塔顶:, 塔釜:,, 得: 液相平均密度: 表3 液相平均密度的计算 塔顶 塔釜 0.03119 精馏段液相平均密度 液体平均表面张力计算 液体平均表面张力按下式计算: 塔顶:,由《化工原理》(第三版,化学工业出版社,王志魁)附录二十 , 塔釜:,查附录:, 液体表面平均张力: 表4 液体平均表面张力计算 塔顶 塔釜 液体表面平均张力 液体平均黏度计算: 液体平均黏度按下式计算: 塔顶:,查由《化工原理》(第三版,化学工业出版社,王志魁)附录十二, 得: 塔釜:,查附录:, 得: 液体平均黏度: 表5 液体平均黏度计算 塔顶 塔釜 液体平均黏度 气液相体积流率计算: 汽相体积流率: 液相体积流率: 表6 气液相体积流率计算 塔径的确定 塔径的确定,需求=,C由下式计算: 由Smith图查取。 取板间距,板上液层高度,则 精馏段塔径的确定:图的横坐标为 查smith图, smith图 得 0.062 ==2.29m/s 取安全系数

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