化工原理课程设计--乙醇水连续精馏塔优化设计.doc

乙醇与水连续精馏塔 课程设计 题目：乙醇水连续精馏塔优化设计 目录 第一章 设计方案的确定及流程说明 3 1.1塔型选择 3 1.2操作流程 3 第二章 塔的工艺计算 4 2.1整理有关数据并绘制相关表格 4 2.2全塔物料衡算 5 2.3最小回流比与操作回流比 6 2.4理论塔板数的确定 7 2.5全塔效率的估算 7 2.6实际塔板数的求取 10 第三章 塔的工艺条件及物性计算 11 3.1操作压强Pm 11 3.2温度tm 12 3.3平均摩尔质量 错误！未定义书签。2 3.4平均密度 13 3.5液体表面张力 16 3.6平均粘度的计算 17 3.7汽液相体积流率 18 3.8塔径的计算 19 3.9精馏塔高度的计算 20 第四章 塔板主要工艺尺寸的计算 21 4.1 溢流装置 21 4.2 塔板布置 24 第五章 塔板的流体力学验算 235 5.1 气体通过塔板的压力降hp液柱 27 5.2 液面落差 267 5.3 液沫夹带（雾沫夹带） 267 5.4 漏液 268 5.5 液泛 28 第六章 塔板负荷性能图 279 6.1漏液线 279 6.2液沫夹带线 29 6.3液相负荷下限线 30 6.4液相负荷上限线 30 6.5液泛线 30 第七章 各接管尺寸的确定及选型 33 7.1进料管尺寸的计算及选型 33 7.2釜液出口管尺寸的计算及选型 33 7.3回流管尺寸的计算及选型 33 7.4塔顶蒸汽出口径及选型 34 第八章 精馏塔的主要附属设备 34 8.1冷凝器 34 8.2预热器 35 8.3再沸器 35 设计结果一览表 36 参考文献 36 第一章、设计方案的确定及流程说明 1.1 塔型选择 根据生产任务，若按年工作日330天，每天开动设备24小时计算，产品流量为140kmol/h，由于产品粘度较小，流量较大，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，选用筛板塔。 1.2 操作流程 乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。 乙醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。 流程示意图如下图（图一） 第二章、塔的工艺计算 2.1整理有关数据并绘制相关表格： 2.1.1乙醇和水的汽液平衡数据（101.3KPa即760mmHg） 不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成数据如下（见化工原理课本下册P269）（表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/℃ 0.00 0.00 100 0.3273 0.5826 81.5 0.0190 0.1700 95.5 0.3965 0.6122 80.7 0.0721 0.3891 89.0 0.5079 0.6564 79.8 0.0966 0.4375 86.7 0.5198 0.6599 79.7 0.1238 0.4704 85.3 0.5732 0.6841 79.3 0.1661 0.5089 84.1 0.6763 0.7385 78.74 0.2337 0.5445 82.7 0.7472 0.7815 78.41 0.2608 0.5580 82.3 0.8943 0.8943 78.15 根据以上数据画出以下乙醇 图3 与水的t-x（y）相平衡图（图2）及乙醇与水的x-y（图3）： 2.2全塔物料衡算 原料液中： 设A组分——乙醇；B组分——水 乙醇的摩尔质量：M乙=46.07 kg/kmol；水的摩尔质量： M水=18.02 kg/kmol 2.2.1查阅文献，整理相关的物性数据 水和乙醇的物理性质（表2） 名称 分子式 相对分子质量 密度　 20℃ 沸 点 101.33kPa ℃ 比热容 (20℃) Kg/(kg.℃) 黏度 (20℃) mPa.s 导热系数 (20℃) /(m.℃) 表面 张力 (20℃) N/m 水 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8 乙醇 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8 2.2.2 进料液的摩尔分数 xF =0.24 2.2.3物料衡算 由题意