化工原理水乙醇连续精馏塔研发设计.doc

【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离乙醇和水的混合物。对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液经过预热器加热至泡点后送入精馏塔内，塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器后送入储罐。该物系属不易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采用直接加热蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）工艺计算 1、物料衡算： 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下。 MA=46kg/kmol（乙醇） MB=18kg/kmol（水） xF==0.21 xD==0.82 又 MF=MA×xF+（1-xF）×MB =46×0.21+(1-0.21)×18=23.88 MD=0.82×46+(1-0.82)×18=40.96 ∴ qn.D==55.48kmol/h η===0.99 ∴ qn.F=218.82kmol/h qn.D/qn.F=（xF-xW）/(xD-xW) 即 55.48/218.82= ∴ xw=0.00295 qn.F×xF=qn.D+qn.w×xw 218.82×0.21=55.48×0.82+qn.w×0.00295 ∴ qn.w=155.46kmol 2、Rmin的确定 图1 乙醇—水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线与q线的交点尚未落在平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图1。此时Rmin可由点（xD，yD）向平衡曲线向切线的斜率求得。 由附图可见，该切线的斜率为 ==0.13 求得：Rmin=1.625 R=1.6Rmin=2.60 由于物料采用泡点进料：q=1 则有 qn.v〃=qn.v0=（R+1）qn.D=3.7qn.D qn.l=qn.l+qn.F=Rqn.D+qn.F 3、塔板数的确定 （1）精馏塔的气、液相负荷 qn.L =R×qn.D=2.6×55.48=144.248kmol qn.L′=qn.l+qn.F=144.248+218.82=363.068kmol qn.v =(R+1)qn.D=qn.v′=(2.60+1)×55.48=199.728kmol qn.L′+qn.v0=qn.v′+qn.w ∴ qn.v0=8.34kmol/h （2）回收率 乙醇的回收率为： HA=×100﹪=×100﹪=99.002﹪ 水的回收率为： HB== HB=84.84﹪ （3）操作线方程： 精馏段操作线方程为 y=2.60x/3.60+xD/3.60 即 y=0.722x+0.2278 提馏段操作线方程为 即 y=1.749x-0.00221 （4）图解法求理论版层数 采用直角阶梯法求理论板层数，如图1所示。在塔底或恒沸点附近作图时需要将图局部放大。求解结果为 总理论塔板数 N=13-1=12（不包括再沸器） 进料板位置N=11 精馏段理论板层数N=10 提留段理论板层数N=3（包括进料板） （5）实际板层数的初步求取 求得塔平均温度 87.5℃ =0.085×0.4+（1-0.085）×34.65×10=0.35 E=0.17-0.616=45% 实际塔板数 N=N精+N提=23+7=23+7=30 （6）踏板总效率估算 ①操作压力计算 塔顶操作压力： pD=p表+p当地=4+101.3=105.3kpa 取每层塔板压强降 △p=0.7kpa 塔底操作压力 pw=105.3+23×0.7=121.4kpa 平均操作压力 pM=（105.3+121.4）/2=113.35kpa ②操作温度：依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下： 塔顶温度 tD=82.06℃ 塔底温度 tw=105.4131℃ 平均温度 tm=（tD+tw）/2=93.74℃ ③黏度的计算 在tm=93.74℃时，查得MH2O=0.292mpa.s μB=0.36mpa.s 则 μＬ＝∑xi