分离乙醇—水浮阀精馏.doc

分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年） 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%塔底乙醇含量不高于0.2%建厂地址： 3.4.2 塔板的工艺设计 1 精馏塔全塔物料衡算 F：原料液流量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组成 原料乙醇组成：塔顶组成：塔底组成：进料量：物料衡算式：F = D + WF xF= D xD+ W xW联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s， W = 0.2371 kmol/s2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。 表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度/℃ 液相 气相 温度/℃ 液相 气相 温度/℃ 液相 气相 100 0 0 82.7 23.37 54.45 79.3 57.32 68.41 95.5 1.90 17.00 82.3 26.08 55.80 78.74 67.63 73.85 89.0 7.21 38.91 81.5 32.73 59.26 78.41 74.72 78.15 86.7 9.66 43.75 80.7 39.65 61.22 78.15 89.43 89.43 85.3 12.38 47.04 79.8 50.79 65.64 ? ? ? 84.1 16.61 50.89 79.7 51.98 65.99 ? ? ? （1）温度 利用表中数据由拉格朗日插值可求得tF、tD、tW①tF ： tF = 87.41℃②tD ： tD = 78.17℃③tW ： tW = 99.82℃④精馏段平均温度：⑤提馏段平均温度：（2） 密度 已知：混合液密度：混合气密度：①精馏段： 液相组成x1： x1 = 22.94%气相组成y1： y1 = 54.22%所以 ②提馏段 液相组成x2： x2 = 3.44%气相组成y2： y2 = 23.37%所以 表3-12 不同温度下乙醇和水的密度 温度/℃ ρ乙 ρ水 温度/℃ ρ乙 ρ水 80 735 971.8 95 720 961.85 85 730 968.6 100 716 958.4 90 724 965.3 ? ? ? 求得在与下的乙醇和水的密度 ， ， ， 同理：， ， 在精馏段：液相密度： 气相密度：在提馏段：液相密度： 气相密度：（3） 混合液体表面张力 二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算 公式： 注： ， ， ， ， ， ， 式中下角标，w,o,s分别代表水、有机物及表面部分，xw、xo指主体部分的分子数，Vw、Vo主体部分的分子体积，δw、δo为纯水、有机物的表面张力，对乙醇q = 2。 ①精馏段表3-13 不同温度下的表面张力 温度/℃ 70 80 90 100 乙醇表面张力/10-2N/m2 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/10-2N/m2 64.3 62.6 60.7 58.8 乙醇表面张力： 水表面张力： 因为，所以联立方程组 ， 代入求得：， ， 提馏段 ， 乙醇表面张力： 解得： 水表面张力： 解得： 因为，所以 联立方程组 ， 代入求得：， （4） 混合物的粘度 ，查表得：，，查表得： ，精馏段粘度：提馏段粘度：（5） 相对挥发度 ①精馏段挥发度：由，得，所以 ②提馏段挥发度：由，得， （6） 气液相体积流量计算 根据x-y图得： 取①精馏段：已知：，，则有质量流量：体积流量：②提馏段：因本设计为饱和液体进料，所以已知：，，则有质量流量：体积流量：3 理论塔板的计算 理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。 理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。 根据1.01325×105Pa下，乙醇—水的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线，即x-y曲线图，泡点进料，所以q = 1，即q为一直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，如图（图略）：xq = 0.0891， yq = 0.3025，所以，操作回流比已知：精馏段操作线方程：提