分离乙醇水精馏塔设计(含经典工艺流程图和塔设备图).docx

PAGE \* MERGEFORMAT3 分离乙醇-水的精馏塔设计 设计人员： 所在班级： 化学工程与工艺 成绩： 指导老师： 日期： 化工原理课程设计任务书 设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计 设计任务及操作条件 进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水； 产品的乙醇含量不得低于90％； 塔顶易挥发组分回收率为99％； 生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品； 每年按330天计，每天24小时连续运行。 操作条件 塔顶压强 4kPa （表压） 进料热状态 自选 回流比 自选 加热蒸汽压力 低压蒸汽（或自选） 单板压降 kPa。 设备形式：筛板塔或浮阀塔 设计内容： 设计说明书的内容 精馏塔的物料衡算； 塔板数的确定； 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 塔板主要工艺尺寸的计算； 塔板的流体力学验算； 塔板负荷性能图； 精馏塔接管尺寸计算； 对设计过程的评述和有关问题的讨论； 设计图纸要求； 绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）； 绘制精馏塔设计条件图 （A2 号图纸）； 设计基础数据： 常压下乙醇水体系的t-x-y 数据； 乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。 设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计 设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态 自选回流比 自选 加热蒸汽压力 低压蒸汽（或自选）单板压降 ≤0.7kPa。 设备形式：筛板塔 设计内容： 精馏塔的物料衡算： 原料乙醇的组成xF＝＝0.1740 原料乙醇组成 xD0.7788 塔顶易挥发组分回收率90％ 平均摩尔质量 MF = 由于生产能力50000吨／年，. 则 qn，F 所以，qn，D 塔板数的确定： 甲醇—水属非理想体系，但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。由乙醇和水有关物性的数据，求的求得乙醇—水体系的相对挥发度α=5.1016， 最小回流比的计算：采用泡点进料，所以q＝1，xF， 由气液平衡方程y ， 所以yq，即，把xF=xq=??.????????作y轴平行线交操作线与f.如下图 即 .求得yq=0.5130. 所以，根据最小回流比计算公式Rmin 即，Rmin=,根据回流比R是最小回流比的合适倍数，所以选择选择2倍。即R=2Rmin=0.879. 进料热状况选择为泡点进料，所以q=1 精馏段，根基操作线方程：y= 所以，y=0.468 x+0.415 联立y=x 所以x=xD=0.7801 提馏段，y=联立y=x求得y=2.872x-0.078所以提馏段x=xw=0.04 根据xD，xw，及xq以及操作线方程，利用图解法在x-y坐标上做出平衡线与对角线并且画梯级作图如下： 由图可知，精馏段塔板为10.提馏段为5.一个再沸器.所以提馏段为4个板.所需总塔板数为提馏段和精馏段之和，故，所需总塔板数为14. 查手册得水和乙醇气液平衡数据，t数据利用表2中数据由拉格朗日插值可求得、、。 进料口： , =79.26℃ 塔顶：，=78.05℃ 塔釜：，=97.63℃ 精馏段平均温度℃ 提馏段平均温度 ℃ 由塔顶和塔底平均温度得 =℃ 查手册得，由内插法可得在87.84℃下，乙醇的粘度为，水的粘度为 可以有下式求得平均粘度 其中xi-进料中某组分的摩尔分数 -该组分的粘度，按照塔的平均温度下的液体计 则=0.4*0.3790+0.6*0.3245=0.3463mPaS 带入回归方程E1=0.563-0.276lg2=0.594 该算法为泡罩塔蒸馏塔总板效率，则筛板塔为E=1.1E1=0.653 精馏段实际板层数 = 10/0.653=16 提馏段实际板层数 =4/0.653=7 进料板位置 总的塔板数 Nc=16+7=23 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算： 乙醇气液平衡数据（101.3kPa） 表1如下 T/℃ 液相xa/% 气相ya/% 　 T/℃ 液相xa/% 气相ya/% 　 T/℃ 液相xa/% 气相ya/% 100 0 0 　 88.3 6.9 38.1 　 82.4 25 55.5 99.3 0.2 2.5 　 87.9 7.4 39.2 　 81.6 30.6 57.7 98.8 0.4 4.2 　 87.7 7.9 40.2 　 81.2 35.1 59.6 97.7 0.8 8.8 　 87.4 8.4 41.3 　 80.8 40 61.4 96.7