乙醇水分离板式精馏塔设计方案

乙醇水分离板式精馏塔设计方案内容摘要：

塔底产品 0 .1 / 4 6 0 .0 0 0 3 9 20 .1 / 4 6 9 9 .9 / 1 8Wx  平均摩尔质量 原料液 321 46 ( 1 321 ) 18 21. 70 /FM k g k m ol      塔顶 387 46 ( 1 387 ) 18 41. 48 /DM k g k m ol      塔底产品 0 00 03 92 46 1 0 00 03 92 18 18 01 /WM k g k m ol           物料衡算 进料流量 1550 7 1 .4 3 /2 1 .7 0F km o l h 全塔物料衡算 F D W 轻组分 F D WFX DX WX 式中 F— 原料液流量， kmol/h D— 流出液流量， kmol/h W— 釜残液流量， kmol/h XF— 原料液中易挥发组分的摩尔分数 XD— 流出液中易挥发组分的摩尔分数 XW— 釜残液中易挥发组分的摩尔分数 滨州学院课程设计说明书 7 馏出液流量 11 .2 2 /D kmol h 釜液 流量 60 .2 1 /W kmo l h 回收率 乙醇的回收率 1 1 . 2 2 0 . 8 3 8 71 0 0 % 1 0 0 % 9 9 . 7 3 %7 1 4 3 0 . 1 3 2 1DAFDxFx     水的回收率 ( 1 ) 6 0 . 2 2 ( 1 0 . 0 0 0 3 9 2 )1 0 0 % 1 0 0 % 9 7 . 1 0 %( 1 ) 7 1 . 4 3 ( 1 0 . 1 3 2 1 )WBFWxFx         塔板数的确定 理论板层数 N 的求取 最小回流比及操作回流比计算 表 31 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 由上表数据（ 贾绍义 ,柴诚敬主编 《 化工原理课 程设计 》 天津 :天津大学出版社 ， 2020）作乙醇 水的 txy图如下图 31所示： 滨州学院课程设计说明书 8 txty75808590951000 图 31 乙醇的 tx(y)相图 当  时， 由图 31 乙醇的 tx(y)相图，可查得溶液的泡点温度为 T 泡 =℃ 查得泡点温度下乙醇的汽化热 846KJ/Kg,水的汽化热 KJ/Kg 所以 1 1 2 1( 1 ) 410 /mr r x r x K J K g    + 平均温度 T=℃ 原料液的比热容 CP= KJ/(Kmol. ℃ ) 1 .1 3 3pmmc t rq r 所以 q 线方程为 y= 根据进料线方程确定最小回流比如下图 32 所示： 滨州学院课程设计说明书 9 q线10 1 图 32 最小回流比的确定 由上图可以看出精馏段操作线与平衡线的切点坐标为（ ） 故m i n 0 . 8 3 8 7 0 . 7 7 5 1 . 8 10 . 7 7 5 0 . 7 4qDqqxyR yx    取 m in2 2     故精馏段操作线方程 0 . 7 8 0 . 1 811 DxRy x y xRR     式中 R— 回流比 滨州学院课程设计说明书 10 图解法求塔板数 1234567891011121314010 1系列1djxjldq线tld11223344556677889910101111121213131414151516 图 33 理论与塔板数的图解求法 由上图可以看出总理论板数 N=14(包含再 沸器 )，精馏段理论板数为 11 块 ,其中第 12 块板为加料板。 实际板层数的求取 取全塔效率 TE ， 则有 1 11 0 52 22N    块 2 3 0 52 6N    块 总板效率的求取一般两种方法： O’connell 法， 0 .2 4 9( )LTE   适用范围：  ，板上液流长度≤ 1m.  塔顶和塔底平均温度下的相对挥发度； L塔顶和塔底平均温度下的粘度。 L i Lix 滨州学院课程设计说明书 11 精馏塔有关物性数据的计算 物性数据数据的查取和估算对于工艺设计计算非常重要，精馏塔设计中主要的物性数据包括啊： 密度、粘度、比热容、汽化潜热和表面张力。 操作压力计算 (影响气相密度，进而影响 Vs→ D→塔板结构参数 ) 取塔顶表压为 0Kpa。 塔顶操作压力 KPa 每层塔板压降 KPa ，一般 ，浮阀塔板的压降为 —，筛板的小于浮阀塔板，泡罩的大于浮阀塔板。 进料板压力 1 0 1 .3 2 5 0 .7 2 2 1 1 6 .7 2 5FP KPa    塔底操作压力 1 1 6 .7 2 5 0 .7 6 1 2 0 .9 2 5WP KP a    精馏段平均压力 ( 101 .325 116 .725 ) / 2 110 .025mP K Pa   提馏段平均压力 39。 ( 1 1 6 .7 2 5 1 2 0 .9 2 5 ) / 2 1 1 8 .8 2 5mP KP a   操 作温度计算 利用表 31 中数据由拉格朗日插值可求得 Ft 、 Dt 、 Wt。 进料口 Ft ： 8 4 .18 5 .3 8 4 .11 2 .3 8 1 6 .6 1 1 3 .2 1 1 6 .6 1Ft   , Ft =℃ 塔顶 Dt ： 7 8 .1 57 8 .1 5 7 8 .4 18 9 .4 3 7 4 .7 2 8 3 .8 7 8 9 .4 3Dt  ， Dt =℃ 塔釜 Wt ： 1001 0 0 9 5 .50 1 .9 0 0 .0 7 8 0Wt  ， Wt =℃ 精馏段平均温度 1 8 3 .0 7 7 8 .2 5 8 1 .6 622FDttt    ℃ 提馏段平均温度 2 8 5 . 0 7 9 9 . 9 9 9 2 . 5 322FWttt    ℃ 平均摩尔质量计算 精馏段的平均摩尔质量 精馏段平均温度 1t =℃ 液相组成 1x ：18 2 .3 8 1 .5 8 2 .3 8 1 .6 62 6 .0 8 3 2 .7 3 2 6 .0 8 x， 1x =% 滨州学院课程设计说明书 12 气相组成 1y ：18 2 .3 7 9 .8 8 1 .6 6 7 9 .85 5 .8 0 6 5 .6 4 6 5 .6 4y， 1y =% 所以 1 4 6 0 . 3 1 4 0 1 8 ( 1 0 . 3 1 4 0 ) 2 6 . 8 1LM        kg/kmol 1 4 6 0 . 5 8 5 7 1 8 ( 1 0 . 5 8 5 7 ) 3 4 . 4 4VM        kg/kmol 提馏段平均摩尔质量 提馏段平均温度 2t =℃ 液相组成 2x ：29 5 .5 8 9 .0 9 2 .5 3 8 9 .01 .9 7 .2 1 7 .2 1x ， 2x =% 气相组成 2y ：29 5 .5 8 9 .0 9 2 .5 3 8 9 .01 7 .0 0 3 8 .9 1 3 8 .9 1y， 2y =% 所以 2 4 6 0 . 0 4 3 3 1 8 ( 1 0 . 0 4 3 3 ) 1 9 . 2 1LM        kg/kmol 2 4 6 0 . 2 7 0 1 1 8 ( 1 0 . 2 7 0 1 ) 2 5 . 5 8VM        kg/kmol 平均密度计算 求得在 1t 与 2t 下乙醇与水的密度。 不同温度下乙醇和水的密度 （姚玉英《化工原理（上）》 P360361 页附录二十） 见表 32。 表 32 不 同温度下乙醇和水的密度 温度/℃ 乙 水 温度/℃ 乙 水 80 735 971 95 720 85 730 100 716 90 724 精馏段平均温度 1t =℃ 8 5 8 0 8 1 . 6 6 8 07 3 0 7 3 5 7 3 5， 乙 = kg/ 3m 8 5 8 0 8 1 . 6 6 8 09 6 8 . 6 9 7 1 . 8 9 7 1 . 8, 水 = kg/ 3m 同理 2t =℃ 9 5 9 0 9 2 . 5 3 9 07 2 0 7 2 4 7 2 4， 乙 = kg/ 3m 滨州学院课程设计说明书 13 9 5 9 0 9 2 . 5 3 9 09 6 1 . 8 5 9 6 5 . 3 9 6 5 . 3， 水= kg/ 3m 在精馏段，液相密度 1L ： 11 0 . 3 4 1 0 4 6 / [ 0 . 3 4 1 0 4 6 1 8 ( 1 0 . 3 4 1 0 ) ] 1 0 . 5 3 9 67 3 5 . 8 7 9 7 0 . 7 0L      31 82 8. 13 /L kg m  气相密度 1V ： 1V = 3 4 .4 4 1 1 0 .0 2 58 .3 1 4 ( 2 7 3 .1 5 8 0 .6 6 )= kg/ 3m 在提馏段，液相密度 2L ： 21 0 . 0 4 3 2 6 4 6 / [ 0 . 0 4 3 2 6 4 6 1 8 ( 1 0 . 0 4 3 2 6 ) ] 1 0 . 1 0 3 87 2 1 . 9 8 9 6 3 . 5 5L      32 931. 21 /L kg m  气相密度 2V ： 2V = 2 5 .5 8 1 1 8 .8 2 58 .3 1 4 ( 2 7 3 .1 5 9 2 .5 3 )= kg/ 3m 液体平均表面张力计算 不同温度下乙醇和水的表面张力 （ 姚玉英《化工原理（上）》 P362365 页附录二十一） 见表 33。 表 33乙醇和水不同温度下的表面张力 温度 /℃ 70 80 90 100 乙醇表面张力 / 3310 /Nm 18 水表面张力 / 3310 /Nm 精馏段液体平均表面张力 精馏段平均温度 1t =℃ 滨州学院课程设计说明书 14 乙醇表面张力： 3119 0 8 0 1 6 . 2 1 7 . 1 5 1 7 . 0 8 7 1 0 /9 0 8 1 . 6 6 1 6 . 2 Nm     水表面张力： 3229 0 8 0 9 0 8 1 . 6 6 6 2 . 4 7 5 1 0 /6 0 . 7 6 2 . 6 6 0 . 7 Nm     精馏段液体的平均表面张力：   31 1 1 21 4 8 .0 6 1 0 /m x x N m          提馏段精馏段液体 平均表面张力 提馏段平均温度 2t =℃ 乙醇表面张力： 39。 3139。 11 0 0 9 0 1 0 0 9 2 . 5 3 1 5 . 5 9 1 0 /1 5 . 2 1 6 . 2 1 5 . 2 Nm     水表面张力： 39。 3239。 21 0 0 9 0 1 0 0 9 2 . 5 3 6 0 . 2 2 1 0 /5 8 . 8 6 0 . 7 5 8 . 8 Nm     提馏段液体平均表面张力：  39。 39。 39。 32 1 2 21 5 8 .3 0 1 0 /m x x N m          液体平均黏度计算 精馏段平均温度 1t =℃ 查液体黏度共线图 （姚玉英《化工原理（上）》 P347页附录十。