乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计 化工原理课程设计

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1、1设计内容及任务（一）设计内容乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计（二）设计任务处理能力：3.6万吨/年，每年按300天计算，每天24小时连续运转。原料乙醇-水溶液：7.4%组成（乙醇的质量分数）产品要求：塔顶产品组成（质量分数）：≥38.2%塔底的产品组成（质量分数）：≤0.1%1)塔型选择根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为265.3kmol/h,由于产品黏度较小，流量增大，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，选择浮阀塔。2)操作条件（1）操作压力：塔顶

2、压强为常压101.3kPa（2）单板压降：0.7KPa（3）进料状况：30°C冷夜进料（4）回流比：自选（5）加热方式：间接蒸汽加热（6）冷却水进口温度：30°C一、塔的工艺计算1工艺过程物料衡算工艺过程1.1物料衡算=7.4%=38.2%F=265.3kmol/h=0.03031塔底产品流量：1.1表1物料衡算数据记录F265.3kmol/h0.0303D36.66kmol/h0.1948W228..64kmol/h0.00039由图(在《化工原理》（第三版，王志魁）页)查出组成的乙醇-水溶液泡点为95.7°C，在

3、平均温度为（95.7+30）/2=61.35下，由《化工原理》（第三版，王志魁）附录查得乙醇与水的有关物性为：（数值为在范围内的一个估值）乙醇的摩尔热容：乙醇的摩尔汽化潜热：水的摩尔热容：水的摩尔汽化潜热：比较水与乙醇的摩尔汽化潜热可知，系统满足衡摩尔流的假定。加料液的平均摩尔热容：加料液的平均汽化热：r=1.2最小回流比及操作回流比的确定由于产品纯度不高，故可采取塔顶进料，无回流，只有提留段操作，从而达到节约成本的目的。11.3理论及实际塔板数的确定（1）由相平衡方程式，可得根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：因

4、此可以求得：平均相对挥发度的求取：用逐板法计算理论板数相平衡方程包括塔釜共四块(2)根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：塔顶：，°C塔釜：,°C塔顶和塔釜的算术平均温度：t=91.5°C由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，王志魁）书中附表12查得：在91.5°C下，，根据公式得（1）由奥康奈尔关联式：1C求解实际塔板数取N=81.4塔的结构设计1.4.1塔径的计算A.查得有关乙醇与水的安托因方程：乙醇：得:水：得：将代入进行试差，求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度：1)塔顶：，试差得2)塔釜压力：塔釜：，试差得

5、求得塔内的平均压力及温度：B.平均摩尔质量的计算：塔顶：塔釜：平均摩尔质量：1表2平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量塔釜A.平均密度的计算：1)汽相平均密度计算：汽相平均密度：2)液相平均密度计算：塔顶：，塔釜：，，得：1液相平均密度：表3液相平均密度的计算塔顶塔釜0.03119精馏段液相平均密度A.液体平均表面张力计算液体平均表面张力按下式计算：塔顶：，由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，王志魁）附录二十，塔釜：，查附录：，液体表面平均张力：表4液体平均表面张力计算1塔顶塔釜液体表面平均张力A.液体平均黏度计算

6、：液体平均黏度按下式计算：塔顶：，查由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，王志魁）附录十二，得：塔釜：，查附录：，得：液体平均黏度：表5液体平均黏度计算塔顶塔釜液体平均黏度B.气液相体积流率计算：汽相体积流率：1液相体积流率：表6气液相体积流率计算A.塔径的确定塔径的确定，需求=，C由下式计算：由Smith图查取。取板间距，板上液层高度，则（1）精馏段塔径的确定：图的横坐标为查smith图，smith图1得0.062==2.29m/s取安全系数为0.75，则空塔气速为：则塔径（1）按标准塔径圆整后，(故采取整块式塔

7、板结构)塔截面积：实际空塔气速为：1.4.2塔的有效高度的计算有效高度：塔顶间距：H1=(1.5~2.0)HT,取H1=2×0.35=0.7m塔底空间高度：H2=1.5m塔高：H=0.7+1.5+2.45=4.65m2塔板主要工艺尺寸的计算12.1溢流装置计算因塔径D=0.5m，可选用单溢流弓形降液管A.堰长lw单溢流：lw=（0.6~0.8）D，取lw=0.6×0.5=0.3mB.溢流堰高度hw因为hl=hw+how选用平直堰，堰上液层高度how可用Francis计算，即液体收缩系数计算图=0.00122×3600

8、=4.392m3/h，得E=1.15，则h′OW=(2.84/1000)×1.15×（4.392/0.3）2/3=0.0170m取板上清夜层高度hL=0.05m,故h′W=0.05-0.0170=0.033m2.2降液管2.2.1降液管高度和截面积因为，查下图（弓形降液管参数图）得：,所以，1弓形降液管参数图依下式验算液体在降液管中的停留时间：