乙醇和水精馏分离

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1、化学科学与工程学院化工原理课程设计精馏塔设计1.设计任务：生产能力2000Kg/h塔顶产品：甲醇溜出浓度>98%，塔底釜液浓度3%，进料组成40%2.操作条件：操作压力：常压进料状态：饱和液体操作地点：青岛（海拔零点，青岛）3.设计内容：（1）精馏塔的物料衡算（2）塔板数确定（3）工艺条件及物性参数设计（4）塔体工艺尺寸计算（5）塔板工艺尺寸计算（6）塔板流体力学验算（7）负荷性能图（8）绘制生产工艺流程简图一、塔的物料衡算1.1甲醇的摩尔质量32.04Kg/moL，水的摩尔质量18.01Kg/moL塔顶摩尔分率：塔底摩尔分率：原料液摩尔分率：1.2

2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量1.3全塔物料衡算F=2000/21.80=91.74Kmol/h总物料衡算易挥发组分物料衡算联立以上二式得:二、塔板数的确定2.1对甲醇-水二元物系，采用图解法求理论塔板数2.2求最小回流比及操作回流比画图由于泡点进料，q=1，在图上做直线，在X=0.27时，与平衡线交于点（0.27，0.64）另2.3操作线方程精馏段：提馏段：由图知精馏段理论板数为5块，提馏段理论板数为3块，第6块为加料板。2.4实际塔板数2.4.1平均温度由甲醇-水的气液平衡数据，利用内插法得t和t：(0.08-0.02)/(0.08-0)=

3、(89.3-t)/(89.3-100)得t=97.3℃同理可得t=65.2℃平均温度：t=(97.3+65.2)/2=81.25℃2.4.2全塔效率ET此温度下=0.3510，=0.2740该温度下的平均粘度为：=X+(1-X)=0.27+(1-0.27)=0.2948水和甲醇的饱和蒸汽压可用安托因方程求算，即：㏒P=A-组分安托因数ABC甲醇7.197361574.99238.6水7.074061657.46227.02得：塔顶：甲醇的饱和蒸汽压=103.05KPa水的饱和蒸汽压=25.23KPa塔底：甲醇的饱和蒸汽压=322.47KPa水的饱和

4、蒸汽压=91.833KPa塔顶相对挥发度：=4.084塔底相对挥发度：=3.511==3.787由E=0.49()=0.49（3.7870.2948）=0.4772.4.3实际塔板数N精馏段提馏段三、塔的工艺条件及物性数据计算3.1操作压力取每层塔板压降P=0.7KPa进料板压强P=（101.3+104.8）/2=103.05KPa,塔底压强P=(101.3+113.9)/2=107.6KPa精馏段平均压力P=(101.3+103.05)/2=102.175KPa提馏段平均压力P=(103.05+107.6)/2=105.325KPa3.2操作温度塔

5、顶,进料板0C，塔底0C精馏段平均温度72.150C，提馏段的平均温度88.20C，全塔的平均温度81.30C。3.3平均分子量塔顶=0.96由上已算得==3.787进料板塔底则精馏段平均分子量：提馏段平均分子量:3.4平均密度3.4.1气相密度3.4.2液相密度依下式①塔顶查表得，在该温度下水的密度是980.55，甲醇的密度是754.26②进料板查表得，在该温度下水的密度是972.41，甲醇的密度是735.2③塔底查表得，在该温度下水的密度是960.48，甲醇的密度是714.38故精馏段平均液相密度提馏段平均液相密度3.5液体表面张力查表得：水mN

6、/m甲醇mN/m塔顶65.3616.732进料62.6315.09塔底59.31313.10根据式则精馏段平均表面张力为：提馏段平均表面张力为：四、塔体工艺尺寸4.1精馏段4.1.1气液体积流率4.1.2塔径D参考下表塔径，m0.3~0.50.5~0.80.8~1.61.6~2.42.4~4.0板间距，mm200~300250~350300~450350~600400~600板间距与塔径的关系初选=0.35m,取板上液层高度=0.05m,故史密斯关联图查图得C20=0.058，依式C=C20（校正到物系表面张力为34.236mN/m时的C，即：C=C

7、20取安全系数为0.7,则按标准，塔径圆整为0.7m,符合0.5-0.8板间距300-350mm.截面积，则空塔气速为1.22m/s。，在安全系数范围内4.2提馏段4.2.1气液体积流率4.2.2塔径初选=0.35m,取板上液层高度=0.05m,故查史密斯关联图得C20=0.059C=C20取安全系数为0.7,则按标准，塔径圆整为0.7m,符合0.5-0.8板间距300-350mm.截面积，则空塔实际气速为1.24m/s。，在安全系数范围内五、塔板工艺尺寸设计5.1塔有效高度精馏段有效高度：提馏段有效高度：在进料板开一人孔，高度为0.8m故精馏塔的有

8、效高度：5.2塔板结构的工艺参数5.2.1．1精馏段溢流装置的设计采用单溢流、弓形降液管、凹形受液盘，不设进