浮阀精馏塔设计实例.doc

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1、3.4浮阀精馏塔设计实例3.4.1化工原理课程设计任务书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：江苏常州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

2、：进料量：物料衡算式：F=D+WFxF=DxD+WxW这里计算要考虑加入直接蒸汽加热量S联立代入求解：D=0.0264kmol/s，W=0.2371kmol/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1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181

3、.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.64   84.116.6150.8979.751.9865.99   （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.

4、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80735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3   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

5、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/℃708090100乙醇表面张力/10-2N/m21817.1516.215.2水表面张力/10-2N/m264.362.660.758.8乙醇表面张力：水表面张力：因为，所以联立方程组，代入求得：，，1.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

6、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，

7、所以，操作回流比已知：精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：在图上作操作线，由点（0.8814,0.8814）起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q线交点，直到阶梯与平衡线交点小于0.00078为止，由此得到理论板NT=26块（包括再沸器）加料板为第24块理论板。板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算。注：α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度μL——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa·s（1）精馏段已知：，所以：，故块（2）提馏段已知：，所

8、以：，故块全塔所需实际塔板数：全塔效率：加料板位置在第53块塔板。4塔径的初步设计(1)精馏段由，，式中C可由史密斯关联图查出：横坐标数值：取板间距：，，则查图可知，横截面积：，空塔气速：(2)提馏段横坐标