5.2.10__浮阀塔精馏工艺设计示例

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1、5.2.10浮阀塔精馏工艺设计示例5.2.10.1设计任务【例5-2】今采用一浮阀塔进行乙醇-水二元物系的精馏分离，要求乙醇的产能为1×104t／a，塔顶馏出液中乙醇浓度不低于94％，残液中乙醇含量不得高于0.2％。泡点进料，原料液中含乙醇为35%，其余为水，乙醇的回收率取98%(以上均为质量%)。且精馏塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降≯0.7kPa。试作出能完成上述精馏任务的浮阀精馏塔的工艺设计计算。5.2.10.2工艺设计计算一、全塔物料衡算(一)料液及塔顶、底产品中乙醇的摩尔分率乙醇和水的相对摩尔质量分别

2、为46.07和18.01kg／kmol。(二)平均摩尔质量(三)料液及塔顶底产品的摩尔流率一年以7680h／a计，有：根据乙醇-水物系的特点，本设计采用低压蒸汽直接加热，加热蒸汽质量流率设为G′，kg／h，摩尔流率设为G，kmol／h，全塔物料衡算：二、塔板数的确定(一)理论塔板数的求取1．乙醇-水相平衡数据表5-23常压下乙醇-水系统的t－x－y数据沸点t，℃乙醇摩尔分数沸点t，℃乙醇摩尔分数13液相气相液相气相100.00.0000.00081.50.3270.58395.50.0190.17080.70.39

3、70.61289.00.0720.38979.80.5080.65686.70.0970.43879.70.5200.66085.30.1240.47079.30.5730.68484.10.1660.50978.740.6760.73982.70.2340.54578.410.7470.78282.30.2610.55878.150.8940.894本题中，塔内压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对平衡关系的影响完全可以忽略。2．确定操作的回流比R将表

4、5-24中数据作图得曲线及曲线，见图5-71。为便于计算机计算，在乙醇-水物系的曲线中，以A(0.124，0.470)点为分界线将该曲线分成OA和AB两段，将其对应段曲线拟合成以下二式表示。OA段：AB段：图5-71乙醇-水物系的曲线及曲线①确定最小回流比Rm。在x～y图上，过点B(0.894，0.894)作相平衡曲线的切线BD，与y轴的交点为D(0，0.2)，则有：②操作回流比R。取操作的回流比为最小回流比的1.5倍，即：3．求取理论塔板数①精馏段操作线②提馏段操作线13因泡点进料，将代入精馏段操作线方程解得精馏

5、段操作线与q线的交点为(0.115，0.239)。设提馏段操作线为，而提馏段操作线为过(0.000196，0)和(0.115，0.239)两点的直线，固有：即因靠近B端的操作线离平衡线很近，故需逐板计算理论塔板数。将代入中试差解得将代入中解得将代入中试差解得将代入中解得在计算机上逐板计算的结果见表5-24。表5-24乙醇-水物系理论板数的逐板计算结果精馏段N1＝5块理论板序号i液相组成xi气相组成yi+110.7500.75520.7100.72330.6500.67440.5500.59350.3450.426提

6、馏段N2＝3块理论板序号i液相组成xi气相组成yi+160.0550.11270.01190.02180.001950.000注：逐板计算时，在跨越x=0.115后，相平衡关系采用AB段拟合线。进料板在第6块。(二)实际塔板数1．全塔效率选用公式计算。塔的平均温度为(78.2+100)／2＝89℃(取塔顶、底的算术平均值)，在此平均温度下查化工原理附录得：，在89℃下乙醇对水的相对挥发度(见表5-24)为2．实际塔板数（近似取两段效率相同）精馏段：块，取块提馏段：块，取块总塔板数块(包括塔釜)。13三、塔的精馏段操

7、作工艺条件及相关物性数据的计算(一)平均压强取每层塔板压降为0.53kPa计算。塔顶：加料板：平均压强(二)平均温度查乙醇-水相平衡数据表5-23或温度组成图5-71得：塔顶为78.2℃，加料板为91.1℃。℃(三)平均分子量塔顶：，（用AB段相平衡关联式试差计算得到）加料板：，（用AB段相平衡关联式计算得到）精馏段：(四)平均密度1．液相平均密度为方便计算，将查阅得到的乙醇和水的密度与表面张力列于表5-25。表5-25乙醇的密度和表面张力温度，℃2030405060708090100110密度，kg／m3乙醇79

8、5785777765755746735730716703水998.2995.7992.2988.1983.2977.8971.8965.3958.4951.0表面张力，×103N／m乙醇22.321.220.419.818.818.017.1516.215.214.4水72.6771.2069.6367.6766.2064.3362.5760.7158.84