填料精馏塔课程设计

填料精馏塔课程设计

精馏塔设计计算

1 操作压力与基础数据

（1）操作压力

精馏塔操作按操作压力分为常压、加压和减压操作。精馏操作中

压力影响非常大。当压力增大时，混合液的相对挥发度将减小，对分

离不利；当压力减小时，相对挥发度会增大，对分离有利。但当压力

不太低时，对设备的要求较高，设备费用增加。因此在设计时一般采

用常压蒸馏。当常压下无法完成操作时，则采用加压或减压蒸馏。对

于乙醇–水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，故本设

计采用常压蒸馏。

（2）气、液平衡关系数据如表1：

平均温

100 95.5 89 86.7 85.3 84.1 82.7 82.3 度t

液相乙

0 1.9 7.21 9.66 12.38 16.61 23.37 26.08 醇x

气相乙

0 17 38.91 43.75 47.04 50.89 54.95 55.8 醇y

平均温

81.5 80.7 79.8 79.7 79.3 78.74 78.41 78.15 度t

液相乙

32.73 39.65 50.79 51.98 57.32 65.63 74.72 89.43 醇x

气相乙

59.26 61.22 65.65 65.99 68.41 73.85 78.15 89.43 醇y

根据以上数据绘出 x-y 平衡图

（3）物料平衡计算 ① 物料衡算。 已知:

F = 3000t %40=F ω %94=D ω %2=W ω

kmol kg M O H H C /07.4652=

kmol kg M O H /02.182=

摩尔分率 ：%7.2002

.18/6007.46/4007

.46/40=+=

F x

%97.8502

.18/607.46/9407

.46/94=+=

D x %79.002

.16/9807.46/207

.46/2=+=

W x 进料平均相对分子质量 ：

kmol kg M /83.2302.18793.007.46207.0=⨯+⨯=

② 根据气、液平衡表（x-y-t 表）利用内插法求塔顶温度 LD t ，VD t 。塔釜温度 W t ，进料温度F t 。

a 、 塔顶温度LD t ，VD t

23.7841

.7815.7841.7815.7843.8915

.7897.85=⇒--=--VD VD t t ℃

21.7841

.7815.7841.7872.7443.8972

.7497.85=⇒--=--LD LD t t ℃

b 、 塔釜温度 W t

13.98100

5.9510009.10

79.0=⇒--=--W W t t ℃ c 、 进料温度 F t

25.831

.847.821.8461.1637.2361

.167.20=⇒--=--F W t t ℃

③ 回流比的确定

查乙醇 – 水物系在101.3 kpa 下的温度组成图可知，对组成为乙醇的摩尔分数为0.207的进料，泡点为81.9℃、露点为91.7℃。又因进料的平均摩尔质量 kmol kg M m /83.23793.002.18207.007.46=⨯+⨯= 查附录十三可知30℃时 k kg kj C //512.22

c = ，k kg kj C o h //174.42

=

液体变蒸气时 k kg kj C //329.32

c = ， k kg kj C o h //220.42

=

乙醇和水的平均比热容k kg kj C //83.3L = ，k kg kj C //04.4V = 乙醇和水的汽化潜热分别为kg kj r /8602

c = ，kg kj r o h /21542

=

将料液由30℃升温至81.9℃所需热量为：

)/(4737)309.81(83.383.23L kmol kj i i F =-⨯⨯=-

继续加热使之完全汽化。本设计中所需的汽化潜热都是在正常沸点下的值，可认为沸点低的乙醇在81.9℃完全汽化再升温至91.7℃ 则

)/(39896]2154)9.817.91(83.3[207.007.46)]9.817.91(04.4860[V kmol kj i i L =+-⨯+⨯⨯-⨯+=- 119.139896

4737

1)()(=+=--+-=--=

L V F L L V L V F V i i i i i i i i i i q

403.91

119.1119.11=-=-q q q 线方程为739.1403.91

1-=---=

x q x x q q

y F q 线与平衡线的交点e ，查图知：207.0=≈F e x x ，526.0=e y 代入式05.1207

.0526.0526

.08597.0min =--=--=

e e e D x y y x R

取min 5.1R R =，则R=1.58 。 ④ 相对挥发度α： t=95.5℃时，58.109

.1)17100()

9.1100(17)1()1(1=⨯--⨯=--==

x y x y x y x y A B B A α t=78.41℃时，21.173

.74)15.78100()

73.74100(15.78)1()1(2=⨯--⨯=--==

x y x y x y x y A B B A α 90.52

21

.158.102

2

1=+=

+=

ααα

2、精馏塔的工艺计算 （1）物料衡算

① 物流示意图（略） ② 物料衡算

a 、 已知：F=3000t ，年开工300天。kmol kg M /83.23=。

进料摩尔流量 )/(48.1783

.23243001030003

h kmol F =⨯⨯⨯=

已求得 %7.20=F x ，%97.85=D x ，%79.0=W x 。 总物料 F = D + W ，易挥发组分W D F W x Dx Fx += 解得 )/(086.4h kmol D =，)/(394.13h kmol W = b 、 塔顶产品的平均相对分子质量：