常压下乙醇-水溶液的平衡数据图
乙醇和水的相平衡方程
乙醇和水的相平衡方程引言乙醇和水是常见的溶液系统，在很多工业和实验室中都会遇到。
了解乙醇和水之间的相平衡方程是研究这个溶液系统的基础，在配制溶液和实验设计中起着重要作用。
本文将介绍乙醇和水的相平衡方程，帮助读者更好地理解和应用。
相平衡的基本概念相平衡是指在一定的温度和压力条件下，两个或多个相之间的物质转化达到动态平衡状态。
在乙醇和水的溶液系统中，物质转化主要是指乙醇和水的相互溶解。
乙醇和水的相溶性乙醇和水是两种不同的物质，在分子结构和化学性质上有差异。
然而，由于它们之间存在一定的相互作用力，导致它们在一定范围内可以相互溶解。
根据乙醇和水的相溶性规律，当温度较低时，乙醇和水在各自的溶剂中会形成独立的相（即乙醇相和水相），两相不会相互溶解；而当温度升高时，乙醇和水的相互作用力会增强，导致它们可以部分或完全相互溶解。
乙醇和水的相平衡方程乙醇和水的相平衡方程描述了乙醇和水之间的相互转化关系。
在一定的温度和压力条件下，该方程可以表示为：乙醇 + 水⇌乙醇-水溶液根据化学反应的法则，上述方程可以进一步表示为：CH3CH2OH + H2O ⇌ CH3CH2OH-H2O这个方程表明，乙醇和水在一定条件下可以形成一个乙醇-水溶液相。
溶液相中的乙醇和水呈现一种动态平衡状态，即乙醇和水之间存在着正向和逆向的溶解反应。
相平衡常数相平衡方程中的正向和逆向反应速率相等时，称为相平衡。
相平衡的程度可以用相平衡常数来衡量，相平衡常数表示正向反应和逆向反应浓度之比，记作K。
在乙醇和水的相平衡方程中，平衡常数K可以表示为：K = [乙醇-水溶液] / ([乙醇] * [水])其中，[乙醇-水溶液]、[乙醇]和[水]分别表示乙醇-水溶液、乙醇和水的浓度。
K的数值越大，表示正向反应相对于逆向反应更倾向于发生，溶液中乙醇和水的浓度更高；反之，K的数值越小，表示逆向反应相对于正向反应更倾向于发生，溶液中乙醇和水的浓度较低。
温度的影响乙醇和水的相互溶解程度受温度的影响。
乙醇-水精馏塔设计
课程设计说明书题目：乙醇-水连续精馏塔设计人： sunrainbaby序言这次课程设计应该说做的很艰辛，因为一直以来我们都在学一些理论性的知识，确切的可以说是“纸上谈兵”，但这次课程设计是需要多方面的知识的集合以及运用，不仅用了理论，同时也联系了实际，真的很锻炼人！说到艰辛，也许是因为我们一直都没有完整的完成过一个设计而且自己一个人，做的过程中有时真的做到头晕脑胀的，只能停下，第二天再做，从开始到现在做了将近一个月了，需要毅力！这个课程设计不仅锻炼了我的毅力，而且也让我认识到和学习到了很多东西！这是从别处得不到的！通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。
通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。
在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
终于做完了，很开心、很幸福！还有很多不足的地方，希望老师提出批评!Sunrainbaby2010年11月于大连目录序言 (2)设计任务书 (5)第一章概述 (6)1.1精馏操作对塔设备的要求 (6)1.2 板式塔的类型 (7)1.2.1 泡罩塔 (7)1.2.2 筛板塔 (8)1.2.3 浮阀塔 (8)1.3 精馏塔的设计任务及要求 (9)1.3.1 精馏塔设计的内容 (9)1.3.2 绘图要求 (9)2.1塔形的选择 (10)2.2 操作条件的确定 (10)2.2.1操作压力 (10)2.2.2 进料状态 (10)2.2.3 加热方式 (10)2.2.4 冷却剂与出口温度 (10)2.2.5 热能的利用 (11)2.3 确定设计方案的原则 (11)2.4精馏流程的确定 (12)第三章板式精馏塔的工艺计算 (13)3.1物料衡算 (13)3.1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (13)3.1.2平均摩尔质量 (13)3.1.3物料衡算 (13)3.2回流比的确定 (14)3.3塔板数的确定 (14)3.3.1精馏塔的气、液相负荷 (14)3.3.2回收率 (15)3.3.3操作线方程 (15)3.3.4图解法理论板层数 (15)3.3.5实际板层数的初步求取 (16)3.3.6塔板总效率估计 (17)3.4精馏塔有关物性计算 (18)3.4.1精馏段的平均密度 (18)3.4.2 液体平均表面张力计算 (19)本章符号意义 (20)第四章板式塔主要尺寸计算 (21)4.1精馏塔的塔体工艺尺寸计 (21)4.1.1塔径的计算 (21)4.1.2精馏塔有效高度计算 (22)4.2 塔板主要工艺尺寸的计算 (22)34.2.1 溢流装置计算 (22)4.2.2 塔板布置及浮阀数目与排列 (23)4.3 塔板的流体力学验算 (24)4.3.1 气象通过浮阀塔板的压降 (24)4.3.2 淹塔 (25)4.3.3 雾沫夹带 (25)4.4塔板负荷性能图 (26)4.4.1雾沫夹带线 (26)4.4.2 液泛线 (27)4.4.3液相负荷上限线 (27)4.4.4漏液线 (28)4.4.5液相负荷下限线 (28)4.4.6塔板负荷性能图 (28)计算结果汇总 (30)本章符号说明 (31)5.1 回流冷凝器 (32)5.1.1 冷凝器的介绍 (32)5.1.2 冷凝器的选择 (33)5.1.3冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量 (33)5.2 再沸器 (33)5.2.1 再沸器的介绍 (33)5.2.2 再沸器的选择 (35)附录 (36)附录 1 常压下乙醇—水系统t—x—y数据 (36)附录 2 乙醇的物性 (36)附录 3 物性系数 (36)Key words (37)参考文献 (38)主体设备图（见二号图纸） (38)设计任务书[1]一．设计题目乙醇—水连续精馏塔的温计．二．设计任务及操作条件(1)进精馏塔的料液含乙醇35%(质量)．其余为水。
水与乙醇精馏实验 数据处理示范
y = q x − xF 加料线(q 线)方程可表示为： q − 1 q −1
其中
q = 1+ c pF (tS − tF )
rF
式中, q ----进料热状况参数； rF ----进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；(参照附表 4) tS ----进料液的泡点温度，℃； tf ----进料液温度，℃； cpF ----进料液在平均温度（tS + tf）/2 下的比热容，kJ/(kmol℃)；(参
塔釜温度 tw/℃ 26.9 32.3 38.4 45.7 51.9 58.3 64.8 70.7 76.3 81.3 86 88.1 89 89.3 89.7 90 90.2 90.3 90.3 90.3 90.4 90.4 90.4 90.4
回流温度 tL/℃
25.7 25.7 25.7 25.7 25.7 25.7 25.6 25.7 25.7 25.7 25.6 25.7 25.6 25.7 25.7 25.8 31.8 40.3 46.7 48.7 49.9 50.7 51.2 51.1
塔顶温度 tD/℃
26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 76.7 79.1 79.2 79.2 79.2 79.2 79.2 79.1 79.1 79.1
图 1 塔顶温度等参数随时间的变化曲线
5
由图 1 可知刚开始加热的前十五分钟时，塔釜温度逐步升高，回流温度和塔 顶温度基本不变，到一定时间（20 分钟左右）后，塔釜温度趋于稳定，塔顶 温度急剧上升到一定温度，回流温度逐步升高，但塔釜温度始终高于回流温 度和塔顶温度。
水与乙醇精馏实验 数据处理示范
化工原理 精馏 图例
全塔物料衡算--确定产品流量,浓度与进 料流量和浓度之间关系. 精馏段物料衡算—确定精馏段相邻两块 塔板之间的物料组成关系.实为精馏操作 线方程. 提馏段物料衡算—确定提馏段相邻两块 塔板之间的物料组成关系.实为提馏操作 线方程.
例题
每小时将15000kg含苯40%（质量，下同） 和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行 分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔 顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏 出液和釜残液的流量和组成，以摩尔流 量和摩尔分率表示。
捷算法确定理论塔板层数
平衡蒸馏
流程如下页图:单级而连续操作,溶液预热达较 高温度后,通过减压阀减压,送入蒸馏釜中被部 分气化,两相平衡后分离得产品. 只能实现部分分离. 计算项:
⑴物料衡算—得操作线方程; ⑵溶液预热温度确定; ⑶溶液平衡温度和产品浓度的确定.
平衡蒸馏例题
对某两组分理想溶液进行常压闪蒸，已 知xF为0.5（原料液中易挥发组分的摩尔 分率），若要求汽化率为60%，试求闪蒸 后平衡的气液相组成及温度。
精馏操作线方程例题3
在一连续操作的精馏塔中，分离正戊烷正己烷。进料温度为20℃，进料组成为 0.4，馏出液组成为0.95，塔釜组成为 0.95，釜液组成为0.05，上述组成均为 正己烷的摩尔分率。精馏段每层塔板下 降液体的流量为馏出液流量的1.6倍（摩 尔比），试写出提馏操作线方程
精馏操作线方程例题4
气液平衡方程（去除 下标）：
x y 1 ( 1) x
相图说明
相图t-x-y:两线三区五状态.
相图x-y:实质是气液平衡方程的曲线表 达.
强调—本章所有浓度,溶液量表示全部用 摩尔分率和摩尔量.
酒精计的使用
2．附表1 乙醇—水溶液常压下平衡数据液相组成乙醇摩尔分率%气相组成乙醇摩尔分率%沸点℃液相组成乙醇摩尔分率%气相组成乙醇摩尔分率%沸点℃0 0 100 11.0 45.4 86.00.2 2.5 99.3 11.5 46.1 85.70.4 4.2 98.8 12.1 46.9 85.40.8 8.8 97.7 12.6 47.5 85.21.2 12.8 96.7 13.2 48.1 85.01.6 16.3 95.8 13.8 48.7 84.82.0 18.7 95.0 14.4 49.3 84.72.4 21.4 94.2 15.0 49.8 84.52.9 24.0 93.4 20.0 53.1 83.33.3 26.2 92.6 25.0 55.5 82.43.7 28.1 91.9 30.6 57.7 81.64.2 29.9 91.3 35.1 59.6 81.24.6 31.6 90.8 40.0 61.4 80.85.1 33.1 90.5 45.4 63.4 80.45.5 34.5 89.7 50.2 65.4 80.06.0 35.8 89.2 54.0 66.9 79.86.5 37.0 89.0 59.6 69.6 79.66.9 38.1 88.3 64.1 71.9 79.37.4 39.2 87.9 70.6 75.8 78.87.9 40.2 87.7 76.0 79.3 78.68.4 41.3 87.4 79.8 81.8 78.48.9 42.1 87.0 86.0 86.4 78.29.4 42.9 86.7 89.4 89.4 78.159.9 43.8 86.4 95.0 94.2 78.310.5 44.6 86.2 100 100 78.3酒精计是用来测量白酒或者酒精溶液里面酒精含量的。
测量方法如下：在标准温度下（一般是20度）将酒精计垂直放入酒中，待稳定以后，上面和液面平齐的读数就是酒精含量。
乙醇-水设计
题目：日产100吨乙醇---水精馏塔工艺设计设计任务1.进料液含30%乙醇（质量），其余为水。
2.产品的乙醇含量不得低于90%（质量）。
3.残液中乙醇含量不得高于0.5%（质量）。
4.进料方式：饱和液体进料。
5.采取直接蒸汽加热6.全凝器：列管式换热器，冷却介质循环水，冷却水入口t=20℃，出口t=40℃。
操作条件（1）、精馏塔顶压强2 KPa(表压)。
（2）、单板压降≤0.5 KPa。
（3）、全塔效率：Et≥50%设计内容1 .选定连续精馏流程；2 .塔的工艺计算；3. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计：（1）、塔高、塔径及塔板结构的主要参数；（2）、塔板的流体力学验算（仅验算压降）；4 辅助设备选型与计算；5包括全凝器的型号的选用及性能参数6设计结果一览表；7工艺流程图及全凝器主体设备图。
目录一．概述 (1)二．精馏塔设计方案简介 (1)2.1操作压力的选择分析 (2)2.2进料热状况的选择分析 (2)2.3 加热方式的选择分析 (2)2.4 回流比的选择分析 (2)2.5 产品纯度或回收率 (2)2.6 方案的确定 (2)2.7 总述 (2)三．塔的工艺尺寸的计算 (3)3.1 精馏塔的物料衡算 (3)3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (3)3.1.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3)3.1.3 物料衡算 (3)3.2 塔板数的确定 (4)N的求取 (4)3.2.1 理论板层数T3.2.2 实际板数的求取 (6)3.3 精馏塔的物性计算 (6)3.3.1精馏段物性计算 (6)3.3.1.1.操作压力计算 (6)3.3.1.2.操作温度计算 (6)3.3.1.3.平均摩尔质量计算 (7)3.3.1.4.平均密度计算 (7)3.3.1.5.液体平均表面张力计算 (7)3.3.2提馏段物性计算 (8)3.3.2.1 操作压力计算 (8)3.3.2.2 操作温度计算 (8)3.3.2.3 平均摩尔量计算 (8)3.3.2.4平均密度计算 (9)四精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)4.1 塔径的计算 (9)4.2 塔高的计算 (10)五塔板主要工艺尺寸的计算 (10)5.1 溢流装置计算 (11)5.2 塔板布置 (12)六.流体力学验算 (13)6.1 塔板压降 (13)七.全凝器的设计 (14)7.1确定物性数据 (14)7.2换热器的初步选型 (14)7.3估算传热面积 (15)7.3.1热流量 (15)7.3.2.平均传热温差 (15)7.3.3.冷却水用量 (15)7.3.4.传热面积 (15)7.4工艺结构尺寸 (16)7.4.1．管径和管内流速 (16)7.4.2．管程数和传热管数 (16)7.4.3.平均传热温差 (16)7.4.4.传热管排列和分程方法 (16)7.4.5．壳体内径 (16)7.4.6．折流板 (17)7.4.7．接管 (17)7.5换热器核算 (17)7.5.1热流量核算 (17)7.5.1.1壳程表面传热系数 (17)7.5.1.2管内表面传热系数 (18)7.5.1.3污垢热阻和管壁热阻 (18)7.5.1.4 传热系数K (19)e7.5.1.4传热面积裕度 (19)7.5.2换热器内流体的流动阻力 (19)7.5.2.1管程流体阻力 (19)7.5.2.2壳程阻力 (20)八.换热器的结果汇总 (21)九.总结 (22)十.参考文献 (23)十一.符号说明 (24)一．概述乙醇~水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。
本科化工原理--精馏
e
a xD,max y b 0 xW 1 x xF xD
10.4.13 双组分精馏过程的其他类型
当为冷液进料，q 线与y = xD的交点为操作线的上端，如图 所示。 1 q
y
0 xW x
xF
xD
1
10.5 间歇精馏
10.5.1 间歇精馏过程的特点 当混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常 变化时，采用间歇精馏的操作方式比较灵活激动. 特点： ① 间歇精馏为非定态过程，浓度、温度等参数随 时间变化，必须通过取微元时间进行计算。 若保持R不变，则xD 减小；反之，若保持xD 不变， 则R 增大。 ② 间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提馏段。因 此，获得同样的塔顶、塔底组成的产品，间歇精馏的 能耗必大于连续精馏。
二元恒沸物 三元恒沸物 三元恒沸物
Ⅰ 乙醇--水 恒沸物
Ⅱ
Ⅲ
水 乙醇 稀乙醇--水 溶液
10.6.1 恒沸精馏
纯B的沸点：100℃
在Ⅰ塔塔底排出
如：乙醇—水恒沸物（AB）+挟带剂（C）→ABC + A
纯A的沸点：78.3℃ 恒沸点： 78.15 ℃
苯
三元恒沸物沸点 64.9 ℃，在Ⅰ塔 塔顶排出
tABC＜tA， tABC＜tB ， tABC＜tAB
* xW
yd 0 xd x W
*
0 x* W
xd x F
x
x D 1.0
图B
直接蒸汽加热操作线
6.4.10 双组分精馏过程的其他类型 用上式求直接蒸汽加热时提馏段操作线方程比 较方便，问题归结为两操作线交点坐标( xd , y d ) 如何求。因为q线及精馏段操作线均与间接蒸汽加
热时相同，所以仍可用前述方法求 x 、 d 值。 y
《化工原理》乙醇-水混合液精馏塔设计
《化工原理》乙醇-水混合液精馏塔设计一、设计任务：完成精馏塔工艺优化设计、精馏塔结构优化设计以及有关附属设备的设计和选用，绘制精馏塔的工艺条件图及塔板性能负荷图，并编制工艺设计说明书。
二、操作条件：年产量：7500t。
料液初温：30℃料液浓度：43%（含乙醇摩尔分数）塔顶产品浓度：97%（含乙醇摩尔分数）乙醇回收率：99.8%（以摩尔分数计）年工作日：330天（24小时运行）精馏塔塔顶压力：4kPa（表压）冷却水温度：30℃饱和蒸汽压力：2.5kgf/cm2（表压）单板压降：不大于0.7kPa全塔效率：52%回流比是最小回流比的1.8倍进料状况：泡点进料三、设计内容：（1）设计方案简介：对确定的工艺流程及精馏塔型式进行简要论述。
（2）工艺参数的确定基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。
（3）主要设备的工艺尺寸计算板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。
（4）主要附属设备设计计算及选型塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量。
（5）用坐标纸绘制乙醇-水溶液的y-x图一张，并用图解法求理论塔板数（贴在说明书中对应的地方）。
（6）绘制精馏塔设计条件图。
附：汽液平衡数据表1一、总体设计计算1.1 汽液平衡数据（760mm Hg）1.2塔的物料衡算=43/46.07/(43/46.07+57/18.01)=0.2277XF=97/46.07/(97/46.07+31/18.01)=0.9267XDM=0.2277⨯46.07+（1-0.2277）⨯18.02=24.399kg/kmol F同理可得M=44.013 D，=7.5*106/7920=946.97DD=946.97/44.013=21.516η=0.998=DXD /FXF=21.516*0.9267/0.2277FF=87.742 由 F=D+WFXF =DXD+WXW得：Xw=0.03998W=66.226 Kmol/h1.3塔板计算tF=（0.2277-0.1661/0.2337-0.1661）*(82.7-84.1)+84.1=82.82°CtF=82.82℃乙醇不同温度的饱和蒸气压乙醇的饱和蒸气压o={[(82.82-80)/(90-80)]*(158.27-108.32)}+108.32=122.41 PA水不同温度的饱和蒸气压由图数据通过内插法得P B O =53.0525 α =122.41/53.0525=2.31 泡点进料q=1R min =1/α-1[X D /X F -α(1-X D )/1-X F ]=2.94 R=1.8R min =5.292精馏段操作线方程1111n n D R y x x R R +=+++=0.841x+0.1473提馏段操作线方程W m m x WqF L W x W qF L qF L y -+--++=+''1=1.503x-0.000849实际塔板数N pE T =0.52精馏段Np1=11/0.52=21块提馏段Np2=3/0.52=6块总板数21+6=27块二、塔的工艺条件及物性数据计算2.1精馏段的数据1.平均压力Pm单板降压不大于0.7Kpa所以等于0.7Kpa塔顶：PD=4+101.3=105.3Kpa加料板：PF=105.3+0.7*21=120Kpa平均压力：Pm=(105.3+120)/2=112.65Kpa2.平均温度tD={[(0.9267-0.08943)/(1-0.8943)]*(80.02-78.15)}+78.15=78.72℃tF=82.82℃精馏段tm=(82.82+78.72)/2=80.77℃3.平均分子量塔顶：M VDM = XD×M轻组分+（1－XD）×M重组分=46.07*0.9267+（1-0.9267）*18.01=44.01kg/kmolM LDM = x1×M轻组分+（1－x1）×M重组分=46.07*0.743+(1-0.743)*18.01=38.86kg/kmol进料板的平均分子量:进料板对应的组成Xn 和ynM VFM = yn×M轻组分+（1－yn）×M重组分=46.01*0.512+(1-0.512)*18.01=32.38kg/kmolM LFM = Xn×M轻组分+（1－Xn）×M重组分=46.07*0.2277+(1-0.2277)*18.01=24.4kg/kmol 精馏段：MVm=(44.01+32.38)/2=38.2kg/kmolMLm=(38.36+24.4)/2=31.63kg/kmol4.平均密度塔顶：aA =0.97 aB=0.03查物性数据：易挥发组分密度ρ1＝ 763.42 Kg/m3难挥发组分密度ρ2＝ 972.58 Kg/ m3塔顶液相密度：ρLD ＝1/[a1/ρ1+(1-a1) /ρ2]= 741.84Kg/ m3进料板：aA =0.43 aB=0.53查物性数据：易挥发组分密度ρ1＝ 733.59 Kg/m3难挥发组分密度ρ2＝ 969.97 Kg/ m3进料液相密度：ρLF ＝1/[a2/ρ1+(1-a2) /ρ2]= 851.93Kg/ m3精馏段的平均液相密度：ρLM ＝(ρLD+ρLF)/2=796.88Kg/ m3精馏段平均汽相密度：TM =（TF+TD）/2=80.77℃ρVM ＝PM V /RT M =1.463Kg/ m 35. 液体的平均表面张力 （1）塔顶t D =78.72℃ бO =17.26 бW =62.8V O =46.07/737=0.06251m 3/kmol V w =18.01/973=0.01851m 3/kmol X o =X D =0.9267 X W =1-0.9267=0.0733 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.977 φW =1-0.977=0.023 B=lg(φW q /φo )=-3.266Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.0007 A=B+Q=-3.266-0.0007=-3.2667lg(φs W q /φso )=-3.2667和φs W +φso =1解得 φs W =0.021 φso =0.979бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.05 бDm =17.81N/m2. 进料板t F =82.82℃ бO =16.88 бW =62.04V O =46.07/733=0.06285m 3/kmol V w =18.01/969.3=0.01858m 3/kmol X o =X F =0.2277 X W =1-0.2277=0.7723 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.499φW =1-0.499=0.501 B=lg(φW q /φo )=-0.298Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.00748A=B+Q=-0.298-0.00748=-0.3055lg(φs W q /φso )=-0.3055和φs W +φso =1解得 φs W =0.498 φso =0.502бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.415 бFm =34.01N/m(3) 精馏段бm =（17.81+34.01）/2=25.91N/m 6. 液体的平均黏度,L D μ=0.44⨯0.9267+(1-0.9267)⨯0.357=0.434.a mP s,L F μ=0.12⨯0.33+(1-0.12)⨯0.30=0.3904.a mP s,L M μ精=0.435*0.3904+0.357*（1-0.3904）=0.387.a mP s 7. 精馏段的汽液负荷计算V=（R+1）D=(5.292+1)⨯21.516=135.38/kmol hS V =,,3600V V m V M ρ精精=135.38*38.2/(3600*1.463)=0.91m 3/sV h =3600*0.91=3262.96m 3/hL=RD=50292⨯21.516=113.86/kmol h,3600L s L m LM L ρ=精精=113.86*31.63/(3600*796.88)=0.001255L h =3600*0.001255=4.52m 3/h2.2 提馏段的数据1.平均温度t W ={[(0.03998-0.019)/(1-0.019)]*(89-95.5)}+95.5=92.93℃ t F =82.82℃提馏段t m =(82.82+92.93)/2=87.88℃2.平均分子量 塔底：M VWM = X W ×M 轻组分+（1－X W ）×M 重组分=46.07*0.414+（1-0.414）*18.01=29.63kg/kmol M LWM = x 1×M 轻组分+（1－x 1）×M 重组分=46.07*0.03998+(1-0.03998)*18.01=19.13kg/kmol 提馏段：M Vm =(29.63+32.38)/2=31kg/kmol M Lm =(19.13+24.4)/2=21.77kg/kmol 3.平均密度塔底：a A =0.64 a B =0.36查物性数据： 易挥发组分密度ρ1＝ 725.87 Kg/m 3 难挥发组分密度ρ2＝ 963.23 Kg/ m 3塔底液相密度：ρLD ＝1/[a 1/ρ1+(1-a 1) /ρ2]= 963.15Kg/ m 3 提馏段的平均液相密度：ρLM ＝(ρLW +ρLF )/2=907.54Kg/ m 3 提馏段平均汽相密度：T M =（T F +T D ）/2=87.88℃ ρVM ＝PM V /RT M =1.16Kg/ m34.液体的平均表面张力 （1）塔底t W =92.93℃ бO =13.27 бW =60.16V O =46.07/737=0.06251m 3/kmol V w =18.01/973=0.01851m 3/kmol X o =X W =0.03998 X W =1-0.03998=0.96 φo =X o V O /(X W V w +X o V O )=0.123φW =1-0.123=0.877B=lg(φW q /φo )=0.796Q=0.041(q/T)(бO V O 2/3/q-бW V w 2/3)=-0.000163 A=B+Q=0.796-0.000163=0.794lg(φs W q /φso )=0.794和φs W +φso =1解得 φs W =0.634 φso =0.366бm 1/4=φs W бW 1/4+φso бO 1/4=2.46 бWm =36.62N/m提馏段бm =（36.62+34.01）/2=35.32N/m 5.液体的平均黏度μlw =0.03998⨯0.324+(1-0.03998)⨯0.324=0.393.a mP s ,L F μ=0.12⨯0.33+(1-0.12)⨯0.30=0.3904.a mP s μL,M 提=0.393*0.084+0.393*（1-0.084）=0.33.a mP s 6.精馏段的汽液负荷计算V=（R+1）D=(5.292+1)⨯21.516=135.38/kmol hS V ==135.38*31/(3600*1.16)=1m 3/sV h =3600*1=3600m 3/hL=RD=50292⨯21.516=113.86/kmol hL s =113.86*21.77/(3600*907.54)=0.00154L h =3600*0.00154=5.508m 3/h三、塔和塔板主要工艺尺寸计算 3.1 塔径首先考虑精馏段：参考有关资料，初选板音距T H =0.5m 取板上液层高度L h =0.06m 故 T H -L h=0.5-0.06=0.44ms s L V ⎛ ⎝查图可得 20C =0.097校核至物系表面张力为9.0mN/m 时的C ，即C=20C 0.220σ⎛⎫⎪⎝⎭=0.0102max u =CL VVρρρ-可取安全系数0.7，则 u=0.7max u =0.7⨯2.378=1.665m/s故4sV uπ按标准，塔径圆整为1.2m ，则空塔气速为0.805m/s3.2 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为1Z N =-T 精精（）H =(21-1)⨯0.5=10m提馏段有效高度为1Z N =-T 提提（）H =(6-1)⨯0.5=2.5mZ 总=10+2.5=12.5m3.3 溢流装置采用单溢流、弓形降液管⑴ 堰长 w l 取堰长 w l =0.6Dw l =0.6⨯1.2=0.72m⑵ 出口堰高w h =L ow h h -选用平直堰，堰上液层高度ow h 由下式计算ow h =2/32.841000h w L E L ⎛⎫ ⎪⎝⎭近似取E=1.03,则ow h =0.00995故 w h =0.06-0.00995=0.05m ⑶ 降液管的宽度d W 与降液管的面积f A 由L D /D T =0.6《化工设计手册》 得dW D =0.1,f TA A =0.053 故 d W =0.12 f A =0.0722()24D π=0.062m留时间 f T sA H L τ==23.9s (>5s 符合要求)提馏段t=A d H T /Ls=33.11=>5s⑷ 降液管底隙高度 h ο u o ,=0.08h ο=L s /w l u o ,=0.022m3.4 塔板布置(1)取边缘区宽度c W =0.06,安定区宽度s W =0.075(2)计算开孔面积212sin 180a x A R R π-⎡⎤=⎢⎥⎣⎦=0.7992m 其中 x=2D-(d s W W +)=0.405m R=2D-c W =0.54m 3.5 筛板数n取筛孔的孔径0d 为39mm,正三角形排列,一般碳钢的板厚δ为3mm,孔中心距t=75.0mm 浮阀数目 取阀动能因数11F =，则由式o υ=o υ=计算塔板上的筛孔数n,即 n=4V s /πd o 2u o =83.75=84提馏段的筛口气速和筛孔数用上述公式计算， 提馏段 u 0=10.21m/s, n=82个取边缘区宽度c W =0.06,安定区宽度s W =0.075,板厚δ为3mm, 做等腰三角形叉排h=Aa/0.075n=0.127m=120mm 阀孔气速μo =4V s /πnd o 2=9.12m/s F 0=10.97四、筛板的流体力学性能 1. 塔板压降校核 h f =h c +h e(1)气体通过干板的降压h c临界孔速 u 0c =（73/ρv ）1/1.825=8.52m/s<u 0 所以h c =5.34（ρv /ρL )(u 02/2g)=0.0411m (2)气体通过班上液层的压降h e h e =β(h w +h ow )=0.05*0.06=0.03 （3）h б克服表面张力的压降 h б=0.00034m（4）气体通过筛板压降h f 和∆p f h f =h c +h e +h б=0.07144m∆p f =ρl *g*h f =558.5kpa<0.7kpa 2. 雾沫夹带量校核泛点率1100%F bF =板上液体流经长度 Z L =D T -2W D =0.96m F=40.72%<80%不会发生过量的雾沫夹带 3. 漏液校核=4.134m/s k=u 0/u'0=2.19=>2提馏段用同样的方法得，k=u 0/u'0==>2 4. 降低管液泛校核为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度()d T w H H h ≤Φ+d P L d H h h h =++ 即h d =0.153(L s /L w h o )2=0.00096m取 取校正系数Φ=0.5,H d =0.1324,Φ(H T +h w )=0.275m可见(),d T W H H h φ≤+符合防止淹塔的要求。
化工原理课程设计 (乙醇水筛板塔)
化工原理课程设计设计题目乙醇-水筛板精馏塔设计学生姓名学号班级指导教师设计时间2015年5月1日~6月22日完成时间2015年6月23日于徐州目录一、总论 (4)1.1概述 (4)1.2文献综述 (4)1.2.1板式塔类型 (4)1.2.2筛板塔 (4)1.3设计任务书 (5)1.3.1设计题目 (5)1.3.2设计条件 (5)1.3.3设计任务 (5)二、设计思路 (5)三、工艺计算 (6)3.1 平均相对挥发度的计算 (6)3.2绘制t-x-y图及x-y图 (7)3.3 全塔物料衡算 (8)3.3.1进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (8)3.3.2 平均摩尔质量 (9)3.3.3全塔物料衡算： (9)进料量： (9)3.4最小回流比的计算和适宜回流比的确定 (9)3.4.1最小回流比 (9)3.4.2 确定最适操作回流比R (10)3.5 图解法求理论板数及加料板位置 (11)3.5.1精馏段和提馏段操作线方程的确定 (11)3.5.2 理论板数及加料板位置 (12)3.6 实际板数及加料板位置确定 (13)四、塔板结构设计 (13)4.1气液体积流量 (13)4.1.1 精馏段的气液体积流量 (13)4.1.2 提馏段的气液体积流量 (15)4.2 塔径计算 (16)4.2.1 塔径初步估算 (16)4.2.2校核HT与D的范围 (18)4.3 塔高的计算 (18)4.4 塔板结构设计 (19)4.4.1塔板结构尺寸的确定 (19)4.4.2 弓形降液管 (20)4.4.3 塔盘布置 (21)4.4.4开孔面积计算 (21)4.4.5筛板的筛孔和开孔率 (22)4.5塔板流体力学校核 (22)4.5.1 塔板阻力 (22)4.5.2液面落差 (24)4.5.3 液沫夹带量校核 (25)4.5.4严重漏液校核 (25)4.5.6降液管溢流液泛校核 (25)4.6 塔板性能负荷图 (26)4.6.1漏液线 (27)4.6.2 液沫夹带线 (27)4.6.3液相负荷下限线 (27)4.6..4液相负荷上限线 (28)4.6.5液泛线 (28)五、换热器 (29)5.1 换热器的初步选型 (29)5.1.1塔顶冷凝器 (29)5.1.2塔底再沸器 (29)5.2 塔顶冷凝器的设计 (29)六、精馏塔工艺条件 (31)6.1塔体总高 (31)6.2 精馏塔配管尺寸的计算 (32)6.2.1塔顶汽相管径dp (32)6.2.2回流液管径dR (32)6.2.3 加料管径dF (33)6.2.4釜液排出管径dw (33)6.2.5再沸器返塔蒸汽管径dv’ (33)6.3精馏塔工艺尺寸 (34)七、塔板结构设计结果 (35)八、符号说明 (35)九、结束语 (36)一、总论1.1概述化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物。
乙醇水精馏塔设计
乙醇水精馏塔设计-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1⑴综合运用“化工原理”和相关选修课程的知识，联系化工生产的实际完成单元操作的化工设计实践，初步掌握化工单元操作的基本程序和方法。
⑵熟悉查阅资料和标准、正确选用公式，数据选用简洁，文字和工程语言正确表达设计思路和结果。
⑶树立正确设计思想，培养工程、经济和环保意识，提高分析工程问题的能力。
二、设计任务及操作条件在一常压操作的连续精馏塔内分离乙醇－水混合物。
生产能力（塔顶产品） 3000 kg/h操作周期 300 天／年进料组成 25% （质量分数，下同）塔顶馏出液组成≥94%塔底馏出液组成≤0.1%操作压力 4kPa（塔顶表压）进料热状况泡点单板压降：≤0.7 kPa设备型式筛板三、设计内容：(1) 精馏塔的物料衡算；(2) 塔板数的确定：(3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算；(4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；(5) 塔板主要工艺尺寸的计算；(6) 塔板的流体力学验算：(7) 塔板负荷性能图；(8) 精馏塔接管尺寸计算；(9) 绘制生产工艺流程图；(10) 绘制精馏塔设计条件图；(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。
[ 设计计算 ]（一）设计方案选定本设计任务为分离水－乙醇混合物。
原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热至84℃后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25℃后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。
1精馏方式：本设计采用连续精馏方式。
原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。
其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。
由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。
2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。
乙醇溶液在大气压下的平衡数据
乙醇溶液在大气压下的平衡数据乙醇溶液是由乙醇分子和溶剂分子组成的混合物，在大气压下存在着一种平衡状态。
本文将详细介绍乙醇溶液在大气压下的平衡数据，并从人类的视角出发，以生动的方式描述这一过程。
让我们从乙醇溶液的组成开始。
乙醇分子是一种有机化合物，化学式为C2H5OH。
它具有一种特殊的气味和可溶于水的性质，因此常被用作溶剂。
在大气压下，我们可以通过测量乙醇溶液的浓度来获得平衡数据。
乙醇溶液的浓度通常用质量百分比或体积百分比来表示。
质量百分比是指溶液中乙醇的质量与总溶液质量之比，而体积百分比则是指溶液中乙醇的体积与总溶液体积之比。
这两种表示方法都可以反映乙醇在溶液中的含量。
在一定温度下，乙醇溶液的浓度与其蒸气压之间存在着一种平衡关系。
蒸气压是指在一定温度下，液体表面上蒸发出的气体压强。
乙醇溶液的蒸气压与其浓度成正比，即浓度越高，蒸气压也越高。
乙醇溶液的蒸气压还与温度有关。
一般来说，随着温度的升高，乙醇溶液的蒸气压也会增加。
这是因为温度升高会增加乙醇分子的动能，使其更容易从液体表面蒸发成气体。
除了浓度和温度，乙醇溶液的蒸气压还受到压力的影响。
在大气压下，乙醇溶液的蒸气压等于大气压。
如果大气压增加，乙醇溶液的蒸气压也会增加；反之，如果大气压降低，乙醇溶液的蒸气压也会降低。
除了上述因素，乙醇溶液的蒸气压还受到溶剂的影响。
溶剂分子与乙醇分子之间会发生相互作用，从而影响乙醇分子的蒸发。
一般来说，溶剂分子与乙醇分子之间的相互作用越强，乙醇溶液的蒸气压越低。
乙醇溶液在大气压下的平衡数据与浓度、温度、压力和溶剂有关。
通过测量乙醇溶液的浓度和蒸气压，我们可以获得这些数据，并进一步研究乙醇溶液的性质和行为。
乙醇溶液是我们日常生活中常见的化学物质之一。
它不仅可以用作溶剂，还可以用于制备酒精饮料和医药制剂等。
了解乙醇溶液在大气压下的平衡数据，有助于我们更好地理解和利用这一物质。
通过不断深入研究，我们可以进一步拓展乙醇溶液的应用领域，并为人类的生活提供更多的便利和创新。