7200吨每年乙酸乙酯乙酸丁酯精馏塔设计

原料液平均比热容原料液的汽化热
rm x f r乙酸乙酯 (1 x f )r乙酸丁酯 35143.7032kJ / kmol
q rm c p t rm 1.22747
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q 1 x x f 5.39618 x 1.58715 q线方程 y q 1 q 1
山东省“隆腾-双利杯”大学生 化工过程实验技能竞赛
设 计 者： 单 位： 指导教师:
主要内容
设计任务及要求 塔体计算 工艺尺寸计算 精馏塔主体尺寸计算 塔板结构尺寸计算 流体力学验算及塔板负荷性能图 附属设备计算

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设计任务 及要求
原料：乙酸乙酯~乙酸丁酯溶液，年产量7200吨 乙酸乙酯含量：30%(质量分数)， 原料液温度： 60℃ 设计要求： 塔顶的乙酸乙酯含量不小于95%(质量分数) 塔底的乙酸乙酯含量不大于0.3%(质量分数)
C pc 4.1785kJ / kg ºC
Q1 W1 19905.18129kg / h c pc (t2 t1 )
冷凝水用量：
r1 xD r乙酸乙酯 (1 xD )r乙酸丁酯 3.24 10 4 kJ / kmol
Q1 Vr 8.31738 105 kJ / h
M LW 115.061 M Lf 106.03311
MVW 111.984 M Vf 95.93511
提馏段的已知数据
摩尔质量
kg / kmol
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提馏段的汽液相负荷
名称
液相
汽相
平均摩尔质量 ( kg / kmol )
平均密度 （ / m3 ） kg 体积流量 （ m3 / h ）
L xi Li
LD xD 乙酸乙酯 (1 xD )乙酸丁酯 0.21211mPa s
可求得
LW 0.30696mPa s
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全塔液体的平均粘度：
Lm ( LD LW ) / 2 0.26146mPa s
全塔效Leabharlann Baidu：
C C20 (
1 30.34734dyn / m2
2 26.90581dyn / m2
取塔板间距 HT 0.35m，板上液层高度 h1 50mm 0.05m ， 那么分离空间 HT h1 0.30m 由史密斯关联图查得 LS L 功能参数： ( ) 0.07238 C20 0.059 VS V
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在平均温度下,查得
精馏段物系平均表面张力 提馏段物系平均表面张力 平均表面张力
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塔顶冷却器热负荷：
77.21 40 tm =58.605℃时， 2
已知 c p1 189.8429kj / (kmol k )
Q2 Dc p1t 23869.89kJ / h
再 沸 器 热 负 荷
W2
Q2 23869.89 571.255kg / h c pc (t2 t1 ) 4.1785 (30 20)
摩尔质量 ( kg / kmol )
M Lf 106.03311 M L1 92.48580
MVf 95.93511
MV 1 89.18684
温度(℃)
99.25
78.21 枣庄学院化学化工系
乙酸乙酯 815.4kg / m3 , 乙酸丁酯 809.8kg / m3 液相平均密度为：
t
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表2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度
名称 xf(%) 原料液 30 0.36103 106.03311 99.25 馏出液 95 0.96161 89.18684 78.21 釜残液 0.03 0.03918 115.06100 121.75
x f (摩尔分数)
摩尔质量
（kg / kmol）
精馏段的操作线方程
R 1 y x xD 0.87179 x 0.12328 R 1 R 1
q线方程与精馏段操作线方程的交点d (0.37805,0.45286) 由此在 图上画出提馏段操作线
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1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1 05 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95
106.03311kg / kmol
M D 89.18684kg / kmol, MW 115.06100kg / kmol
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查图（t-x-y），原料液，塔顶和塔底混合物的沸点可知
名称
原料液 30
馏出液 95
釜残液 0.03
x f (%)
xf (摩尔分数)
摩尔质量 kg/kmol )
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精馏段的已知数据 位置 质量分数(%) 进料板 塔顶(第一块板)
y1 ' xD ' 0.95
x1 ' 0.80407
y1 xD 0.96161
x 'f 0.3
y 'f 0.66222
摩尔分数
x f 0.36103
y f 0.72103
x1 0.84400
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精馏段与提馏段的体积流量
整理精馏段的已知数据列于表2，
液相平均摩尔质量：
M M lf M l1 2
可 查
106.03311 92.4858 99.25946kg / kmol 2
液相平均温度：
tm
t f tD 2
99.25 78.21 88.73ºC 2
ET 0.49( L )
0.245
1 0.49 (4.49550 0.26146) 0.245 47.198%
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实际塔板数 由图得，精馏段的理论塔板数为 2
实际板数 N P精馏段 NT 精馏段 / ET 1 6
提馏段的理论塔板数为 2 实际板数 N P提馏段 NT 提馏段 / ET 1 6 加料板1块 实际塔板数13块
40 121.75 80.875 ℃下查的塔底产品的比热容 2
在
tm
c pf 203.67096kj / (kmol k )
Q4 Wc p 2 t 1.2184 105 kJ / h
冷却水用量：
Q4 W4 2909.612kJ / h c pc t 枣庄学院化学化工系
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精馏塔物料计算 全凝器冷凝介质的消耗量


塔板数的确定
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由 xf n 乙酸乙酯 n乙酸丁酯
n乙酸乙酯
x f 0.36103
同理可求知
xD 0.96161, xW 0.03918
原料液的平均摩尔质量 M f x f M 乙酸乙酯 (1 x f ) M 乙酸丁酯
以塔釜产品对预热原料液，则将原料由20℃到 60℃所需的热量为 Q f
其中 t fm
20 60 40 ℃，查的此时原料液的比热容: 2
c pf 203.67096kJ / (kmol k )
原料所需热量：
Q f F c pf t 7.6833 104 kJ / h
冷却水用量
r2 xw r乙酸乙酯 (1 xw ) r乙酸丁酯 36.611kJ / mol Q3 V 、2 1.0182 106 kJ / h r 枣庄学院化学化工系
在表压为0.4MPa的条件下查的饱和水蒸气的汽化潜热为 r3=2107.4kJ/kg 饱和水蒸气用量：W Q3 483.155kg / h 3 r3 塔底冷却器热负荷：
沸点温度（℃）
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全 塔 的 物 料 衡 算 方 程
F D W
D 3.29063kmol / h
Fx f DxD WxW
W 6.14039kmol / h
F 9.43102kmol / h
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塔顶全凝气的热负荷： 取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为 20℃ 和30℃则平均温度下的比热
由图得理论塔板数为：5块
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全塔效率的估算
用奥康奈尔法(
查得
O ' conenell
)对全塔效率进行估算：
x1 0.8440 (塔顶第一块板)
y1 xD 0.96161
y f 0.72103
x f 0.36103
(加料板) (塔釜）
yw 0.14888
由相平衡方程式 y
0.36103
106.03311
0.96161
89.18684
0.03918
115.06100
(
沸点温度（℃）
99.25
78.21
121.75
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t-x-y
140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1 05 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 x(y)
同理可计算出精馏段的汽相负荷，汇总结果如图。 枣庄学院化学化工系
精馏段的汽液相负荷
名称 平均摩尔质量 ( kg / kmol ) 平均密度( kg / m3)
液相
气相
99.25946
92.56098
812.88188
3.11888
2.73232 761.73317 体积流量（ m / h） (0.000758978) (0.21159)
1
Lm

乙酸乙酯
' xLm

乙酸丁酯
' Lm
' 1 xLm
其中，平均质量分数 x

x f ' xD ' 2
0.55204
Lm 812.88188kg / m3
L RD 22.37628kmol / h
精馏段的液相负荷：
Ln LM
Lm
2.73232m3 / h
3
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提馏段 整理提馏段的已知数据列于下表，采用与精馏段相 同的计算方法可以得到提馏段的负荷，结果汇总于表。
位置 质量分数
' W
塔釜
进料板
x 0.03
' yW 0.11714
x 'f 0.30
y 'f 0.66222
摩尔分数
xW 0.03918 x f 0.36103 yW 0.14888 y f 0.72103
x 1 ( 1) x
xw 0.03918
1 4.62981, f 4.57439, w 4.28980
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全塔的相对平均挥发度：
m 1 w 4.45656
全塔的平均温度：
tD tW tm 99.98ºC 2
乙酸乙酯 0.208mPa s, 乙酸丁酯 0.311mPa s
f 由于 Q4 Q ,所以原则上可用塔釜产品对原料液加热。
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理论塔板层数的确定
x f 0.36103 时溶泡点 t f
99.25 60 99.25 ℃平均温度 2 79.625 ℃
cp 在79.625℃时，乙酸乙酯 =126.1kJ / (kmol k ), c p乙酸丁酯 =247.5kJ / ( kmol k )
110.54606
103.95956
782.86789
3.28815
4.79417 (0.00133171)
879.28703 (0.24425 )
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塔径的计算
(VSJ VST ) 0.22792m3 / s 2 汽塔的平均液相流量： L ( LSJ LST ) 0.00104534m3 / s S 2
汽塔的平均蒸汽流量： VS
汽塔的汽相平均密度：
V
VJ VT
2
2
3.20352kg / m3
汽塔的液相平均密度： LJ LT 797.87489kg / m3 L
umax
L V C V
得u
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u (0.6 ~ 0.8)umax