化工原理课程设计原料预热器
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设计任务书
一、 设计题目：乙醇水精馏系统换热器设计 二、 设计依据：
1、产量：7万吨
2、年工作时间：330天
3、原料乙醇：浓度50%（质量），出库温度25℃
4、产品乙醇：浓度95%（质量），入库温度≤45℃
5、乙醇回收率：%
6、原料乙醇泡点进料，回流比R=
7、循环冷却水进口温度：30℃
8、再沸器饱和水蒸气温度：150℃
9、系统散热损失：不考虑系统散热损失 10、换热器KA 值裕度：20~40% 11、原料预热器（2）设计
三、设计要求：
第1节：物料衡算、热量衡算
1.精馏塔物料衡算
乙醇、水的相对分子质量为M 乙醇=mol ，M 水=mol 由原料乙醇质量浓度为50%得原料乙醇的摩尔分率为：
F=
50%/M X 50%/M M 50%/46.07
=50%/46.07+50%/18.02=0.2812乙醇
乙醇水
+50%/ 由产品乙醇质量浓度为95%得产品乙醇的摩尔分率为：
D 95%/X =
95%/95%/46.07
95%/46.075%/18.020.8814M M =
+=乙醇
乙醇水
+5%/M 原料F 、塔顶馏出液D 的平均相对分子质量：
F X M /F F M X g mol
=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=25.91乙醇水（1-）=0.2812（1-0.2812） D D D X M 8814881442.74/M X g mol
=⨯M +⨯⨯46.07+⨯18.02=乙醇水（1-）=0.（1-0.） 塔顶产品流率D ：
(33024)D M
D M h
=
⨯⨯
()7
371042.7433024206.79/8.83810/h kmol h kg h
⨯=
⨯⨯==⨯
由乙醇回收率99.5%D
F
DX FX η=
=得：
206.790.8814
0.28120.995651.42/D F DX F X kmol h
η
=⨯=
⨯=
4
651.4225.9116878.29/1.68810/F kg h
kg h =⨯=≈⨯
流率W ：
651.42206.79444.63/W F D
kmol h
=-=-= 塔底残液摩尔分率：
3651.420.2812206.790.8814444.63
2.0610F D
W FX DX X W
--=
⨯-⨯=
=⨯
塔底残液W 的平均相对分子质量：
()()mol g M X M X M W W W /08.1802.181006.2-107.461006.213-3-=⨯⨯+⨯⨯=⨯-+⨯=水
乙醇 3444.6318.08
8038.91/8.04010/W kg h kg h
=⨯=≈⨯ 计算R min
乙醇-水气液平衡数据
11作图如下：
由图可得
min 0.1931
D
X R =+，故R min = R==⨯ 塔顶冷凝器将来自塔顶的蒸汽全部冷凝，即该冷凝器为全凝器，凝液在泡点温度下部分地回流入塔，由恒摩尔流假定，塔顶液体摩尔流率L 、气体摩尔流率V 为:
44.1055206.79848.898/3.62810/L RD
kmol h kg h
==⨯==⨯ ()415.1055206.791055.77/45123.45/4.51210/V R D kmol h kg h kg h
=+=⨯==≈⨯ 因为是泡点进料，所以q=1
()()()()()4V V 1114.10551206.7911651.42
1055.77/19088.32/ 1.90910/q F R D q F
kmol h kg h kg h =--=+--=+⨯--⨯==≈⨯
344.1055206.791651.42
1.510/27127.17/
2.71310/L L qF
RD qF
kmol h kg h kg h
=+=+=⨯+⨯≈⨯=≈⨯
又W=*10-3，则V =L -W 成立
2.冷凝器物料衡算及热量衡算
查【《化工原理》下册P268附录】得，质量组成为95%的乙醇水溶液的沸点为℃。
此温度下乙醇的汽化潜热r 可以下式求得：
水水乙醇乙醇x r x r r +=
其中B c A(t t)r -=
【查《化工原理》上册281P 附表】得： 乙醇：A=113，B=，c 243t C =︒乙醇; 水：A=，B=；c 374t C =︒水
求得973.1
8/kJ kg r =乙醇；2460.29/kJ kg r =水； 其中
8814.002.18/%507.46/%9507
.46/%95/%5/%95/%95=+=
+=
水
乙醇乙醇
乙醇M M M x
1186.0-1==乙醇水x x
所以kg kJ r /55.1149=
则冷凝塔顶混合蒸汽放出的热量1Q
11745123.451149.5551871661.95J /5.18710J /14408.80kw
mv Q q r
k h k h ==⨯=≈⨯= 冷凝器冷却水进口温度为1t =30℃，故假定冷却水出口温度2t =50℃。 取水的比热容为()()12/23050/240t t t C =+=+=时的Cp=kg ·℃，设冷却水用量为2mv q ,由()1221t t C q Q p mv -=得: