分离乙醇水精馏塔设计含经典工艺流程图和塔设备图
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分离乙醇-水的精馏塔设计设计人员:
所在班级:化学工程与工艺成绩:
指导老师:日期:
化工原理课程设计任务书
一、设计题目:乙醇---水连续精馏塔的设计
二、设计任务及操作条件
(1)进精馏塔的料液含乙醇35%(质量分数,下同),其余为水;
(2)产品的乙醇含量不得低于90%;
(3)塔顶易挥发组分回收率为99%;
(4)生产能力为50000吨/年90%的乙醇产品;
(5)每年按330天计,每天24小时连续运行。
(6)操作条件
a)塔顶压强 4kPa (表压)
b)进料热状态自选
c)回流比自选
d)加热蒸汽压力低压蒸汽(或自选)
e)单板压降 kPa。
三、设备形式:筛板塔或浮阀塔
四、设计内容:
1、设计说明书的内容
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性数据的计算;
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)对设计过程的评述和有关问题的讨论;
2、设计图纸要求;
1)绘制生产工艺流程图(A2 号图纸);
2)绘制精馏塔设计条件图(A2 号图纸);
五、设计基础数据:
1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据;
2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。
一、设计题目:乙醇---水连续精馏塔的设计
二、设计任务及操作条件:进精馏塔的料液含乙醇35%(质量分数,下同),其余为
水;产品的乙醇含量不得低于90%;塔顶易挥发组分回收率为99%,生产能力为50000吨/年90%的乙醇产品;每年按330天计,每天24小时连续运行。塔顶压强 4kPa (表压)进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽(或自选)单板压降≤0.7kPa。
三、设备形式:筛板塔
四、设计内容:
1)精馏塔的物料衡算:
原料乙醇的组成 xF==0.1740
原料乙醇组成 xD0.7788
塔顶易挥发组分回收率90%
平均摩尔质量 MF =
由于生产能力50000吨/年,.
则 qn,F
所以,qn,D
2)塔板数的确定:
甲醇—水属非理想体系,但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。由乙醇和水有关物性的数据,求的求得乙醇—水体系的相对挥发度α=5.1016,
最小回流比的计算:采用泡点进料,所以q=1,xF,
由气液平衡方程y ,所以yq,即,把xF=xq=??.????????作y轴平行线交操作线与f.如下图
即 .求得yq=0.5130.
所以,根据最小回流比计算公式Rmin
即,Rmin=,根据回流比R是最小回流比的合适倍数,所以选择选择2倍。即R=2Rmin=0.879.
进料热状况选择为泡点进料,所以q=1
精馏段,根基操作线方程:y= 所以,y=0.468 x+0.415 联立y=x 所以x=xD=0.7801 提馏段,y=联立y=x求得y=2.872x-0.078所以提馏段x=xw=0.04
根据xD,xw,及xq以及操作线方程,利用图解法在x-y坐标上做出平衡线与对角线并且画梯级作图如下:
由图可知,精馏段塔板为10.提馏段为5.一个再沸器.所以提馏段为4个板.所需总塔板数为提馏段和精馏段之和,故,所需总塔板数为14.
查手册得水和乙醇气液平衡数据,t 数据利用表2中数据由拉格朗日插值可求得
F
t 、
D
t 、
W
t 。
进料口F t :61.16401
.8437.2361.167.821.84--=--F t , F t
=79.26℃ 塔顶D t :43.899515
.7872.7443.8941.7815.78--=--D t ,D
t =78.05℃
塔釜W
t :
00.1100
90.105.95100--=--w t ,W t =97.63℃ 精馏段平均温度
65.7821=+=
D
F t t t ℃ 提馏段平均温度
445.8822=+=
w
F t t t ℃
由塔顶和塔底平均温度得
t =84
.87263
.9705.782=+=+W D t t ℃
查手册得,由内插法可得在87.84℃下,乙醇的粘度为s mpa A ⋅=3790.0μ,水的粘度为s mpa B ⋅=3245.0μ
可以有下式求得平均粘度
∑=i
i x μμ
其中xi-进料中某组分的摩尔分数
i μ-该组分的粘度,按照塔的平均温度下的液体计
则av μ=0.4*0.3790+0.6*0.3245=0.3463mPaS
带入回归方程E1=0.563-0.276lg )(lg 0815.0lg av av αμαμ+2=0.594 该算法为泡罩塔蒸馏塔总板效率,则筛板塔为E=1.1E 1=0.653
精馏段实际板层数 N 精= 10/0.653=16 提馏段实际板层数 N 提=4/0.653=7
进料板位置
16=r N
总的塔板数 Nc=16+7=23
3)
精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算:
一、乙醇气液平衡数据(101.3kPa ) 表1如下