乙醇水连续精馏塔的设计

乙醇—水连续精馏塔的设计

目的：

通过课程设计进一步巩固课本所学的容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。

在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇20%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于94%，塔底釜液中含乙醇不高于4%（均为质量分数）。

已知参数：

（1）设计任务

●进料乙醇 X = 20 %（质量分数，下同）

●生产能力 Q = 80 t/d

●塔顶产品组成 > 94 %

●塔底产品组成 < 0.1 %

（2）操作条件

●操作压强：常压

●精馏塔塔顶压强：Z = 4 KPa

●进料热状态：泡点进料

●回流比：自定待测

●冷却水： 20 ℃

●加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPa

●单板压强：≤ 0.7

●全塔效率：E T = 52 %

●建厂地址：天津地区

●塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏

设计容：

（1）设计方案的确定及流程说明

（2）塔的工艺计算

（3）塔和塔板主要工艺尺寸的计算（a、塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定；

b、塔板的流体力学验算；

c、塔板的负荷性能图）

（4）设计结果概要或设计一览表

（5）精馏塔工艺条件图

（6）对本设计的评论或有关问题的分析讨论

目录

一、精馏流程的确定 (3)

二、课程设计报告容 (3)

1.塔的物料计算 (3)

1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (3)

1.2 平均摩尔质量 (3)

1.3 物料衡算 (3)

2.塔板数的确定 (4)

2.1 理论塔板数的求取 (4)

2.2 全塔效率 (6)

2.3 实际塔板数 (6)

3.塔点工艺条件及物性数据计算 (6)

3.1 操作压强 (6)

3.2 温度 (6)

3.3 平均摩尔质量 (7)

3.4 平均密度 (7)

3.5 液体表面力 (9)

3.6 液体黏度 (9)

4.精馏段气液负荷计算 (10)

5.塔和塔板主要工艺尺寸计算 (11)

5.1 塔径 (11)

5.2 溢流装置 (12)

5.3 塔板布置 (15)

5.4 筛孔数与开孔率 (15)

5.5 塔的有效高度（精馏段） (16)

5.6 塔高计算 (16)

6.筛板的流体力学验算 (16)

6.1 气体通过筛板压强降相当的液柱高度 (16)

6.2 雾沫夹带量的验算 (18)

6.3 漏液的验算 (18)

6.4 液泛验算 (18)

7.塔板负荷性能图 (19)

7.1 雾沫夹带线（1） (19)

7.2 液泛线（2） (20)

7.3 液相负荷上限线（3） (21)

7.4 漏液线（气相负荷下限线）（4） (21)

7.5 液相负荷下限线（5） (22)

8.筛板塔的工艺设计计算结果总表 (23)

9.精馏塔的附属设备及接管尺寸 (24)

三、设计小结 (25)

四、主要参考文献 (25)

一、精馏流程的确定

乙醇—水混合液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷凝后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

二、课程设计报告容

1.塔的物料计算

1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数

089.018

/8046/2046

/20=+=F x

86.018

/646/9446

/94=+=

D x

0004.018

/9.9946/1.046

/1.0=+=W x

1.2 平均摩尔质量

kmol kg M F /49.2018)089.01(46089.0=⨯-+⨯= kmol kg M D /08.4218)86.01(4686.0=⨯-+⨯= kmol kg M W /01.1818)0004.01(460004.0=⨯-+⨯=

1.3 物料衡算

总物料衡算 3.333324/80000=='-'W F 轻组分物料衡算 3.33332.0001.094.0⨯='+'W D 联立二式得：

h kg F /5.15728=' h kg D /3.3333='

h kg W /2.12395='

各物料数值为：

h kmol F /62.76749.20/5.15728== h kmol D /21.7908.42/3.3333== h kmol W /24.68801.18/2.12395==

2.塔板数的确定

2.1 理论塔板数N T 的求取

乙醇—水属于理想物系，可采用M.T.图解法求N T 。 2.1.1 根据乙醇—水的气液平衡数据如下表

液相中乙醇 的摩尔分数

气相中乙醇 的摩尔分数

液相中乙醇 的摩尔分数 气相中乙醇 的摩尔分数 0.0 0.0 0.25 0.551 0.10 0.11 0.30 0.575 0.02 0.175 0.4 0.614 0.04 0.273 0.5 0.657 0.06 0.34 0.6 0.698 0.08 0.392 0.7 0.755 0.1 0.43 0.8 0.82 0.14 0.482 0.894 0.894 0.18 0.513 0.95 0.942 0.2

0.525

1.0

1.0

表1：乙醇—水气液平衡数据

2.1.2 求最小回流比R min 及操作回流比R 。

因泡点进料，在图1中对角线上自点e （0.09，0.09）作垂线即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为y q = 0.41，x q = 0.09，此时最小回流比为：