学年产25000吨工业乙醇浮阀精馏塔设计课程设计

1 概述和设计方案简介

本设计任务为分离乙醇和水的混合物。对二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上身蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。该物系属不易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2 工艺计算

2.1 的确定

乙醇-水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线和q 线的交点尚未落在平衡线之前，操作线已和平衡线相切，如图1所示。为此恒浓区出现在切点附近。此时 可有点（ , ）向平衡线做切线的斜率求得。

由图1可见，该切线的斜率为

求得 =2.2337。所以，R=1.6 =3.574。

由于物料采用泡点进料，q=1，则

= = =(R+1) =4.574 = +

2.2 物料衡算

原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下：乙醇的摩尔质量 =46kg/kmol

，水

图 1最小回流比下操作线

的摩尔质量 =18kg/kmol，则

=(0.25/46)/(0.25/46+0.75/18)=0.1154

=

==74.273kmol/h

由设计要求乙醇回收率为99%，故

99%=

得

又= (R+1) =4.574×74.273=339.724kmol/h

由全塔物料衡算

+

故= kmol/h

× + ×=×

得 =

2.3塔板数的确定

2.3.1负荷

=R =3.574×74.27=265.44 kmol/h

= + =265.44+558.97=824.41 kmol/h

==339.72 kmol/h

2.3.2回收率

由设计要求，塔顶乙醇的回收率为99%，塔底水的回收率为

H=( (1-)- )/( (1-))98.03% 2.3.3操作线方程

精馏段操作线:

Y=即

y=

提馏段操作线：

Y =

=2.4268-0.0019

2.3.4 用图解法求理论板数（见附图）

总理论板数 =25（不包括再沸器）

进料板位置 =22

精馏段理论板数

精

=21

提馏段理论板数

提

=4

2.3.5 实际板层数的初步求取设 =54%，则

精馏段实际板数

精

=21/54%=39

提馏段实际板数

提

=4/54%=7

=

精+

提

=46

2.3.6 塔板总效率估算

2.3.6.1 操作压力计算

塔顶操作压力 =101.325 kPa

每层塔板压降△P=0.7 kPa

塔底操作压力 = +△P×46=133.525 kPa

2.3.6.2 操作温度的计算

乙醇和水的饱和蒸汽压均用安妥因方程计算，并通过试差法计算。

乙醇的安托因方程为：

㏒P=(P/kPa,t/℃)，其中，，。

水的安托因方程为：

㏑P=A-(P/kPa,t/℃), 其中，，。

试差过程见表1和表2。

表1试差计算塔顶的操作温度

P(水)*/kPa P(乙醇)*/kPa P（总）P（总）-P D

47.32946402 109.8548209 101.0887659 -0.236234145

47.71330866 110.718045 101.884781 0.559780962

48.09976518 111.586932 102.6860312 1.361031221

48.48884763 112.461511 103.4925436 2.167543621

47.52106073 110.2857269 101.4861207 0.161120697

47.48268935 110.1994328 101.4065454 0.081545403

47.46351342 110.156307 101.3667773 0.041777328

表 2 试差计算塔底的操作温度

由试差得到 =80.07℃, =107.95℃,平均温度 =( + )/2=94.01℃。

2.3.6.3 黏度的计算

=94.01℃时， 水=0.294mPa ·S, 乙醇 mPa ·S 。 mPa ·S 2.3.6.4 相对挥发度的计算

=

平均相对挥发度 2.3.6.5 塔板总效率的计算

=0.42%﹤1%，故假设成立，取 。

2.3.7 实际塔板层数的确定 精 =21/ =39 精 =4/0.5348=7

总实际板数 = 精+ 精=46

3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

3.1 操作压力

试差次数 温度/℃ P （水）*/kPa P(乙醇)*/kPa P （总） P （总）-P w 1 100 229.320713 0.181163363 -133.3438366 2 110 142.9441785 320.7860058 143.0846736 9.559673563 3 101 104.7852993 237.3641309 104.8900366 -28.63496343 4 102 108.5542608 245.6388797 108.6625576 -24.86244239 5 103 112.4349009 254.1500144 112.5468558 -20.97814418 6 104 116.4297564 262.9026593 116.54547 -16.97952997 7 105 120.5414014 271.9020085 120.6609763 -12.86402368 8 106 124.7724472 281.1533257 124.8959881 -8.629011878 9 107 129.1255426 290.661945 129.2531563 -4.271843652 10 108 133.6033739 300.4332703 133.7351695 0.210169532 11 109 138.2086653 310.4727757 138.3447539 4.819753916 12 107.8 132.6976986 298.457727 132.828649 -0.696351017 13 107.9 133.1499003 299.4441605 133.2812728 -0.243727212 14

107.95

133.376478

299.9383805

133.5080619

-0.016938129