醋酸 水溶液连续精馏

课程设计任务书

课程名称: 化工原理课程设计

设计题目：醋酸-水溶液连续精馏

化学工程与食品科学学院系：院

学生姓名：号：学

专业班级：指导教师：

年2012620月日

目录一……………………………………摘要二………………………………设计条件三………………………设计方案的确定

四……………………精馏塔的物料衡算五…………………………塔板数的确定六……………………………精馏塔的工艺条件及物性数据的计算七……………………………精馏塔的塔体工艺尺寸计算八……………………………塔板主要工艺尺寸计算

九…………………塔板的流体力学验算十……………………塔板负荷性能曲线

十一……………………………对设计过程的评述和相关问题的讨论

一、摘要

醋酸学名乙酸，分子式CHO，醋酸是一种重要的基本有机化工原242．料，主要用于制取醋酸乙烯单体（VCM）、醋酸纤维、醋酐、对苯二甲酸、氯乙酸、聚乙烯醇、醋酸酯及金属醋酸盐等。此外，在染料、

医药、农药及粘合剂、有机溶剂等方面有着广泛的用途，是近几年来发展较快的重要的有机化工产品之一。因此醋酸的提纯对我们的生产生活有着比较重大的意义。

二、设计条件

1、处理量：2.5万吨/年

2、料液浓度：0.70（摩尔分数）

3、产品浓度：0.99（摩尔分数）

4、釜液中醋酸含量：0.05（摩尔分数）

5、每年实际生产时间：7200小时/年

6、操作条件：塔顶压强4kPa,塔底加热蒸汽压力0.5MPa,单板压降不大于0.7kPa，连续精馏，泡点进料,回流比为最小回流比的2倍。

7、塔板类型：筛板或浮阀塔板（F1型）

三、设计方案的确定

本设计任务为分离水—醋酸混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏分离。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升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后送至储罐。操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

四、精馏塔的物料衡算．

1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔产率

水的摩尔质量：Ｍ=18kg/kmol A

醋酸的摩尔质量：Ｍ=60kg/kmol a X=0.70 若转化为质量分数则为

X=0.886 FF X=0.99 若转化为质量分数则为X=0.997 DD X=0.05 若转

化为质量分数则为X=0.149 WW2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩

尔质量

M=0.3×18+0.7×60=47.4kg/kmol F M=0.01×18+0.99×

60=59.58kg/kmol D M=0.95×18+0.05×60=20.1kg/kmol W3、物料

衡算

由于一年需处理2.5万吨,那么进料量应为：2.5x10÷

77200=3272kg/h,而原料液的平均摩尔质量为47.4kg/kmol，那么F=3272÷47.4=73.25kmol/h

总物料衡算：73.25=D+W

醋酸物料衡算：73.25×0.7=0.99×D+0.05×W

联立解得：D=50.65kmol/h W=22.60kmol/h

五、塔板数的确定

1、理论塔板层数N的求解T醋酸-水属于理想物系，可以采用图解法

求理论板层数

图x-y水物系的气液平衡数据，绘出-由手册查得醋酸①．

②求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。自点（0.70,0.70）作垂线即为进料线（q

线）

该线与平衡线的交点坐标为：

y=0.77 X=0.64

qq

又由书中公式可知

y0.99-0.77x?R= ==0.63 Dq min0.99-0.64R xx1??min qD故最小回流比为：R=1.7

min R=2R=2×1.7=3.4 min③求精馏塔的气、液相负荷

L=RD=3.4×50.65=172.21 kmol/h

V=(R+1)D=(3.4+1)×50.65=222.86 kmol/h

L′= L+F=172.21+73.25=245.46 kmol/h

V′= V=222.86 kmol/h

④求操作线方程

精馏段操作线方程为：

R1y= x + x=0.773 x+0.227 x R+1R+1DD

n+1nn提馏段操作线方程为：

L'Wy′= x′—x=1.1014 x′—0.00507

V'V'mmW m+1⑤逐板法求理论板数：对于精馏段

由于y=x=0.99

D1由相关手册查得相对挥发度为2.05

ax而板上的气液平衡关系为y= 1+(a-1)x那么x=0.98

1．

RxD 由精馏段操作线方程可以知道：y= x+ R+1R+112所以y=0.98 2同样的方法求得：x=0.96 2y=0.967 x=0.935 33y=0.947 x=0.897 44y=0.918 x=0.845 55y=0.878 x=0.778 66y=0.826 x=0.698 77由于x=0.698﹤x=0.70,因此精馏段所需理论板层数为6层，第7层F7

为加料板 对于提馏段：其操作线方程为y ′= 1.1014 x ′－0.00507 m m+1由于x ′=x=0.698则y ′=1.1014×0.698－0.00507=0.7637 217由气液平衡关系式可知 x ′=0.612 2则y ′=0.669 同理可知：x ′=0.496 33y ′=0.541 x ′=0.365 44y ′=0.397 x ′=0.243 55y ′=0.263 x ′=0.148 66y ′=0.158 x ′=0.0839 77y ′=0.0873 x ′=0.0445 88由于x ′=0.0445﹤x=0.05 W8故提馏段所需理论板层数为7层 综上所述理论板层数为N)

不包含再沸器=14 (T ．

进料板位置为自塔顶往下的第7层即为N=7

F 六、精馏塔的工艺条件及物性数据的计算

1.操作压力的计算

塔顶操作压力Pa=101.325+4=105.325kPa

每层塔板压降△P=0.7 kPa

进料板压力P=105.325+0.7×7=110.225 kPa F 塔底操作压力为101.325+500=601.325 kPa

提馏段最后一块板的压力为P ′=110.225+0.7×7=115.125 kPa 精馏段平均压力P=(105.325+110.225)÷2=107.775 kPa n 提馏段平