乙醇30%、正丙醇70%_课程设计
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1 设计任务
物料组成:为乙醇30%、正丙醇70%(摩尔分率);
产品组成:塔顶乙醇含量》99%,塔底釜液丙醇含量》98%;
操作压力:(塔顶绝对压力);
回流液温度:为塔顶蒸汽的露点;
加热体系:间接蒸汽加热,加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压);
冷凝体系:冷却水进口温度20℃,出口温度45℃;
热量损失:设备热损失为加热蒸汽供热量的5%;
料液定性:料液可视为理想物系;
年处理量:15000吨;
工作日:每年工作日为65天,每天24小时连续运行;
进料方式:饱和液体进料,q值为1;
塔板类型:浮阀塔板。
厂址选地:马鞍山市当涂县乌溪镇
2 设计方案
蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜(再沸器)、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大,产品质量稳定等优点,虽然本课程设计中年处理量较小(15000吨/年),但仍采用连续蒸馏的方式。
蒸馏过程根据操作压力的不同,可分为常压、减压和加压蒸馏。本设计中,由于物料乙醇、正丙醇都是易挥发有机物,所以常压操作,塔顶蒸汽压力为大气压,全塔的压力降很小。
由任务书给定,进料热状况为泡点进料,加热方式采用间接水蒸气加热,设置再沸器。塔底设冷凝回流装置。
工艺流程设计:
图:原料液的走向
考虑到蒸气压力对设备要求等各方面的影响,选用的蒸气压力为5kg f/cm2
图: 冷凝水的走向 换热器内物料走壳程,冷却水走管程
3 精馏塔物料衡算
物料衡算
已知数据:乙醇的摩尔质量M A =46.07kg/kmol, 正丙醇摩尔质量M B =60.1kg/kmol X f = X D = X W =
原料处理量F=(15000×1000)/(65×24×M A )=h 总物料流量衡算W D F += 塔底物料流量衡算:w
D F
D x x x x F W --⨯
=
=×﹙ kmol/h
=-=W F D kmol/h
摩尔衡算
原料液及塔顶、塔底产品的流量和平均摩尔质量
()B F A F F M x M M ⨯-+⨯=1x =55.89 kg/kmol
()B D A D VDM M x M x M ⨯-+⨯=1=46.21 kg/kmol
()B W A W W M x M x M ⨯-+⨯=1=59.82 kg/kmol
4 塔体主要工艺尺寸
塔板数的确定 4.1.1 塔板压力设计
常压操作,即塔顶气相绝对压力p=110.925 kPa 预设塔板压力降:6.0 kPa 估计理论塔板数:16 估计进料板位置:10
塔底压力:110.925166.0325.101=⨯+=W P kPa 进料板压力:=进P 106.725 kPa 精馏段平均压力:=m P 104.025kPa
4.1.2 塔板温度计算
温度(露点)-气相组成关系式:
00
B
A A p p p p p p y --⨯= (1) 温度-饱和蒸汽压关系式(安托因方程): 乙醇:
48
.23105.165233827.7lg +-
=t p A (2)
正丙醇:
t
p B +-
=0.19314.137574414.6lg (3) 各层塔板压力计算公式:
()A B A A x p x p p -⨯+⨯=1 (4)
塔顶:已知乙醇的气相组成y 为产品组成,操作压力为常压,则通过联立(1)、(2)、(3)可求得操作温度及组分饱和蒸汽压;
塔底:已知乙醇组成,操作压力经初步计算为。通过联立(2)、(3)、(4)并进行迭代可得实际操作温度及组分饱和蒸汽压。
(计算过程使用excel 软件进行迭代计算) 结果如下:
塔顶:78.625=D t ℃ 102.538=A p kPa 48.029=B p kPa 塔底:100.065=W t ℃ 219.145=A p kPa 108.706=B p kPa 进料板(数据取自后文塔板物料衡算结果):
99.093=f t ℃ 175.976=A p kPa 85.983=B p kPa
4.1.3 物料相对挥发度计算
B
A p p =
α,根据上文求出的数据可得:
塔顶:=D α 塔底:W α= 进料板:F α=
平均相对挥发度:
=α ()F W D
ααα
=
4.1.4 回流比计算
最小回流比p
p p D x y y x R --=
min
(5)
q 线方程:采用饱和液体进料时q=1,故q 线方程为:
x P =x F = (6) 相平衡方程:
()p
p p p p x x x x y 065.11065.211+=
-+=
αα (7)
(6),(7)联立得:p x = p y =
代入式(5)可以求得:R min =(x D -y P ) /(y P -x P )
= /最小理论板数α
lg 11lg min
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫
⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=
W W
D D x x x x N =
最适回流比=⨯+⨯=--min 0203
.0min 0917.0min 3536.13748.0R N N R opt
4.1.5 塔板物料衡算
精馏段操作线方程: D x R x R R y 1
11+++=
,代入数据得: y=+
提馏段操作线方程: W x R x R R y '
1'1'-+=
',
(W V R ''=),代入数据得: 0.011- 1.532x y =
相平衡方程:x
x y 065.11065.2+=
物料衡算过程模式: Y n-1 x n-1 y n x n
y n+1 x n+1
在同一塔板上的计算运用相平衡方程,上下塔板间的计算,运用操作线方程