【正文】 ........................................................................................... 22 ...................................................................................................... 22 （二）精餾塔的附屬設(shè)備 ........................................................................................ 22 （ 塔釜） ............................................................................................ 22 .......................................................................................................... 23 3. 塔頂產(chǎn)品冷卻器 .......................................................................................... 23 4. 塔釜廢液冷卻器 .......................................................................................... 23 .......................................................................................................... 24 .......................................................................................................... 24 第五章 總結(jié) .................................................................................................................. 25 附錄 ............................................................................................................................... 26 ............................................................................................ 26 ............................................................................................... 27 乙醇 — 水氣液平衡 y— x圖 ....................................................................... 28 塔板負(fù)荷性能圖 ...................................................................................... 28 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計 共 28 頁 第 頁 4 第一章 設(shè)計方案的確定 （一 )裝置流程的選定 一個完整的精餾裝置一般包括精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器等，原料液可用高位槽進(jìn)料，也可以通過泵輸送原料液，為了保持塔的操作穩(wěn)定性，本設(shè)計選用泵進(jìn)料。 在進(jìn)行精餾 時，需加熱和冷卻，耗能量很大，為了節(jié)約能量，采用熱泵精餾。將塔頂蒸汽經(jīng)壓縮升溫后作為塔底再沸器的熱源，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫后一部分作為產(chǎn)品出料，另一部分作為塔頂回流液回流。熱泵精餾一般分為間接式熱泵精餾、塔頂氣體直接式呵塔釜液體閃蒸再沸式三種，本設(shè)計選用直接熱泵精餾，因為直接熱泵精餾設(shè)備簡單，節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益顯著。 圖 1— 1 工藝流程圖 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計 共 28 頁 第 頁 5 （二）進(jìn)料熱狀況的選擇 進(jìn)料熱狀況有冷流體進(jìn)料、泡點進(jìn)料、氣液進(jìn)料、露點進(jìn)料和過熱蒸汽進(jìn)料五種，本設(shè)計選擇泡點進(jìn)料，即 q=1,這樣進(jìn)料溫度就不會受季節(jié)、氣溫等變化的影響，塔的操作就比較容易控制，此外泡點進(jìn)料也便于數(shù)值的計算。 （三）加熱方式的選定 加熱方式有直接加熱和間接加熱，但直接加熱加入的蒸汽會使塔內(nèi)溶液稀釋，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液組成相應(yīng)降低，需在提餾段增加塔板以達(dá)到分離要，故選間接加熱。 （四）操作回流比的選定 從經(jīng)濟(jì)觀點出發(fā)，力 求使設(shè)備費和操作費最低，一般經(jīng)驗值為 R=（ ～ ） Rmin,本設(shè)計選擇操作回流比 R= Rmin。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計 共 28 頁 第 頁 6 第二章 板式精餾塔的工藝計算 （一）塔的物料衡算 乙醇和水的物理性質(zhì)表 21 [1] 項目 分子式 摩爾質(zhì)量 M 沸點 /℃ 臨界溫度 Tc/℃ 臨界壓強 Pc/kPa 乙醇 C2H6 241 6137 水 H2O 100 374 22060 、塔釜產(chǎn)品含乙醇的摩爾分?jǐn)?shù) 進(jìn)料處： xF=()/(+)= 塔頂： xD=()/(+)= 塔釜： xW=()/(+)= 進(jìn)料處： MF=*+（ ） *= kg/kmol 塔頂： MD=*+（ ） *= 塔釜： MW=*+（ ） *= kg/kmol F180。=5*10^4*10^3/(300*24)= kg/h F= 總物料衡算： F = D + W = ① 易揮發(fā)組分的物料衡算： + = * ② 通過 ① 和 ② 解得： D= kmol/h W= kmol/h （二）塔板數(shù)的確定 NT 的確定 根據(jù) ，根據(jù)乙醇 水的氣液平衡數(shù)據(jù)作 yx圖，數(shù)據(jù)如下： 乙醇 水的氣液平衡表 22 [2] 溫度 /。 C 液相中乙醇的含量 x% 氣相乙醇的含量 y% 100 0 0 17 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計 共 28 頁 第 頁 7 溫度 /。 C 液相中乙醇的含量 x% 氣相乙醇的含量 y% 求最小回流比 Rmin,在乙醇 水的 yx圖中，對角線上點 e(,),因為泡點進(jìn)料，q=1,過 e點作 x軸的垂線，即為 q線，交平衡線于點（ ,），與點（ ， ）的連線與平衡線有兩個交點，不合常理，故移動該線與平衡線相切，交 q 線于點（ ,），改點即為最小回流比點。 根據(jù) Rmin=(xDyq)/(yqxq)=()/()= ，操 作 回流 比R== 精餾段操作線方程為： y=(R/(R+1))*xxD/(R+1)=+ 在 yx 相圖上作梯級，求的理論板 NT=（ 171） =16，精餾段為 14 層，提餾段為 2 層，第 15層為進(jìn)料板。 (1)操作壓力 Pm 塔頂： PD=4+= kpa 進(jìn)料處： PF=+31*=127 kpa 塔釜： PW=+37*= kpa 故精餾段平均操作壓力： Pm1=（ +127)/2= kpa 提餾段平均操作壓力： Pm2=（ +127)/2= （ 2） 操作溫度 根據(jù) xF=,xD=,xW=,通過內(nèi)插法在乙醇 水的氣液平衡數(shù)據(jù)表 22 中，得 tF=℃ ,tD=℃ ,tW=℃ 精餾段平均溫度： t1 = (tD + tF)/2 =(+)/2=℃ 提餾段平均溫度： t2 = (tw + tF)/2 =(+)/2=℃ （ 3）平均摩爾質(zhì)量 M 塔頂： y1=xD= ,x1= MmDV=*+()*= kg/kmol MmDL=*+()*= kg/kmol 進(jìn)料處： xF=, yF= MmFV=*+()*= kg/kmol MmFL=*+()*= kg/kmol 塔釜： xW= ， yW= MmWV=*+()*= kg/kmol MmWL=*+()*= 精餾段平均摩爾質(zhì)量： MmDV=（ + ） /2=, MmDL= ( + )/2= 提餾段平均摩爾質(zhì)量： MmwV=（ + ） /2=, MmwL= ( + )/2= （ 4）液體黏度μ L 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計 共 28 頁 第 頁 8 表 23 乙醇 水不同溫度下的黏度 [3] 溫度 t/℃ 60 70 80 90 100 乙醇μ *10179。/Pa s 水μ *10179。/Pa s 根據(jù)μ L=∑ xiμ i，由內(nèi)插法求得， 塔頂： xW=，μ 1= pa s ,μ 2= pa s μ LD=*+()*= pa s 進(jìn)料： xF=，μ 1= pa s ,μ 2= pa s μ LF=*+()*= pa s 塔釜： xW=，μ 1= s ,μ 2= pa s μ LW=*+()*= pa s 則精餾段平均液相黏度：μ Lm1=(+)/2= pa s 提餾段平均液相黏度：μ Lm2=(+)/2= pa s (5)相對揮發(fā)度α m 塔頂： y1=xD= ,x1= α D=(y1(1x1))/(x1(1y1))=(*） /(*)= 進(jìn)料處： xF=, yF= , 同理可得α F= 塔釜： xW= ， yW= ,同理可得α W= 則精餾段平均相對揮發(fā)度 ： α m1=(+)/2= 提餾段平均相對揮發(fā)度 ： α m2=(+)/2= （ 6）平均密度ρ m 表 24 乙醇 水在不同溫度下的密度 [4] 溫度 t/℃ 60 70 80 90 100 乙醇ρ /kg/m179。 755 746 735 730 716 水ρ /kg/m179。 —— 液相密度ρ Lm,根據(jù) 1/ρ Lm=aA/ρ LA +aB/ρ LB (a為質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 塔頂： aAD= , aBD= 通過內(nèi)插法查上表得，ρ 乙醇 =179。 ρ 水 =179。 1/ρ LmD=+179。 進(jìn)料處： aAF= , aBF= 通過內(nèi)插法查上表得，ρ 乙醇 =179。 ρ 水 =179。 1/ρ LmF=+， 得ρ LmF=179。 塔釜： aAW= , aBW= 通過內(nèi)插法查上表得， ρ 乙醇 =179。 ρ 水 =179。 1/ρ LmW=+， 得ρ LmW=179。 故精餾段平均液相密度：ρ Lm1=（ +） /2 = kg/m179。 提餾段平均液相密度：ρ Lm2=（ +） /2 = kg/m179。 —— 氣相密度ρ Vm ρ Vm1=（ Pm1MmDV)/(RT1） =（ *)/(*)=179。 ρ Vm2=（ Pm2MmwV)/(RT2） =（ *)/(*)=179。 (7)液體表面張力σ m 根據(jù)σ m=∑ xiσ i 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計 共 28 頁 第 頁 9 表 25 乙醇 水在不同溫度下的張力 [5] 溫度 t/℃ 60 70 80 90 100 乙醇σ 1*10179。/N/m 18 水σ 2*10179。/N