【正文】 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 1 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 2 化工原理課程設(shè)計 分離乙醇 水混合物精餾塔設(shè)計 學(xué) 院 ： 化學(xué)工程 學(xué)院 專 業(yè)： 環(huán)境工程 學(xué) 號： 20212242 姓 名： 張 藝 指導(dǎo)教師： 杜長海 時 間： 2021年 6 月 13日星期三 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 3 化工原理課程設(shè)計任務(wù)書 一 、 設(shè) 計題目： 分離乙醇 水混合物精餾塔 設(shè)計 二、原始數(shù)據(jù) ： a） 原 料 液組成： 乙醇 20 % 產(chǎn)品 中： 乙醇 含量 ≥94% 殘液中 ≤4% b） 生產(chǎn)能力 ： 6 萬噸 /年 c）操作條件 進料 狀態(tài) ：自定 操作壓力：自定 加熱蒸汽壓力：自定 冷卻水溫度：自定 三、 設(shè)計 說明書 內(nèi)容 ： a） 概述 b） 流程的確定 與 說明 c）塔 板數(shù) 的 計算 （板式塔）； 或填料層高度計算（填料塔） d) 塔徑 的計算 e） 1） 塔板結(jié)構(gòu)計算； a 塔板 結(jié)構(gòu)尺寸的 確 定； b塔板 的流體力學(xué)驗算； c塔板的負荷性能圖 。 2）填料塔流體力學(xué)計算； a 壓力降； b 噴淋密度計算 f）其它 （ 1） 熱量衡算 — 冷卻水與加熱蒸汽消耗量的計算 （ 2） 冷凝器與再沸器傳熱面的計算與選型（板式塔） （ 3） 除沫器設(shè)計 g）料液泵的選型 h）計算結(jié)果一覽表 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 4 第 一 章 課程設(shè)計報告內(nèi)容 一、 精餾流程的確定 乙醇、水混合料液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱至泡點后，送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后， 一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器 冷卻后送至貯槽。塔釜采用間 接蒸汽向沸熱器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。 二、 塔的物料衡算 (一 ) 料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分數(shù) 2 0 / 4 6 0 .0 8 9 22 0 / 4 6 8 0 / 1 8Fx ??? ???Dx 4 / 4 6 0 .0 1 64 / 4 6 9 6 / 1 8Wx ??? (二 ) 平均摩爾質(zhì)量 0 .0 8 9 2 4 6 ( 1 0 .0 8 9 2 ) 1 8 / 2 0 .4 9 8 /FM k g k m o l k g k m o l? ? ? ? ? ? 0 .8 6 4 6 ( 1 0 .8 6 ) 1 8 / 4 2 .0 8 /DM k g k m o l k g k m o l? ? ? ? ? ? 16 46 ( 1 16) 18 / 18. 448 /WM k g k m ol k g k m ol? ? ? ? ? ? (三 ) 物料衡算 總物料衡算 FWD ?? 易揮發(fā)組分物料衡算 FxWxDx FwD ?? 6 0 0 0 0 1 0 0 0 / 1 9 8 . 0 4 /4 2 . 0 8 3 0 0 2 4DmD k m o l h k m o l hMT ?? ? ?? ? ? 聯(lián)立以上三式得 2 2 8 3 .4 1 /F kmo l h? 2 2 8 3 .4 1 /W kmo l h? 三 、 塔板數(shù)的確定 (一 ) 理論塔板數(shù) TN 的求取 根據(jù)乙醇、水的氣液平衡數(shù)據(jù)作 yx圖 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 5 乙醇 — 水氣液平衡數(shù)據(jù) 液相中乙醇 的摩爾分數(shù) 氣相中乙醇的摩爾分數(shù) 液相中乙醇的摩爾分數(shù) 氣相中乙醇的摩爾分數(shù) 乙醇 — 水圖解法求理論塔板數(shù) 2. 乙醇 — 水體系的平 衡曲線有下凹部分，求最小回流比自 a（ , DD xx ）作平衡線的切線長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 6 并延長與 y 軸相交，截距 min DxR ?? min ? 取操作回流比 m in2 2 ? ? ? ? 故精餾段操作線方程 11 ???? RxRRy D 即 0. 79 25 0. 17 84yx?? 求理論塔板數(shù) TN 得 18TN ? （ 不 包括再沸器）。第 16層為加料板。 (四 ) 物性參數(shù) 和實際塔板數(shù)的計算 常壓下乙醇 — 水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系 溫度 T℃ 液相中乙醇的摩爾分率 % 氣相中乙醇的摩爾分率 % 100 利用表中數(shù)據(jù)由內(nèi)差可求得 tF tD tW 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 7 ① tF : 89 ??= ?? tF=℃ ② tD: : ??= ??dt tD =℃ ③ tW : ??= 100 ?? tW =℃ ④ 精餾段平均溫度 :1t =2df tt?= 2?=℃ ⑤ 提留段平均溫度 : 2t =2wf tt?= 2?=℃ 氣液組成 塔頂溫度 : tD=℃ 氣相組成 yD: 7 8 . 4 1 7 8 . 1 5 7 8 . 2 1 7 8 . 1 50 . 7 8 1 5 0 . 8 9 4 3 0 . 8 9 4 3Dy??? yD= 進料溫度 : tF=℃ 氣相組成 yF: 8 9 . 0 8 6 . 7 8 9 . 0 8 7 . 3 90 . 3 8 9 1 0 . 4 3 7 5 0 . 3 8 9 1 Fy??? yF= 塔底溫度 : tW=℃ 氣相組成 yw: 9 5 .5 8 9 .0 9 5 .5 9 1 .80 .0 1 9 0 .0 7 2 1 0 .0 1 9 wy??? yw= (1)精餾段 液相組成 x1:1 0 . 8 6 0 . 0 8 9 2 0 . 4 7 4 622DFxxx ??? ? ? 氣相組成 y1:1 0 . 8 6 8 3 0 . 4 2 3 0 0 . 6 4 5 722DFyyy ??? ? ? 所以 1 4 6 0 .4 7 4 6 1 8 ( 1 0 .4 7 4 6 ) 3 1 .2 9 /LM k g m o l? ? ? ? ? ? 1 4 6 0 .6 4 5 7 1 8 ( 1 0 .6 4 5 7 ) 3 6 .0 8 /VM k g m o l? ? ? ? ? ? (2)提留段 液相組成 x2:2 0 . 0 1 6 0 . 0 8 9 2 0 . 0 5 2 622WFxxx ??? ? ? 氣相組成 y2:2 0 . 0 4 9 2 3 0 . 0 4 2 3 0 0 . 2 3 6 122WFyyy ??? ? ? 所以 2 4 6 0 .4 7 4 6 1 8 ( 1 0 .4 7 4 6 ) 1 9 .4 7 /LM k g m o l? ? ? ? ? ? 2 4 6 0 .2 3 6 1 1 8 ( 1 0 .2 3 6 1 ) 2 4 .6 1 /VM k g m o l? ? ? ? ? ? 長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 化工原理課程設(shè)計 8 液體粘度 （一）乙醇的粘度 1）， 塔頂溫度 : tD=℃ 查表，得μ 乙醇 = s, 2), 進料溫度 : tF=℃ 查表，得μ 乙醇 = s, 3），塔底溫度 : tW=℃ 查表，得μ 乙醇 = s, （二） 水的黏度 1），塔頂溫度 : tD=℃ 27 9 7 8 7 8 . 2 1 7 80 . 3 1 6 0 0 . 3 6 5 5 0 . 3 6 5 5HO???? 2 ? ? sam ?? 2), 進料溫度 : tF=℃ 28 8 8 7 8 7 . 3 9 8 70 . 3 2 3 9 0 . 3 2 7 6 0 . 3 2 7 6HO???? 2 ? ? sam ?? 3），塔底溫度 : tW=℃ 29 7 9 6 9 6 . 2 1 9 70 . 2 9 3 0 0 . 2 9 6 2 0 . 2 9 6 2HO???? 2 ? ? sam ?? 4), ???ni iiLm x1 ?? ? ?0. 86 0. 45 1 0. 86 0. 35 51 0. 43 67D? ? ? ? ? ? ?sam ?? ? ?0 .3 8 0 .0 8 9 2 1 0 .0 8 9 2 0 .3 2 6 2 0