化工原理乙醇水-课程设计汇总

山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计1化工原理课程设计分离乙醇-水混合物精馏塔设计学院：化学工程学院专业：学号：姓名：指导教师：时间：2012年6月13日星期三山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计2化工原理课程设计任务书一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计二、原始数据：a）原料液组成：乙醇20%产品中：乙醇含量≥94%残液中≤4%b）生产能力：6万吨/年c）操作条件进料状态：自定操作压力：自定加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定三、设计说明书内容：a）概述b）流程的确定与说明c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔）d)塔径的计算e）1）塔板结构计算；a塔板结构尺寸的确定；b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。2）填料塔流体力学计算；a压力降；b喷淋密度计算f）其它（1）热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算（2）冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔）（3）除沫器设计g）料液泵的选型h）计算结果一览表山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计3第一章课程设计报告内容一、精馏流程的确定乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。二、塔的物料衡算(一)料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数20/460.089220/4680/18Fx86.018/646/9446/94Dx4/460.0164/4696/18Wx(二)平均摩尔质量0.089246(10.0892)18/20.498/FMkgkmolkgkmol0.8646(10.86)18/42.08/DMkgkmolkgkmol0.01646(10.016)18/18.448/WMkgkmolkgkmol(三)物料衡算总物料衡算FWD易挥发组分物料衡算FxWxDxFwD600001000/198.04/42.0830024DmDkmolhkmolhMT联立以上三式得2283.41/Fkmolh2283.41/Wkmolh三、塔板数的确定(一)理论塔板数TN的求取根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x图山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计4乙醇—水气液平衡数据液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数液相中乙醇的摩尔分数气相中乙醇的摩尔分数0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.40.6140.040.2730.50.6570.060.340.60.6980.080.3920.70.7550.10.430.80.820.140.4820.8940.8940.180.5130.950.9420.20.5251.01.0乙醇—水图解法求理论塔板数2.乙醇—水体系的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a（,,,DDxx）作平衡线的切线山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计5并延长与y轴相交，截距min0.29561DxRmin1.91R取操作回流比min221.913.82RR故精馏段操作线方程11RxRRyD即0.79250.1784yx3.作图法求理论塔板数TN得18TN（不包括再沸器）。第16层为加料板。(四)物性参数和实际塔板数的计算4.1温度常压下乙醇—水气液平衡组成与温度的关系温度T℃液相中乙醇的摩尔分率%气相中乙醇的摩尔分率%1000.000.0095.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23370.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.0656479.70.51980.659979.30.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943利用表中数据由内差可求得tFtDtW山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计6①tF:8986.77.219.66=89.08.927.21fttF=87.39℃②tD::42.7443.8941.7815.78=43.890.8615.78dttD=78.21℃③tW:90.105.95100=1001.60wttW=96.21℃④精馏段平均温度:1t=2dftt=87.3978.212=82.8℃⑤提留段平均温度:2t=2wftt=87.3996.212=91.8℃4.2气液组成塔顶温度:tD=78.21℃气相组成yD:78.4178.1578.2178.150.78150.89430.8943DyyD=0.8683进料温度:tF=87.39℃气相组成yF:89.086.789.087.390.38910.43750.3891FyyF=0.4230塔底温度:tW=99.91℃气相组成yw:95.589.095.591.80.0190.07210.019wyyw=0.04923(1)精馏段液相组成x1:10.860.08920.474622DFxxx气相组成y1:10.86830.42300.645722DFyyy所以1460.474618(10.4746)31.29/LMkgmol1460.645718(10.6457)36.08/VMkgmol(2)提留段液相组成x2:20.0160.08920.052622WFxxx气相组成y2:20.049230.042300.236122WFyyy所以2460.474618(10.4746)19.47/LMkgmol2460.236118(10.2361)24.61/VMkgmol山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计74.3液体粘度（一）乙醇的粘度1），塔顶温度:tD=78.21℃查表，得μ乙醇=0.45mpa·s,2),进料温度:tF=87.39℃查表，得μ乙醇=0.38mpa·s,3），塔底温度:tW=99.91℃查表，得μ乙醇=0.335mpa·s,（二）水的黏度1），塔顶温度:tD=78.21℃2797878.21780.31600.36550.3655HO20.3551HOsam2),进料温度:tF=87.39℃2888787.39870.32390.32760.3276HO20.3262HOsam3），塔底温度:tW=99.91℃2979696.21970.29300.29620.2962HO20.2955HOsam4),niiiLmx10.860.4510.860.35510.4367Dsam0.380.089210.08920.32620.3310Fsam0.3350.01610.0160.29550.2961Wsam5)全塔平均液相黏度为0.43670.33100.29610.35462Lsam4.4相对挥发度由xF=0.0892yF=0.4230得0.4230/0.08927.4910.4230/10.0892Fa由xD=0.86yD=0.08683得0.8683/0.861.0710.8683/10.86Da山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计8由xW=0.016yw=0.04923得0.04923/0.0163.1810.04923/10.016Wa4.5全塔效率的估算（1）用`Oconenell对全塔效率进行估算：m7.491.073.185.05DFW全塔平均液相黏度为0.43670.33100.29610.35462Lsam全塔效率0.2450.2450.49()0.49(5.050.3546)43%TLE（2）实际塔板数PN18420.43TPTNNE块其中，精馏段的塔板数为：15/0.4335块4.6操作压力（1）操作压力计算塔顶操作压力DP＝101.3kPa每层塔板压降△P＝0.7kPa进料板压力FP＝101.3＋0.7×15＝125.72kPa塔底操作压力wP=101.3＋0.7×42＝130.7kPa精馏段平均压力1101.3125.72113.52mPkPa提馏段平均压力2130.7125.72128.212mPkPa（2）密度乙醇与水的密度山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计9温度/℃2030405060708090100110乙醇密度/kg/m3795785777765755746735730716703水密度/kg/m3998.2995.7992.2988.1983.2977.8971.8965.3958.4951.0已知：LB///1BLAALm（为质量分数）1,液相密度(1)塔顶因为tD=78.21℃所以32807078.2170742.3754.2754.2CHCHOH323731.31/CHCHOHkgm2807078.2170971.8977.8977.8HO23972.87/HOkgm10.940.06744.43972.87D3755.07/Dkgm(2)进料板因为87.39Ft℃所以32908087.3780730735735CHCHOH323731.31/CHCHOHkgm2908087.3980730735735HO23966.77/HOkgm10.2010.20731.31966.77F3908.30/Fkgm（3）塔釜因为tW=96.21℃所以321009096.2190717.3730.1730.1CHCHOH323722.21/CHCHOHkgm21009096.2190958.4965.3965.3HO23961.02/HOkgm10.01610.016722.21961.02W3955.96/Wkgm（4）精馏段平均液相密度311755.07908.30831.69/2Lkgm山东理工大学大学化学工程学院化工原理课程设计10（5）精馏段平均液相密度321955.96908.30932.13/2Lkgm2.气相密度（1）精馏段3111113.5136.081.38/8.314(82.80273.15)mVVPMkgmRT（1）提馏段3222128.2124.611.04/8.314(91.80273.15)mVVPMkgmRT4.7液体表面张力乙醇表面张力：水表面张力温度，℃020406080100σ，mN/m75.6472.7569.6066.2462.6758.91(1)塔顶因为tD=78.21℃所以32807078.217017.151818CHCHOH3217.3/CHCHOHmNm2807078.217062.664.364.3HO262.90/HOmNm(2)进料板因为87.39Ft℃所以32908087.398016.217.1564.3CHCHOH3216.45/CHCHOHmNm2908087.398060.762.662.6HO262.21/HOmNm（3）塔釜因为tW=96.21℃温度，℃2030405060708090100110σ，mN/m22.