化工原理(精馏塔设计)

南京工程学院课程设计说明书（论文）题目乙醇—水连续精馏塔的设计课程名称化工原理院(系、部、中心)康尼学院专业环境工程班级K环境091学生姓名朱梦皓学号240094409设计地点文理楼A404指导教师李乾军设计起止时间：2011年12月5日至2011年12月16日成绩第一章绪论...................................................................................3一、目的：................................................................................3二、已知参数：.........................................................................3三、设计内容：.........................................................................3第二章课程设计报告内容...........................................................4一、精馏流程的确定.................................................................4二、塔的物料衡算.....................................................................4三、塔板数的确定.....................................................................5四、塔的工艺条件及物性数据计算.........................................6五、精馏段气液负荷计算.......................................................11六、塔和塔板主要工艺尺寸计算...........................................11七、筛板的流体力学验算.......................................................16八、塔板负荷性能图...............................................................19九、筛板塔的工艺设计计算结果总表...................................24十、精馏塔的附属设备及接管尺寸.......................................24第三章总结.................................................................................25另附：化工原理课程设计任务书.乙醇——水连续精馏塔的设计第一章绪论一、目的：通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇25%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于94%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。二、已知参数：（1）设计任务进料乙醇X=30%（质量分数，下同）生产能力Q=100t/d塔顶产品组成94%塔底产品组成0.1%（2）操作条件操作压强：常压精馏塔塔顶压强：Z=3KPa进料热状态：泡点进料回流比：自定待测冷却水：20℃加热蒸汽：低压蒸汽，0.2MPa单板压强：≤0.7全塔效率：ET=52%建厂地址：南京地区塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏三、设计内容：（1）设计方案的确定及流程说明（2）塔的工艺计算（3）塔和塔板主要工艺尺寸的计算（a、塔高、塔径及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）（4）设计结果概要或设计一览表（5）精馏塔工艺条件图（6）对本设计的评论或有关问题的分析讨论第二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144.018/7046/3046/30Fx86.018/646/9446/94Dx0004.018/9.9946/1.046/1.0Wx(二)平均摩尔质量kmolkgMF/03.2218)144.01(46144.0kmolkgMD/08.4218)86.01(4686.0kmolkgMW/01.1818)0004.01(460004.0(三)物料衡算总物料衡算FWD易挥发组分物料衡算FxWxDxFwD日生产能力Y=100吨hkmolTMfmF/14.1892403.221000*10000.20.40.60.810.20.40.60.81.0xWxFxD0.273f联立以上三式得hkmolF/14.189hkmolD/94.30hkmolW/2.158三、塔板数的确定(一)理论塔板数TN的求取乙醇、水属理想物系，可采用M.T.图解法求TN1.根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x图附表乙醇—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图：乙醇—水的y-x图及图解理论板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）作平衡线的切线并延长与y轴相交，截距273.01minRxD即15.2minR取操作回流比23.315.25.15.1minRR精馏塔的气液相负荷L=LD=3.23*30.94=99.94V=(R+1)D=130.88L’=L+F=288.93V’=V=130.88故精馏段操作线方程11RxRRyD即203.0764.0xy提馏段操作线方程XwVWxVLy''''即y=2.21X’-0.0053.作图法求理论塔板数TN得层5.20TN（包括再沸器）。其中精馏段理论板数为18层，提留段为2.5层（包括再沸器），第18层为加料板。(二)全塔效率TE已知TE=52%(三)实际塔板数N精馏段3552.018精N层提留段552.05.2提N层四、塔的工艺条件及物性数据计算以精馏段为例进行计算（一）操作压强Pm塔顶压力kPaPD3.1043.1013取每层塔板压强降Pa7.0kP△则进料板压强kPaPF4.1347.0433.104精馏段平均操作压强kPaPm35.11924.1343.104（二）温度tm依据操作压力，通过方程试差法计算出泡点温度，其中水、乙醇的饱和蒸汽压由安托尼方程计算。①方程为BBAAxpxpP00式中：x—溶液中组分的摩尔分数；P—溶液上方的总压，Pa；0p—同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa。（下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分）②安托因方程为CTBAp0lg式中：0p—在温度为T时的饱和蒸汽压，mmHgT—温度，℃A,B,C—Antoine常数，其值见下表。附表Antoine常数组分ABC乙醇8.044961554.3222.65水7.966811668.21228计算结果如下：塔顶温度公式：33.10514.0133.01086.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8tt℃48.81Dt进料板温度公式：4.1359356.0133.0100644.0133.01022821.166896681.765.2223.155404496.8tt℃5.104Ft则精馏段平均温度℃99.9225.10448.81Mt（三）平均摩尔质量Mm塔顶86.01yxD，查平衡曲线得X1=0.854kmolkgMVDm/08.4218)86.01(4686.0kmolkgMLDm/912.4118)854.01(46854.0进料板即查气液平衡曲线，可得524.0Fy191.0FxkmolkgMVDm/672.3218)524.01(46524.0kmolkgMLDm/348.2318)191.01(46191.0则精馏段平均摩尔质量：kmolkgMVm/736.372672.3208.42(精）kmolkgMLm/63.322348.23912.41(精）（四）平均密度m1.液体密度Lm附表乙醇与水的密度温度/℃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）塔顶因为℃48.81Dt所以7358048.817357308090乙3/26.734mkg乙8.9718048.818.9713.9658090水3/84.970mkg水84.97006.026.73494.01LmD3/16.745mkgLmD进料板由加料板液相组成191.0Ax38.018)191.01(46191.046191.0A因为℃5.104Ft所以7161005.104716703100110乙3/15.710mkg乙4.9581005.1044.9580.951100110水3/07.955mkg水07.95538.0115.71038.01LmF3/38.844mkgLmF故精馏段平均液相密度3(/77.79438.84416.74521mkgLm）（精）2.气相密度mV3(/49.1)15.27399.92(314.8763.3735.120mkgRTMPVmmVm精）（五）液体表面张力m附表乙醇与水的表面张力温度/℃2030405060708090100110乙醇表面张力×103/N/m22.321.220.419.818.81817.1516.215.214.4水表面张力×103/N/m72.671.269.667.766.264.362.660.758.856.9塔顶因为℃48.81Dt所以15.178048.8115.172.168090乙mmN/01.17乙6.628048.816.627.608090水mmN/32.62水进料板因为℃5.104Ft所以2.151005.1042.154.14100110乙mmN/84.14乙8.581005.1048.589.56100110水mmN/945.57水niiimx1