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
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指导教师：
时间： 2012年6月13日星期三
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
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 (二) 平均摩尔质量 (三) 物料衡算
总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得
三、塔板数的确定
(一) 理论塔板数T N 的求取
根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图
乙醇—水气液平衡数据
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 （,,,D D x x ）作平衡线的切线并延长与y 轴相交，截距
min 0.29561
D
x R =+
取操作回流比min 22 1.91 3.82R R ==⨯= 故精馏段操作线方程 1
1+++=
R x R R
y D
即0.79250.1784y x =+
3.作图法求理论塔板数T N 得
18T N =（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
利用表中数据由内差可求得t F t D t W
① t F :
8986.77.219.66--=89.0
8.927.21f t -- t F =87.39℃
② t D : :42.7443.8941.7815.78--=43.890.8615
.78--d t t D =78.21℃
③ t W :90.105.95100--=100
1.60
w t -- t W =96.21℃
④ 精馏段平均温度:1t =
2d f t t +=87.3978.21
2
+=82.8℃ ⑤ 提留段平均温度:2t =2w f t t +=87.3996.21
2
+=91.8℃
4.2气液组成
塔顶温度: t D =78.21℃ 气相组成y D :
78.4178.1578.2178.15
0.78150.89430.8943
D y --=
-- y D =0.8683 进料温度: t F =87.39℃ 气相组成y F :
89.086.789.087.39
0.38910.43750.3891F
y --=
-- y F =0.4230 塔底温度: t W =99.91℃ 气相组成y w :95.589.095.591.8
0.0190.07210.019w
y --=
-- y w =0.04923 (1)精馏段
液相组成x 1:10.860.0892
0.474622
D F x x x ++=
== 气相组成y 1:10.86830.4230
0.645722
D F y y y ++===
所以1460.474618(10.4746)31.29/L M kg mol =⨯+⨯-= (2)提留段
液相组成x 2:20.0160.0892
0.052622
W F x x x ++=
== 气相组成y 2:20.049230.04230
0.2361
22W F y y y ++===
所以2460.474618(10.4746)19.47/L M kg mol =⨯+⨯-=
4.3液体粘度
（一）乙醇的粘度
1），塔顶温度: t D =78.21℃ 查表，得μ乙醇=0.45mpa ·s, 2), 进料温度: t F =87.39℃ 查表，得μ乙醇=0.38mpa ·s, 3），塔底温度: t W =99.91℃ 查表，得μ乙醇=0.335mpa ·s, （二）水的黏度
1），塔顶温度: t D =78.21℃ 2), 进料温度: t F =87.39℃ 3），塔底温度: t W =99.91℃ 4),∑==n
i i i Lm x 1μμ
5)
全塔平均液相黏度为0.43670.33100.2961
0.35462
L μ++=
=s a m ⋅P
4.4相对挥发度
由 x F =0.0892 y F =0.4230 得()()0.4230/0.0892
7.4910.4230/10.0892F a =
=--
由 x D =0.86 y D =0.08683 得()()
0.8683/0.86
1.0710.8683/10.86D a =
=--
由 x W =0.016 y w =0.04923 得()()
0.04923/0.016
3.1810.04923/10.016W a =
=--
4.5全塔效率的估算
（1）用`O conenell 对全塔效率进行估算： 全塔平均液相黏度为
全塔效率0.2450.2450.49()0.49(5.050.3546)43%T L E αμ--==⨯⨯≈ （2） 实际塔板数P N 18
420.43
T P T N N E =
==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D P ＝ 101.3 kPa 每层塔板压降 △P ＝0.7 kPa
