课程设计乙醇正丙醇混合液的精馏塔设计.docx
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课程设计乙醇正丙醇混合液的精馏塔设计
成绩
华北科技学院化工原理课程设计说明书
设计题目:
分离乙醇-正丙醇混合液的精馏塔设计姓名:
熊先清
专业:
化学工程与工艺
班级:
化工B091
学号:
200901034112
指导教师:
高丽花李辰明
设计时间:
2012年6月10日至2012年6月22日完成时间:
2012年6月22日
评语:
目录................................................................................................................错误!
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一设计任务书...............................................................................................错误!
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二塔板的工艺设计.......................................................................................错误!
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（一设计方案的确定.........................................................................错误!
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（二精馏塔的物料衡算.....................................................................错误!
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1.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数......................................错误!
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2.物料衡算......................................................................................错误!
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（三物性参数的计算..............................................................................错误!
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1.操作温度的确定..........................................................................错误!
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2.密度的计算..................................................................................错误!
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3.混合液体表面张力的计算..........................................................错误!
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4.混合物的粘度..............................................................................错误!
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5.相对挥发度..................................................................................错误!
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（四理论板数及实际塔板数的计算......................................................错误!
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1.理论板数的确定..........................................................................错误!
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2.实际塔板数确定..........................................................................错误!
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（五热量衡算..........................................................................................错误!
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1.加热介质的选择..........................................................................错误!
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2.冷却剂的选择..............................................................................错误!
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3.比热容及汽化潜热的计算..........................................................错误!
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4.热量衡算......................................................................................错误!
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（六塔径的初步设计..............................................................................错误!
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1.汽液相体积流量的计算..............................................................错误!
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2.塔径的计算与选择......................................................................错误!
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（七溢流装置..........................................................................................错误!
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1.堰长lW.........................................................................................错误!
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2.弓形降液管的宽度和横截面积..................................................错误!
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3.降液管底隙高度..........................................................................错误!
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（八塔板分布、浮阀数目与排列..........................................................错误!
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1.塔板分布......................................................................................错误!
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2.浮阀数目与排列........................................................................错误!
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二、塔板的流体力学计算.............................................................................错误!
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（一汽相通过浮阀塔板的压降.........................................................错误!
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1.精馏段..........................................................................................错误!
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2.提馏段..........................................................................................错误!
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（二淹塔.............................................................................................错误!
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1.精馏段..........................................................................................错误!
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2.提馏段..........................................................................................错误!
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（三雾沫夹带.....................................................................................错误!
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（四塔板负荷性能图.........................................................................错误!
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1.雾沫夹带线..................................................................................错误!
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2.液泛线..........................................................................................错误!
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3.液相负荷上限线..........................................................................错误!
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4.漏液线..........................................................................................错误!
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5.液相负荷下限线..........................................................................错误!
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三、塔总体高度计算.....................................................................................错误!
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1.塔顶封头......................................................................................错误!
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2.塔顶空间......................................................................................错误!
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3.塔底空间......................................................................................错误!
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4.人孔...........................................................................................错误!
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5.进料板处板间距..........................................................................错误!
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6.裙座..............................................................................................错误!
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四、塔的接管.................................................................................................错误!
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1.进料管..........................................................................................错误!
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2.回流管..........................................................................................错误!
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3.塔底出料管..................................................................................错误!
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4.塔顶蒸汽出料管..........................................................................错误!
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5.塔底蒸汽管..................................................................................错误!
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五、塔的附属设备设计.................................................................................错误!
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1.冷凝器的选择..............................................................................错误!
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2.再沸器的选择..............................................................................错误!
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六、总结.........................................................................................................错误!
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七.参考文献.................................................................................................错误!
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一设计任务书
【设计题目】分离乙醇-正丙醇混合液的精馏塔设计
【设计条件】进料:
乙醇含量40%（质量分数,下同,其余为正丙醇
分离要求:
塔顶乙醇含量93%;塔底乙醇含量0.01%
生产能力:
年处理乙醇-正丙醇混合液25000吨,年工7200小时
操作条件:
间接蒸汽加热;塔顶压强1.03atm（绝压;泡点进料;R=5
【设计计算】
二塔板的工艺设计
（一设计方案的确定
本设计的任务是分离乙醇-正丙醇混合液。
对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。
（二精馏塔的物料衡算
1.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数
乙醇的摩尔质量MA=46kg/kmol
丙醇的摩尔质量MB=60kg/kmol
原料乙醇的摩尔分数:
654.060
/6046/4046/40=+=
Fx塔顶产品的摩尔分数:
945.060
/746/9346/93=+=Dx塔釜残夜乙醇的摩尔分数:
00013.06099.99/46/01.046/01.0=+=Wx2.物料衡算
原料处理量:
1-392.647200
60/6.046/4.0（1025000hkmolF⋅=+⨯⨯=物料衡算:
WD+=F①
乙醇的物料衡算:
WDFWxDxFx+=②
两式联立得:
1--1
h32.96kmolWh31.96kmol⋅=⋅=D
（三物性参数的计算
表1乙醇~正丙醇混合液的t-x-y关系
（x表示液相中乙醇摩尔分率,y表示气相中乙醇摩尔分率
表1的平衡数据摘自:
J.Gmebling,U.onken•Vapor-liquid•EquilibriumDataCollection-OrganicHydroxyCompounds:
Alcohols（p.336。
乙醇沸点:
78.3℃;正丙醇沸点:
97.2℃。
1.操作温度的确定
利用上表中数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW
进料温度:
40.7917.8621=+=+=DFttt提馏段平均温度:
℃89.91260.9717.8622=+=+=
WFttt
2.密度的计算
利用式:
（4.22（a1
0VB
为平均相对分子量、为质量分数MTpM
pTaaB
A
A
L
=
+
=
ρρρρ,计算混合液体的密度和混合气体的密度。
（1塔顶:
塔顶温度:
tD=79.40℃气相组成yD:
0959.01
进料:
进料温度:
tF=86.17℃气相组成yF:
6539.065
.086.25
塔釜:
塔釜温度:
tW=97.60℃气相组成yW:
0.00025624
.093.85
（2精馏段平均液相组成1x:
0705.02
5
46.0945.021=+=+=FDxxx精馏段平均汽相组成1y:
6580.02
539
6.0959.021=+=+=
FDyyy精馏段液相平均相对分子量1LM:
-11kmol50.13kg0.705-（160705.046⋅=⨯+⨯=LM精馏汽相平均相对分子量1VM:
-11kmol48.71kg0.8065-（1600.806546⋅=⨯+⨯=VM
（3提馏段平均液相组成2x:
2623.02
13
000.0465.022=+=+=WFxxx提馏段平均汽相组成2y:
7132.02
0.000256
6539.022=+=+=
WFyyy提馏段液相平均相对分子量2LM:
-12kmol56.74kg0.2326-（1600.232646⋅=⨯+⨯=LM提馏汽相平均相对分子量2VM:
-12kmol2kg4.550.3271-（1600.327146⋅=⨯+⨯=VM（4进料、塔顶及塔釜混合液的密度
利用表2中的数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW下的乙醇和正丙醇的密度。
①进料温度tF:
tF=86.17℃
（17.731-87.72817.86-9087.731-87.72885-903-进料中乙醇的密度乙醇乙醇
mkg⋅=⇒=ρρ
（744.74-740.8717
.86-90745.87-740.8785-903-进料中正丙醇的密度正丙醇正丙醇
mkg⋅=⇒=ρρ（25.73974
.7444
.0-117.7314.01
3-B
料液的密度mkgaaFB
A
A
F
⋅=⇒+=
+
=
∴
ρρρρ②塔顶温度tD:
tD=79.40℃
（736.35-87.73579.40
-80739.87-735.8775-803-馏出液中乙醇的密度乙醇乙醇
mkg⋅=⇒=ρρ
（751.46-750.864
.79-80755.86-750.8675-803-馏出液中正丙醇的密度正丙醇正丙醇
93
.0-1736.3593.01
3-B
馏出液的密度mkgaaDB
A
A
D
⋅=⇒+=
+
=
∴
ρρρρ③塔釜温度tW:
tW=97.60℃
（719.71-715.8760
.97-100723.87-715.8795-1003-釜残液中乙醇的密度乙醇乙醇
mkg⋅=⇒=ρρ
-100735.87-730.8795-1003-釜残液中正丙醇的密度正丙醇正丙醇
0001
.0-171.7190001.01
3-B
釜残液的密度mkgaaWB
A
A
W
⋅=⇒+=
+
=
∴
ρρρρ（5精馏段液相平均密度和提馏段液相平均密度精馏段液相平均密度:
3-132.738239
.73725.7392
mkgD
FL⋅=+=
+=
ρρρ
提馏段液相平均密度:
3-2736.262
733.27
25.7392
mkgw
FL⋅=+=
+=
ρρρ
（6精馏段和提馏段混合液的平均摩尔质量塔顶混合液的平均摩尔质量:
-1
kmol46.77kg600.945-（146945.060-（146⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=DDLDxxM进料液的平均摩尔质量:
-1kmol49kg.53600.465-（146654.060-（146⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=FFLFxxM塔底釜残液的平均摩尔质量:
-1
kmol60.00kg600.00013-（14600013.060-（146⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=WWLWxxM所以,
精馏段混合液的平均摩尔质量:
1-113.502
49
.5377.462kmolkgMMMLFLDL⋅=+=+=
提馏段混合液的平均摩尔质量:
1-256.752
60.00
49.532kmolkgMMMLWLFL⋅=+=+=
（7精馏段汽相平均密度和提馏段汽相平均密度塔顶混合液汽相平均密度:
3
066.11
40.7915.273（4.2203
.115.273]60959.01（959.046[4.22]1（[=⋅=⨯+⨯⨯⨯⨯-+⨯=
-+=
mkg
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