乙醇与水连续精馏塔课程方案完整篇doc.docx
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乙醇与水连续精馏塔课程方案完整篇doc
#乙醇与水连续精馏塔课程方案1
34去.二房乙醇与水连续精馏塔
题目:
醇-水溶液连续精
馏塔优化设计
班级:
制药082
专业:
植保学院制药项目
姓名:
雷世伟
学号:
02208041
指导教师:
蔡崇林亢阳
设计时间:
2018.8.29——2018.9.9
第一章设计方案的确定及流程说明(3)
1.1塔型选择3
1.2操作流程3
第二章塔的工艺计算(4)
2.1整理有关数据并绘制相关表格(4)
2.2全塔物料衡算(5)
2.3最小回流比与操作回流比(6)
2.4理论塔板数的确定(7)
2.5全塔效率的估算(7)
2.6实际塔板数的求取(10)
第三章塔的工艺条件及物性计算(11)
3.1操作压强Pm(11)
3.2温度tm(12)
3.3平均摩尔质量....................................错误!
未定义书签。
2
3.4平均密度(13)
3.5液体表面张力(16)
3.6平均粘度的计算(17)
3.7汽液相体积流率(18)
3.8塔径的计算(19)
3.9精馏塔高度的计算(20)
第四章塔板主要工艺尺寸的计算(21)
4.1溢流装置(21)
4.2塔板布置(24)
第五章塔板的流体力学验算(235)
5.1气体通过塔板的压力降hp液柱(27)
5.2液面落差(267)
5.3液沫夹带5.4漏液(268)
5.5液泛(28)
第六章塔板负荷性能图(279)
6.1漏液线(279)
6.2液沫夹带线(29)
6.3液相负荷下限线(30)
6.4液相负荷上限线(30)
6.5液泛线(30)
第七章各接管尺寸的确定及选型(33)
7.1进料管尺寸的计算及选型(33)
7.2釜液出口管尺寸的计算及选型(33)
7.3回流管尺寸的计算及选型(33)
7.4塔顶蒸汽出口径及选型(34)
第八章精馏塔的主要附属设备(34)
8.1冷凝器(34)
8.2预热器(35)
8.3再沸器(35)
设计结果一览表36
参考文献(36)
第一章、设计方案的确定及流程说明
1.1塔型选择
根据生产任务,若按年工作日300天,每天开动设备24小时计算,产品流
量为10.8t/h,因为产品粘度较小,流量较大,为减少造价,降低生产过程中
压降和塔板液面落差的影响,提高生产效率,选用筛板塔。
1.2操作流程
乙醇——水溶液经预热至泡点后,用泵送入精馏塔。
塔顶上升蒸气采用全冷
凝后,部分回流,其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。
塔釜采用间接
蒸汽再沸器供热,塔底产品经冷却后送入贮槽。
精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。
热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
乙醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板,在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底。
在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。
流程示意图如下图
第二章、塔的工艺计算
2.1整理有关数据并绘制相关表格:
2.1.1乙醇和水的汽液平衡数据不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成数据如下
):
根据以上数据画出以下乙醇与水的t-x
图
原料液中:
设A组分——乙醇;B组分——水
乙醇的摩尔质量:
M乙=46.07kg/kmol;水的摩尔质量:
M水=18.02kg/kmol2.2.1查阅文献,整理相关的物性数据
水和乙醇的物理性质
2.2.2进料液的摩尔分数
28.002
.18/)505.01(07.46/505.007
.46/505.0F=-+=
x
2.2.3平均摩尔质量
MF=0.28⨯46+⨯18=41.42kg/kmolMW=0.1⨯46+2.2.4物料衡算
已知:
F=84
.251000
9.5⨯=228.33/kmolh
总物料衡算F=D+W=228.33①
易挥发组分物料衡算DxD+WxW=FxF
即0.83D+0.1W=228.33×0.28②
联立以上二式得:
D=56.3kg/kmolW=172.03kg/kmol2.3最小回流比Rmin和操作回流比R。
因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与衡线相切,最小回流比的求法是由点a(Dx,D
x>
向平衡线作切线,再由切线的斜率或截距求min
R,如图三图4
#乙醇与水连续精馏塔课程方案1第2页
由
1
minmin+RR=0.6072
得
:
Rmin=1.546
由工艺条件决定R=1.8Rmin故取操作回流比R=2.7832.3.1操作方程的确定
精馏段:
hkmolDRL/683.1563.56783.2=⨯=⨯=
hkmolDRV/983.2123.56)1783.2()1(=⨯+=+=
提馏段:
hkmolqFLL/013.38533.2281683.156=⨯+=+='
hkmolVFqVV/983.212)1(==--='
2.3.2精镏段操作方程:
26.074.0800.0983.2123
.56983.212683.1561+=⨯+=+=
+nDnnxXnxVDxVLy提镏段操作线方程:
081
.068.11.0983.21203.172983.212013.3851-=⨯-='-''=+nwnnxXnxVWxVLy
q线方程:
x=xq=xF=0.282.4理论塔板数的确定
理论板:
指离开此板的气液两相平衡,而且塔板上液相组成均匀。
图5
由图5可知:
:
理论塔板总数为:
12块精馏段为10块提馏段为2块2.5全塔效率的估算
板效率与塔板结构,操作条件,物质的物理性质及流体力学性质有关,它反映实际塔板上传质过程进行的程度。
板效率可用奥康奈尔公式:
()
0.245
0.49TLEαμ-=计算。
其中:
α—塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度;
Lμ—塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa.s。
2.5.1塔顶、塔釜及进料的温度确定
图6
由t-x-y进料温度tF=82.2℃全塔的平均温度:
精馏段:
ctttF
Dm016.082=+=
提馏段:
ctttF
wm0/
3.842=+=
塔顶和塔釜的算术平均温度:
△t=2D
wtt+=82.26℃2.5.2塔顶、进料处及塔底处的相对挥发度
图7
根据乙醇与水溶液x-y相平衡图+-可得
(1)
(1)
yxxyα-=-
因此可以求得:
αD=1.094;αF=3.273。
α
W=7.158
平均相对挥发度的求取:
948.2158.7273.3094.133=⨯⨯==WFDaaaa
精馏段的平均相对挥发度的求取:
892.1273.3094.11=⨯==FDaaa提馏段的平均相对挥发度的求取:
840
.4158.7273.31=⨯==FWaaa
相平衡方程为:
nn
nnnnnyyyyXnxxy948.1948.2)1()1(1-=
--=⇒-+=
αααα
2.5.3顶、进料处及塔底处的相对挥发度
由t-x-y图可知:
塔顶温度tD=8.12℃,塔底温度tw=86.4℃
进料温度tF=82.2℃
全塔的平均温度:
精馏段:
ct
ttFDm016.082=+=
提馏段:
ct
ttFwm0/3.842=+=
图8
塔顶和釜的算术平均温度:
△t=2D
wtt+=82.26℃
在80.16c0
时,根据上图知对应的XD=0.462,由《化工原理》课本附录十一共线图)查得s
Pa⋅=m405.0乙醇μ时,根据上图知对应的XW=0.16,由《化工原理》课本附录十一线图)查得s
Pa⋅=m391.0乙醇μ
(1)精馏段:
smPaL⋅=⨯-+⨯=378.0354.0)462.01(405.0462.0μ
(2)提馏段:
smPaL⋅=⨯-+⨯=346.0337.0)16.01(391.016.0/
μ用奥康奈尔法('Oconenell>计算全塔效率:
1.1)(49.0245.0⨯⨯=-LTEαμ
378.0892.1(49.0245
.0=⨯⨯⨯=-TE%5.471.1)346.084.4(49.0245
.0/
=⨯⨯⨯=-TE2.6实际塔板数的求取
E
T
=0.49×)
378.0892.1(245
.0⨯-=0.532NP精=E
N
T
T=532.010
≈18.8≈19块
'TE=0.49×)346.084.4(245.0⨯-=0.432NP提=
''ENT
T=432.01
≈1.89≈2块
全塔所需实际塔板数:
NP=N
P精
+
N
P提
=21块
全塔效率:
21147TTPNEN-=
⨯=⨯%%=42.55%ET=%XNPNT=%21
110X-=42.9%加料板位置在第20块塔板
第三章、工艺条件及物性数据计算
3.1操作压强Pm
塔顶压强PD=4+101.3=105.3kpa,取每层塔板压强ΔP=0.7kpa,则进料板压强PF=105.3+19*0.7=118.6kpa塔釜压强PW=105.3+2*0.7=106.7kpa
精馏段平均操作压强Pm精=(105.3+118.6>/2=111.95kpa提馏段平均操作压强Pm提=(106.7+118.6>/2=112.65kpa3.2温度tm
根据乙醇与水的t-xFt=82.2C
mt精=
℃16.082
=+F
Dtt3.3平均摩尔质量M
根据乙醇与水的t-xDx=1y=0.83Dy=0.817
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