TOC \o "1-3" \h \u 一设计任务书..PAGEREF _Toc7399 2二塔板的工艺设计 (5)（一）设计方案的确定 (5)（二）精馏塔的物料衡算 (5)1.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数 (5)2. 物料衡算 (6)(三)物性参数的计算 (6)1.操作温度的确定 (7)2. 密度的计算 (7)3.混合液体表面张力的计算 (11)4.混合物的粘度 (12)5.相对挥发度 (13)(四)理论板数及实际塔板数的计算 (14)1.理论板数的确定 (14)2.实际塔板数确定 (18)(五)热量衡算 (18)1.加热介质的选择 (18)2. 冷却剂的选择： (19)3.比热容及汽化潜热的计算 (19)(六)塔径的初步设计 (23)1.汽液相体积流量的计算 (23)2.塔径的计算与选择 (23)(七)溢流装置 (25)1.堰长 (25)2.弓形降液管的宽度和横截面积 (25)3.降液管底隙高度 (26)4.塔板分布 (26)5. 浮阀数目与排列 (26)（八)汽相通过浮阀塔板的压降 (29)1.精馏段 (29)2.提馏段 (30)（九)淹塔 (30)1.精馏段 (30)2.提馏段 (31)（十)雾沫夹带 (31)（十一)塔板负荷性能图 (32)1.雾沫夹带线 (32)2.液泛线 (34)3.液相负荷上限线 (35)4.漏液线 (35)5.液相负荷下限线 (35)三、塔总体高度计算 (38)1.塔顶封头 (39)2.塔顶空间 (39)3.塔底空间 (39)5.进料板处板间距 (40)6.裙座 (40)四、塔的接管 (40)1.进料管 (40)2.回流管 (41)3.塔底出料管 (41)4.塔顶蒸汽出料管 (41)5.塔底蒸汽管 (42)五、塔的附属设备设计 (42)1.冷凝器的选择 (42)2.再沸器的选择 (43)六、参考文献................................................. .. (5)4七、设计评述................................................. .. (5)5一、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35%（质量分数，下同），其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量90%；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】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 M A =46kg/kmol丙醇的摩尔质量 MB=60kg/kmol原料乙醇的摩尔分数：134.060/6546/3546/35=+=F x 塔顶产品的摩尔分数：922.060/1046/9046/90=+=D x 塔釜残夜乙醇的摩尔分数：00013.06099.99/46/01.046/01.0=+=W x2.物料衡算原料处理量：物料衡算：W D +=F ①乙醇的物料衡算：W D F Wx Dx Fx += ②两式联立得：1--1h 35.35kmol W h 28.68kmol ⋅=⋅=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•Equilibrium Data Collection-Organic Hydroxy Compounds: 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t F 、塔顶温度t D 塔釜温度t W进料温度：℃7.2180.358-0.41388.32-0.358-0.46132.88-25.86=⇒=F F t t 塔顶温度：℃81.790.884-0.92280.5-0.884-180.5-78.4=⇒=D D t t 塔釜温度：℃596.970-0.0001397.60-0-0.12697.60-93.85=⇒=W W t t 精馏段平均温度：℃83.51281.797.21821=+=+=D F t t t 提馏段平均温度：℃2.419260.977.21822=+=+=W F t t t 2.密度的计算利用式：)(4.22)(a 100V B为平均相对分子量、为质量分数M Tp M p T a a B 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：t D =79.81℃气相组成y D :4239.0140.78-81.791-0.91478.40-50.80=⇒-=D D y y 进料：进料温度：t F =87.21℃气相组成y F :塔釜：塔釜温度：t W =97.60℃气相组成y W :(2)精馏段平均液相组成精馏段平均汽相组成 精馏段液相平均相对分子量1L M :精馏汽相平均相对分子量1V M :(3)提馏段平均液相组成提馏段平均汽相组成2y ： 提馏段液相平均相对分子量2L M : 提馏汽相平均相对分子量2V M :(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t F 、塔顶温度t D 塔釜温度t W 下的乙醇和正丙醇的密度。
①进料温度t F ：t F =87.21℃②塔顶温度t D ：t D =79.81℃③塔釜温度t W ：t W =97.60℃(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：提馏段液相平均密度：(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：-1kmol 47.09kg 600.922)-(146922.060)-(146⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=D D LD x x M进料液的平均摩尔质量：-1kmol 54.22kg 600.413)-(146134.060)-(146⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=F F LF x x M 塔底釜残液的平均摩尔质量：-1kmol 60.00kg 600.00013)-(14600013.060)-(146⋅=⨯+⨯=⨯+⨯=W W LW x x M 所以，精馏段混合液的平均摩尔质量：提馏段混合液的平均摩尔质量：(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：3-0076.11)81.7915.273(4.2203.115.273]60)9423.01(9423.046[4.22])1([m kg TP P T M y y M D D VD ⋅=⨯+⨯⨯⨯⨯-+⨯=-+=正丙醇乙醇ρ进料液汽相平均密度：3-00.8011)87.2115.273(4.2203.115.273]60)6036.01(6036.046[4.22])1([m kg TP P T M y y M F F VF ⋅=⨯+⨯⨯⨯⨯-+⨯=-+=正丙醇乙醇ρ塔底釜残液汽相平均密度：3-0003.21)60.9715.273(4.2203.115.273]60)000256.01(000256.046[4.22])1([m kg P T P T M y y M W W W VW ⋅=⨯+⨯⨯⨯⨯-+⨯=-+=正丙醇乙醇ρ所以，精馏段汽相平均密度：提馏段汽相平均密度：3.混合液体表面张力的计算利用表3中1-m mN ⋅的数据利用数值插入法确定进料温度t F 、塔顶温度t D 塔釜温度t W 下的乙醇和正丙醇的表面张力。
①进料温度t F ：t F =87.21℃)(16.73-16.487.21-9017-16.485-901进料中乙醇的表面张力乙醇乙醇-⋅=⇒=m mN σσ)(18.32-18.187.21-9018.5-18.185-901力进料中正丙醇的表面张正丙醇正丙醇-⋅=⇒=m mN σσ-1m 17.66mN 18.320.413)-(116.73413.0)-(1⋅=⨯+⨯=+==∑F F F F i i LFM x x x 正丙醇乙醇σσσσ②塔顶温度t D ：t D =79.81℃)(42.71-17.479.81-8017.9-17.475-801力馏出液中乙醇的表面张乙醇乙醇-⋅=⇒=m mN σσ)(88.81-18.981.79-8019.5-18.975-801张力馏出液中正丙醇的表面正丙醇正丙醇-⋅=⇒=m mN σσ-1m 17.53mN 18.880.922)-(142.71229.0)-(1⋅=⨯+⨯=+==∑D D D D i i LDM x x x 正丙醇乙醇σσσσ ③塔釜温度t W ：t W =97.60℃)(89.51-15.760.97-10016.1-15.795-1001力釜残液中乙醇的表面张乙醇乙醇-⋅=⇒=m mN σσ)(39.71-17.297.60-10017.6-17.295-1001-张力釜残液中正丙醇的表面正丙醇正丙醇m mN ⋅=⇒=σσ-1m 17.39mN 17.390.00013)-(115.8900013.0)-(1⋅=⨯+⨯=+==∑W W W W i i LWM x x x 正丙醇乙醇σσσσ(2)提馏段和精馏段的平均表面张力 精馏段平均表面张力：1-1m 60mN .17253.1766.172⋅=+=+=LDMLFM σσσ提馏段平均表面张力：1-2m 53mN .17239.1766.172⋅=+=+=LWMLFM σσσ 4.混合物的粘度利用表4中的数据利用数值插入法确定进料温度t F 、塔顶温度t D 塔釜温度t W 下的乙醇和正丙醇的粘度。
(1) 混合液体粘度精馏段的平均温度为：℃83.511=t ,该温度下 乙醇的粘度为： 正丙醇的粘度为： 精馏段混合液的粘度为：SmPa x ⋅=⨯+⨯=+=494.0653.06756.0-1415.06675.0x -1111）（）（正丙醇乙醇μμμ(2)提馏段的平均温度为：℃92.412=t ,该温度下 乙醇的粘度为： 正丙醇的粘度为： 提馏段混合液的粘度为： 5.相对挥发度由413.0=F x ,0366.0=F y 得16.2413.0-16036.0-1413.06036.0==F α由922.0=D x ,9423.0=D y 得1.38922.0-19423.0-1922.09423.0==D α由00013.0=W x ,000256.0=W y 得1.9700013.0-1000256.0-100013.0000256.0==W α精馏段的相对挥发度：77.1238.161.221=+=+=DF ααα 精馏段气液平衡方程:ααα77.077.1)1(11-=--=yyyx提馏段的相对挥发度： 2.07297.161.222=+=+=WF ααα 提馏段气液平衡方程:yyyyx 07.107.2)1(22-=--=αα平均相对挥发度 1.8097.138.12.1633=⨯⨯==D W F αααα (四)理论板数及实际塔板数的计算 1.理论板数的确定设计条件已确定回流比R=5，并且是泡点进料,q=1 则， 1-143.4068.285h kmol RD L ⋅=⨯==本设计采用图解法求解理论板数。