精馏塔课程设计安徽科技学院食品药品学院乙醇—水板式精馏塔设计班级：食品科学与工程101姓名：蒋大强学号：2301100112指导教师：杜传来张继武时间：2012年1月6日分离要求：塔底含量不超过0.1％,塔顶含量高于98％.工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝，q 取1.2，R=1.1 Rmin 。

：水和乙醇的物理性质（2）常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表3—2表3—2 乙醇—水系统t —x —y 数据1.2乙醇和水的不同温度下的密度。

表1—1 不同温度下乙醇和水的密度温度/℃ 乙ρ 水ρ温度/℃ 乙ρ 水ρ808590 735 730 724 971.8 968.6 965.3 85 100 720 716 961.85 958.41.3乙醇和水的不同温度下的表面张力。

表1—2 乙醇和水不同温度下的表面张力温度/℃70 80 90 100 乙醇表面张力22/10m N - 18 17.15 16.2 15.2 水表面张力/22/10m N - 64.362.6 60.7 58.81.4乙醇和水的不同温度下的黏度。

表1—3 乙醇和水不同温度下的黏度温度/℃ 7080 90 100 乙醇黏度mpa.s 0.480.415 0.351 0.305 水的黏度mpa.s0.400 0.330 0.318 0.2841.5乙醇—水气、液平衡组成与温度关系表1—1 乙醇—水气、液平衡组成与温度关系沸点t/C ︒乙醇分子/% （液相） 乙醇分子/% （气相） 沸点t/C ︒ 乙醇分子/% （液相） 乙醇分子/% （气相） 10099.999.899.799.599.29998.7597.6495.895.591.3 0 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 1.90 4.16 0 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 45 8.76 16.34 17.00 29.92 82 81.5 81.3 80.7 80.6 80.1 79.85 79.8 79.7 79.5 79.3 79.2 27.3 32.73 33.24 39.65 42.09 48.92 52.68 50.79 51.98 61.02 57.32 65.64 56.44 59.26 58.78 61.22 62.22 64.70 66.28 65.64 65.99 70.29 68.41 72.7189.0 87.9 86.7 85.3 85.2 84.1 83.75 82.7 82.3 82.37.217.419.6612.3812.6416.6117.4123.3725.7526.0838.9139.6143.7547.0447.4950.8951.6754.4555.7455.8078.9578.7578.7478.678.478.2778.278.1578.1568.9272.3674.7275.9979.8283.8785.9789.4189.4374.6976.9378.1579.2681.8384.9186.4089.4189.43 设计结果一览表2.精馏塔工艺计算2.1塔的物料衡算2.1.1料液及塔顶，塔底产品含乙醇的摩尔分率F:原料液流量（kmol/s ） xF:原料组成（摩尔分率，下同）D ：塔顶产品流量（kmol/s ） xD:塔顶组成W ：塔底残液流量（kmol/s ） xW:塔底组成2.1.2进料2.1.3物料衡算2.2有关的工艺计算2.2.1原料液的平均摩尔质量：M f =x f M OH CH CH 23+(1-x f )M O H 2=0.1934⨯46+(1-0.1934)⨯18=23.4kg/kmol 同理 可求得：M D =42.6972kg/kmol M W =18.5544kg/kmol45οC 下，原料液中ρO H 2=971.1kg/m 3,ρOH CH CH 23=735kg/m 3由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表6。

表6 原料液`馏出液与釜残夜的流量与温度2.3 最小回流比及操作回流比的确定如图所示的乙醇-水物系的平衡曲线，具有下凹的部分，当操作线与q 线的交点尚未落到平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图中点g 所示。

点g 附近已出现恒浓区，相应的回流比便是最小回流比。

对于这种情况下的R m in 的求法只能是通过作图定出平衡线的切线之后，再由切线的截距或斜率求之。

如图1-63所示，可用下式算出：1min min +R R =1934.08814.037.08814.0-- ⇒ R m in =2.889 可取操作回流比R=1.5⨯2.889=4.3342.4 全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷：Q C =(R+1)D(I VD -I LD )可以查得I VD =1266kJ/kg I LD =253.9kJ/kg,所以Q C =(1.612+1)⨯2.0330⨯(1266-253.9)=5317.45kJ/h取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25οC 和35οC 则平均温度下的比热c pc =4.174kJ/kg οC,于是冷凝水用量可求W C =)(c Q 12pc C t t -=)2535(174.445.5317-⨯=127.4kg/h 4.精馏塔主体尺寸计算4.3提留段塔径的计算1t 2D F t t +=705.91258.9983.83=+=℃查t-x-y 图在91.705℃下：0552.0=x A , Ay 3273.0= 9448.0=x B , B y 6727.0=Kmol Kg x M x M M BA L /5456.199448.0180552.04621=⨯+⨯=+=M g =M 1y A +M 2y B =46⨯0.3273+18⨯0.6727=27.1644 kg/kmol汽塔气相平均密度v ρ=RT PM g =)705.91273(314.81644.27325.101+⨯⨯=0.9077 kg/m 3x AW =LAM x M 1=5456.190552.046⨯=0.1299 x BW =1-x AW=0.8701 汽塔的液相平均密度在91.705℃下查表得：Aρ=729.5 kg/m 3 B ρ=964.3 kg/m 3L ρ1=A AW x ρ+BBW x ρ=7295.01299.0+9643.08701.0=1.0804 L ρ=925.6 kg/m 3V=(R+1)D=(4.334+1)⨯8.057=42.976 kmol/hv B =vg 3600vM ρ⨯ =9077.036001644.27976.42⨯⨯=0.3573 m/s L '=L+qF=8.811+1⨯10.09=18.901 kmol/h L 3=L L M L ρ⨯3600'=6.92536005456.19901.18⨯⨯=0.1109⨯103-m 3/s 查化工数据手册求取：A σ=16.1 mN/m Bσ=60.05 mN/m 5.塔高的确定：Z=（TTE N -1）H T =(7968.015-1)⨯0.45=8.02 m 塔板结构尺寸的确定：● 溢流装置● 由于塔径小于800mm,所以采用单溢流弓形降液管，平行受液盘及平行溢流堰，取堰长L w =0.66D,即L w=0.66⨯0.3=0.198m 出口堰高HW=H1-HOW,66.0=D Lw , 则H ow =m 003.0)0198.02412.0(1100084.232=⨯⨯ H w =H l - H OW=0.06-0.003=0.057m 降液管的宽度W d 与降液管的面积A f由66.0=D lw ,125.0D w d ,=tfA A 0.0700 W d =0.125⨯0.3=0.0375mA f=0.07⨯3202.04m D =π停留时间(03.25100899.045.0005.03s Ls Ht Af=⨯⨯=⋅=-∆〉5S 符合要求）降液管底隙高度Hoh o =h w-0.006=0.051m 取边缘宽度取边缘宽度为W C=0.03m 安定区宽度安定区宽度为W S =0.050m开孔区面积A a X=(2-D W d +W S)=)050.00375.0(23.0+-=0.0625m R=-2DW C=0.15-0.03=0.12mA a =2[x 222180R x R π+-sin 1-R x=0.068m 2附图1精馏塔的工艺流程图符号说明：英文字母：A a —塔板开孔区面积m 2； A f —奖液管截面积m 2A 0—筛孔总面积m 2； A T —塔截面积m 2C 0—流量系数； C —计算u m ax 时的负荷系数m/s C s —气相负荷因子，m/s ； d 0—筛孔直径，mD—塔径，m； ev—液沫夹带量kg(液)/kg(气)E—液流收缩系数 ET—总板效率F—气相动能因子，kg21/(s•m21); F—筛孔动能气象因子，kg21/(s•m21)h 1—进口堰与降液管间的水平距离，m； hc—与干板上液压降相当的液柱高度，mhd—与液体流过降液管的压力降相当的液柱高度，m；hf —塔板上鼓泡层高度，m； h1—与板上液层阻力相当的液柱高度，mh2—板上清液层高度，m； h—降液管的底隙该度，mhw0—堰上液层高度，m； hw—出口堰高度，mhw ’—进口堰高度，m； hδ—与克服δ的压降相当的液柱高度，mH——板式塔高度;m Hb——塔底空间高度；mHd ——降液管内清液层高度, m Hd——塔顶空间高度,mHf ——进料板处塔板间距，m Hp——人孔处塔板间距，mHT——塔板间距，m K——稳定系数Lw——堰长，m L h——液体体积流量m3/hLs——液体体积流量，m3/s n——筛孔数目Nt——理论板层数 P——操作压力，Pa△P——压力降。

Pa △Pp——气体通过每层筛板的压降，Par——鼓泡区半径，m t——筛孔的中心距，mu——空塔气速，m/s Uf——泛点气速。

m/sUo ——气体通过筛孔的速度。

m/s Uo min——漏液点气速。

m/sUo ’——液体通过降液管底隙的速度。

m/s V1h——气体体积流量m3/hVs ——气体体积流量，m3/s WL——液体质量流量 kg/sW V ——气体质量流量，kg/s Wc——边缘无效区宽度，mWd ——弓形降液管宽度，m Ws——破漠区宽度，m主要参考书及参考资料：1.姚玉英等.化工原理（下册.）天津：天津大学出版社，19992.化学工程手册编辑委员会.化学工程手册（第十三篇，气液传质设备）.北京：化学工程出版社，19813.华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计。