化工原理课程设计课题名称乙醇-水分离过程筛板精馏塔设计院系可再生能源学院班级应用化学0901班学号 **********学生姓名蔡文震指导老师覃吴设计周数 1目录一、化工原理课程设计任务书 (4)1.1设计题目 (4)1.2原始数据及条件： (4)二、塔板工艺设计 (4)2.1精馏塔全塔物料衡算 (4)2.2乙醇和水的物性参数计算 (5)2.2.1 温度 (5)2.2.2 密度 (6)2.2.3相对挥发度 (9)2.2.4混合物的黏度 (9)2.2.5混合液体的表面张力 (9)2.3塔板的计算 (10)2.3.1 q、精馏段、提留段方程计算 (10)2.3.2理论塔板计算 (12)2.3.3实际塔板计算 (12)2.4操作压力的计算 (13)三、塔体的工艺尺寸计算 (13)3.1塔径的初步计算 (13)3.1.1气液相体积流量计算 (13)3.1.2塔径计算 (13)3.2塔体有效高度的计算 (15)3.3精馏塔的塔高计算 (16)3.4溢流装置 (16)3.4.1堰长 (16)3.4.2溢流堰高度 (16)3.4.3弓形降液管宽度和截面积 (17)3.5塔板布置 (17)3.5.1塔板的分块 (17)3.5.2边缘区宽度的确定 (18)3.5.3开孔区面积计算 (18)3.5.4筛孔计算及其排列 (18)四、筛板的流体力学验算 (19)4.1塔板压降 (19)4.1.1干板阻力 (19)4.1.2气体通过液层的阻力 (19)4.1.3液体表面张力的阻力（很小可以忽略不计） (20)4.1.4气体通过每层板的压降 (20)4.2液沫夹带 (20)4.3漏液 (21)4.4液泛 (21)五、塔板负荷性能图 (22)5.1漏液线 (22)5.2液沫夹带线 (22)5.3液相负荷下限线 (24)5.4液相负荷上限线 (24)5.5液泛线 (24)5.6图表汇总及负荷曲线图 (26)六、主要工艺接管尺寸的计算和选取 (26)七、课程设计总结 (27)八、参考文献 (28)一、化工原理课程设计任务书1.1设计题目分离乙醇一水筛板精馏塔的设计1.2原始数据及条件：生产能力：年处理乙醇一水混合液2.6万吨/年（约为87吨/天）。
原料：来自原料罐，温度20℃，乙醇含量为46%（质量分率，下同）。
分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%。
塔底乙醇含量不高于0. 05%。
塔顶压力P=105KPa 。
进料状态为冷进料。
塔釜为饱和蒸汽直接加热。
二、塔板工艺设计2.1精馏塔全塔物料衡算F ：进料量（Kmol/s ） 原料组成:F X D ：塔顶产品流量（Kmol/s ） 塔顶组成:D X W ：塔底残液流量（Kmol/s ） 塔底组成:W X原料乙醇组成：%25185446464646=+=F X 塔顶组成：%14.8818546954695=+=D X塔底组成：%020.0185.994605.04605.0≈+=W X 进料量：s Kmol F /540.003600243001895.04605.010********.2/6.2≈⨯⨯+⨯⨯⨯==）（年万吨物料衡算式：F=D+WW D F X W X D X F ⨯+⨯=⨯联立求解：D =0.0153Kmol/s W =0.0387Kmol/s2.2乙醇和水的物性参数计算 2.2.1 温度根据表中数据可以求得F t D t W t1.31.23257.8208.2631.233.827.82:--=--FF t t ℃46.82=F t 2.72.7414.8841.7843.8972.7415.7841.78:--=--DD t t ℃17.78=D t3.0020.010090.105.95100:--=--W W t t ℃95.99=W t4.精馏段平均温度：℃32.8021=+=DF t t t5.提留段平均温度：℃21.9122=+=WF t t t 2.2.2 密度已知：混合液密度：BBAAla a ρρρ+=1混合气密度：004.22TP M P T V =ρ塔顶温度：℃17.78=D t 气相组成：43.8910015.7817.7843.8915.7815.7841.78:--=--D D y y %56.88=D y进料温度：℃46.82=F t 气相组成：45.541007.8246.8280.5545.543.827.82--=--=F F y y %26.55=F y塔底温度：℃95.99=W t气相组成：WW y y 100095.991000.1705.95100:--=-- %19.0≈W y（1） 精馏段液相组成：%57.5621=+=FD x x x 气相组成：%91.7121=+=FD y y y所以mol kg M L /84.33)5657.01(185657.0461=-⨯+⨯= mol kg M V /13.38)7191.01(187191.0461=-⨯+⨯= (2) 提留段液相组成：%51.1222=+=FW x x x 气相组成：%72.2722=+=FWy y y 所以mol kg M L /50.21)1251.01(181251.0462=-⨯+⨯= mol kg M V /76.25)2772.01(182772.0462=-⨯+⨯=℃46.82=F t3.7428046.821.7303.7429080:--=--CF CF ρρ 3/3.739m kg CF =ρ8.9718046.823.9658.9719080:--=--wF wF ρρ 3/2.970m kg wF =ρ2.97046.013.73946.01-+=Fρ 3/3.848m kg F =ρ ℃17.78=D t2.7547017.783.7422.7548070:--=--CD CD ρρ 3/5.744m kg CD =ρ8.9777017.788.9718.9778070:--=--wD wD ρρ 3/9.972m kg wD =ρ9.97292.015.74492.01-+=Dρ 3/75.758m kg D =ρ ℃95.99=W t1.7309095.994.7171.73010090:--=--CW CW ρρ 3/46.717m kg CW =ρ3.9659095.994.9583.96510090:--=--wW wW ρρ 3/43.958m kg wD =ρ43.958005.0146.717005.01-+=Wρ 3/54.952m kg W =ρ所以31/53.8032m kg DF L =+=ρρρ32/65.8552m kg W F L =+=ρρρmol kg x x M D D LD /68.42)1(1846=-⨯+⨯= mol kg x x M F F LF /25)1(1846=-⨯+⨯=mol kg x x M W W LW /00.18)1(1846=-⨯+⨯=mol kg M M M LFLD L /84.3321=+=mol kg M M M LFLW L /5.2122=+=mol kg y y M D D VD /80.42)1(1846=-⨯+⨯= mol kg y y M F F VF /47.33)1(1846=-⨯+⨯=mol kg y y M W W VW /05.18)1(1846=-⨯+⨯=mol kg M M M VFVD V /14.3821=+=mol kg M M M VFVW V /76.2522=+=31101/32.14.22m kg t M T V V ==ρ32202/86.04.22m kg t M T V V ==ρ2.2.3相对挥发度%25=F x %26.55=F y 71.325.015526.0125.05526.0==--F α%14.88=D x %56.88=D y 04.18814.018856.018814.08856.0==--D α%020.0=W x %19.0=W y 52.9%02.01%19.01%02.0%19.0==--W α（1）精馏段平均相对挥发度38.221=+=DF ααα（2）提留段平均挥发度62.622=+=WF ααα2.2.4混合物的黏度6℃32.801=t 查手册得s mpa •=3565.0水μ s mpa •=954.0乙醇μ℃21.912=t 查手册得s mpa •=3130.0水μ s mpa •=254.0乙醇μ（1）精馏段黏度：s mpa x x •=+=4348.0-1111）（水乙醇μμμ（2）提留段黏度：s mpa x x •=+=2703.0-1222）（水乙醇μμμ2.2.5混合液体的表面张力查物理化学手册可得水的表面张力的经验公式：)]291(002.01[07275.0--•=T σ所以可以求得m mN WF /37.63=σ，m mN WD /99.63=σ，m mN WW /83.60=σm mN WF /07.17`=σ,m mN WD /47.17`=σ,m mN WW /51.15`=σ塔顶表面张力：444`)1(WD D WD D D x x σσσ+-=， m mN D /87.20=σ444`)1(WF F WF F F x x σσσ+-=， m mN F /42.47=σ444`)1(WW D WW W W x x σσσ+-=， m mN W /82.60=σ（1）精馏段的平均表面张力：m mN /15.34242.4787.201=+=σ（2）提馏段的平均表面张力：m mN /12.54242.4782.602=+=σ2.3塔板的计算2.3.1 q 、 精馏段、提留段方程计算25.0=F x 泡点温度82.46℃平均温度：℃23.5122046.822+=+t T 乙醇的摩尔热容K kmol kJ c mA •=⨯=/92.1384602.3 乙醇的摩尔汽化焓kmol kJ r A /2.42053462.914=⨯= 水的摩尔热容K kmol kJ c mB •=--⨯-+⨯=/2.75]50605123.51)178.4183.4(178.4[18水的汽化潜热kmol kJ r B /43056182392=⨯=)/(13.91K kmol kJ x c x c c B mB A mA mP •=+=平均汽化热kmol kJ x r x r r B B A A /3.42805=+=13.1)(1=-+=t T rc q mP对25.0=F x 不论q=1还是q=1.13 挟点均是切点。