2022年分离乙醇-正丙醇混合液的精馏塔设计课程设计.docx

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1、精品学习资源一 设计任务书2二 塔板地工艺设计3（一）设计方案地确定3（二）精馏塔地物料衡算31. 原料液及塔顶、塔釜产品地摩尔分数32. 物料衡算4 三物性参数地运算41. 操作温度地确定42. 密度地运算53. 混合液体表面张力地运算94. 混合物地粘度115. 相对挥发度12 四理论板数及实际塔板数地运算131. 理论板数地确定132. 实际塔板数确定15 五热量衡算161. 加热介质地挑选162. 冷却剂地挑选：163. 比热容及汽化潜热地运算16 六塔径地初步设计211. 汽液相体积流量地运算212. 塔径地运算与挑选22 七溢流装置251.堰长252. 弓形降液管地宽度和横截面积2

2、53. 降液管底隙高度274. 塔板分布275. 浮阀数目与排列27（八 汽相通过浮阀塔板地压降301. 精馏段302. 提馏段31（九 淹塔311. 精馏段322. 提馏段32（十 雾沫夹带33（十一 塔板负荷性能图341. 雾沫夹带线34欢迎下载精品学习资源2. 液泛线353. 液相负荷上限线364. 漏液线375. 液相负荷下限线37三、塔总体高度运算401. 塔顶封头402. 塔顶空间403. 塔底空间405.进料板处板间距416.裙座41四、塔地接管421. 进料管422. 回流管433. 塔底出料管434. 塔顶蒸汽出料管435. 塔底蒸汽管43五、塔地附属设备设计441. 冷凝器

3、地挑选442. 再沸器地挑选44六、参考文献54七、设计评述55欢迎下载精品学习资源一、设计任务书【设计题目】分别乙醇-正丙醇混合液地精馏塔设计【设计条件】进料：乙醇含量35% （质量分数，下同），其余为正丙醇分别要求：塔顶乙醇含量90%；塔底乙醇含量 0.01%生产才能：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【设计运算】塔板地工艺设计（一）设计方案地确定本设计地任务是分别乙醇-正丙醇混合液.对于二元混合物地分别，应采纳连续精馏流程 .（二）精馏塔地物料衡算1. 原料液及塔顶、塔釜产品地摩尔分数欢迎下

4、载精品学习资源乙醇地摩尔质量MA=46kg/kmol丙醇地摩尔质量MB=60kg/kmol35/ 46欢迎下载精品学习资源原料乙醇地摩尔分数：x F35/ 4665 /600.413欢迎下载精品学习资源塔顶产品地摩尔分数：x D90/ 460.922欢迎下载精品学习资源塔釜残夜乙醇地摩尔分数：90/ 46xW10/ 600.01/ 460.00013欢迎下载精品学习资源0.01/4699.99/ 60欢迎下载精品学习资源2. 物料衡算欢迎下载精品学习资源原料处理量：F250001030.35/46 72000.65/ 6064.03 kmolh-1欢迎下载精品学习资源物料衡算： FDW 欢迎下

5、载精品学习资源乙醇地物料衡算：FxFDx DWxW欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源D两式联立得：W28.68kmol 35.35kmolh -1h -1欢迎下载精品学习资源三物性参数地运算表 1乙醇正丙醇混合液地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）t97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38x00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841.0y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.914

6、1.0表1地 平 衡 数 据 摘 自 ： J.Gmebling,U.onken.Vapor- liquid.Equilibrium Data Collection-Organic Hydroxy Compounds: Alcoholsp.336.乙醇沸点： 78.3 ；正丙醇沸点： 97.2 .1. 操作温度地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欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源进料温度：86.25 - 88.32tF - 88.32tF87.21欢迎下载精品学习资源0.461- 0.3580.413- 0.358欢迎下载精品学习资源塔顶温度：

7、78.4 - 80.5t D - 80.5tD79.81欢迎下载精品学习资源1 - 0.8840.922 - 0.884欢迎下载精品学习资源塔釜温度：93.85 - 97.60tW - 97.60tW97.596欢迎下载精品学习资源0.126 - 00.00013 - 0欢迎下载精品学习资源精馏段平均温度： t 1tFtD287.2179.81283.51欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源提馏段平均温度： t 2tFtW 287.2197.60292.41欢迎下载精品学习资源2. 密度地运算利用式：欢迎下载精品学习资源1aALAaB a为质量分数 、VBT0 pM 22.4Tp0M为平均

8、相对分子量 欢迎下载精品学习资源运算混合液体地密度和混合气体地密度. 1塔顶：塔顶温度： tD=79.81 欢迎下载精品学习资源气相组成 yD:80.50 - 78.4079.81- 78.40y D0 .9423欢迎下载精品学习资源0.914 - 1y D1进料：进料温度： tF=87.21 气相组成 yF:欢迎下载精品学习资源88.32 - 86.2587.21 - 86.25y F0.6036欢迎下载精品学习资源0.55 - 0.65yF0.65塔釜：塔釜温度： tW=97.60 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源气相组成 yW:97.60 - 93.850 - 0.2497.59

9、6yW- 93.850.24yw0.000256欢迎下载精品学习资源(2) 精馏段平均液相组成欢迎下载精品学习资源x : xxDxF0.9220.4130.6675欢迎下载精品学习资源1122精馏段平均汽相组成欢迎下载精品学习资源y1: y1yDyF20.94230.603620.7730欢迎下载精品学习资源精馏段液相平均相对分子量M L 1 :欢迎下载精品学习资源M L1460.6675601 - 0.667550.66kgkmol -1欢迎下载精品学习资源精馏汽相平均相对分子量M V 1 :欢迎下载精品学习资源M V 1460.7730601 - 0.773049.18kgkmol -1欢

10、迎下载精品学习资源(3) 提馏段平均液相组成欢迎下载精品学习资源x2 x2xFxW 20.4130.0001320.2066欢迎下载精品学习资源提馏段平均汽相组成y2 ：欢迎下载精品学习资源2yyFyW 20.60360.00025620.3019欢迎下载精品学习资源提馏段液相平均相对分子量M L 2 :欢迎下载精品学习资源M L 2460.2066601 - 0.206657.11kgkmol -1欢迎下载精品学习资源提馏汽相平均相对分子量M V 2 :欢迎下载精品学习资源M V 2460.3019601- 0.301955.77kgkmol -1欢迎下载精品学习资源(4) 进料、塔顶及塔釜

11、混合液地密度表 2：不同温度下乙醇和正丙醇地密度温度 /707580859095100欢迎下载精品学习资源m-3乙醇 kg748.87739.87735.87731.87728.87723.87715.87欢迎下载精品学习资源m-3正丙醇 kg762.56755.86750.86745.87740.87735.87730.87欢迎下载精品学习资源利用表 2 中地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 下地乙醇和正丙醇地密度.进料温度 tF： tF=87.21 欢迎下载精品学习资源90 - 85728.87 - 731.8790 - 87.21728.87 -乙醇乙醇

12、730.54kgm-3 进料中乙醇的密度 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源90 - 85740.87 - 745.8790 - 87.21740.87 -正丙醇正丙醇743.66kgm-3进料中正丙醇的密度 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1aAaBFAB0.35730.541 - 0.35743.66F739.01kgm-3 料液的密度 欢迎下载精品学习资源塔顶温度 tD ： tD=79.81 欢迎下载精品学习资源80 - 7580 - 79.81乙醇736.35kgm-3 馏出液中乙醇的密度 欢迎下载精品学习资源735.87 - 739.87735.87 -乙醇欢迎下载精品

13、学习资源80 - 7580 - 79.81正丙醇751.46kgm-3馏出液中正丙醇的密度 欢迎下载精品学习资源750.86- 755.86750.86 -正丙醇欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1aAaBDAB0.90736.351- 0.90751.46D737.83kgm-3 馏出液的密度 欢迎下载精品学习资源塔釜温度 tW ： tW=97.60 欢迎下载精品学习资源100 - 95100 - 97.60乙醇719.71kgm 釜残液中乙醇的密度 欢迎下载精品学习资源-3715.87 - 723.87715.87 -乙醇欢迎下载精品学习资源100 - 95100 - 97.60正丙

14、醇733.27kgm-3釜残液中正丙醇的密度 欢迎下载精品学习资源730.87- 735.87730.87 -正丙醇欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1aAaBWAB0.0001719.711- 0.0001733.27W733.27kgm-3 釜残液的密度 欢迎下载精品学习资源(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：欢迎下载精品学习资源FD739.0122L1737.83738.42kgm-3欢迎下载精品学习资源提馏段液相平均密度：欢迎下载精品学习资源Fw739.012L 2733.272736.14kgm-3欢迎下载精品学习资源(6) 精馏段和提馏段混合液地

15、平均摩尔质量塔顶混合液地平均摩尔质量：欢迎下载精品学习资源M LDx D461 -xD 600 .922461 - 0.9226047.09kgkmol -1欢迎下载精品学习资源进料液地平均摩尔质量：欢迎下载精品学习资源M LFx F461 - x F 600.413461 - 0.4136054.22kgkmol -1欢迎下载精品学习资源塔底釜残液地平均摩尔质量：欢迎下载精品学习资源M LWxW461 -xW 600.00013461- 0.000136060.00kgkmol -1欢迎下载精品学习资源所以，精馏段混合液地平均摩尔质量：欢迎下载精品学习资源M L1M LDM LF247.09

16、254.2250.66kgkmol-1欢迎下载精品学习资源提馏段混合液地平均摩尔质量：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源M LFM LW54.2260.00-1欢迎下载精品学习资源M L 257.11kg kmol22(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：欢迎下载精品学习资源 M 乙醇 y D1yD M 正丙醇VDT0 P 460.942310.942360273.151.031.67kgm- 3欢迎下载精品学习资源22.4TP0进料液汽相平均密度：22.4 273.1579.811欢迎下载精品学习资源 M 乙醇 yF1y F M 正丙醇VFT0 P460

17、.603610.6036 60 273.151.031.80 kgm -3欢迎下载精品学习资源22 .4TP0塔底釜残液汽相平均密度：22 .4 273 .1587.211欢迎下载精品学习资源 M 乙醇 yWVW1yW M 正丙醇 T0 P 460.00025610.00025660273.151.03-32.03kgm欢迎下载精品学习资源所以，22.4TW P022.4273.1597.601欢迎下载精品学习资源精馏段汽相平均密度：欢迎下载精品学习资源VDVFV 121.671.8021.74kgm-3欢迎下载精品学习资源提馏段汽相平均密度：欢迎下载精品学习资源VwVFV 222.031.8

18、021.92kgm-3欢迎下载精品学习资源3. 混合液体表面张力地运算表 3：不同温度下乙醇和正丙醇地表面张力温度 /707580859095100欢迎下载精品学习资源乙醇 mNm-118.217.917.417.016.416.115.7欢迎下载精品学习资源正丙醇19.819.518.918.518.117.617.2欢迎下载精品学习资源利用表 3 中 mNm-1 地数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度欢迎下载精品学习资源tD 塔釜温度 tW 下地乙醇和正丙醇地表面张力.进料温度 tF： tF=87.21 欢迎下载精品学习资源90 - 8516.4 -1790 - 87.2116.4

19、 -乙醇乙醇 16.73mNm 1进料中乙醇的表面张力 欢迎下载精品学习资源90 - 8590 - 87.21正丙醇18.32 mNm 进料中正丙醇的表面张力欢迎下载精品学习资源18.1 - 18.518.1 -正丙醇欢迎下载精品学习资源LFMxiix F乙醇 F1 - xF 正丙醇 F0 .41316.731 - 0.41318.3217.66mNm -1欢迎下载精品学习资源塔顶温度 tD ： tD=79.81 欢迎下载精品学习资源80 - 7580 - 79.81乙醇17.42mNm 1馏出液中乙醇的表面张 力欢迎下载精品学习资源117.4- 17.917.4 -乙醇欢迎下载精品学习资源8

20、0 - 7580 - 79.81正丙醇18.88mN m馏出液中正丙醇的表面张力欢迎下载精品学习资源18.9 -19.518.9 -正丙醇欢迎下载精品学习资源LDMxiixD乙醇 D1 - xD 正丙醇 D0.92217.421 - 0.92218.8817.53mNm -1欢迎下载精品学习资源塔釜温度 tW： tW=97.60 欢迎下载精品学习资源100 - 9515.7 - 16.1100 - 97.6015.7 -乙醇乙醇15.89mNm 1釜残液中乙醇的表面张 力欢迎下载精品学习资源100 - 9517.2 -17.6100 - 97.6017.2 -正丙醇正丙醇17.39mNm-1

21、釜残液中正丙醇的表面张力欢迎下载精品学习资源-1LWMxiixW乙醇 W1 -xW 正丙醇 W0.0001315.891 - 0.0001317.3917.39mN欢迎下载精品学习资源m2 提馏段和精馏段地平均表面张力精馏段平均表面张力：欢迎下载精品学习资源1LFM2LDM17.6617.53217.60mNm-1欢迎下载精品学习资源提馏段平均表面张力：欢迎下载精品学习资源12LFM2LWM17.6617.39217.53mNm-1欢迎下载精品学习资源4. 混合物地粘度表 4：不同温度下乙醇和丙醇地粘度温度707580859095100乙醇 mPa S0.510.4800.4260.4100.

22、3700.3450.325正丙醇 mPa S0.850.7500.6850.6400.5650.4950.460利用表 4 中地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 下地乙醇和正丙醇地粘度.欢迎下载精品学习资源(1) 混合液体粘度精馏段地平均温度为：t183.51 ,该温度下欢迎下载精品学习资源乙醇地粘度为：欢迎下载精品学习资源0.41- 0.4260.41-乙醇乙醇0.415mPa S欢迎下载精品学习资源85 - 8085 - 83.51欢迎下载精品学习资源正丙醇地粘度为：0.64 - 0.6850.64 -正丙醇正丙醇0.653mPa S欢迎下载精品学习资源8

23、5 - 80精馏段混合液地粘度为：85 - 83.51欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1x1乙醇（1- x1）正丙醇0.66750.415（1 - 0.6675）0.6530.494 mPa S欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源(2) 提馏段地平均温度为：t 2乙醇地粘度为：92.41 ,该温度下欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源0.345 - 0.370.345 -乙醇乙醇0.358mPa S欢迎下载精品学习资源95 - 9095 - 92.41正丙醇地粘度为：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源0.495 - 0.5650.495 -正丙醇正丙醇0.531mPa S

24、欢迎下载精品学习资源95 - 9095 - 92.41提馏段混合液地粘度为：欢迎下载精品学习资源2x2乙醇 （1-x 2）正丙醇0.20660.358（1 - 0.2066）0.5310.495mPa S欢迎下载精品学习资源5. 相对挥发度欢迎下载精品学习资源由 xF由 xD0.413 , yF0.922 , yD0.6036 得F0.9423 得 D0.60360.4130.94230.9221- 0.60361- 0.4131- 0.94231- 0.9222.161.38欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源由xW0.00013,yW0.000256得欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学

25、习资源0.0002560.00013W1 - 0.0002561 - 0.000131.97FD2.161.38欢迎下载精品学习资源精馏段地相对挥发度：1精馏段气液平稳方程 x12y 11 y21.77y0.771.77欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源提馏段地相对挥发度：2提馏段气液平稳方程 xFW2.162y1.972y2.07欢迎下载精品学习资源221 y2.071.07 y欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源平均相对挥发度3FWD3 2.161 .381.971.80欢迎下载精品学习资源四理论板数及实际塔板数地运算1. 理论板数地确定设计条件已确定回流比R=5，并且是泡点进料

26、,q=1欢迎下载精品学习资源就， LRD528.68143.40 kmolh-1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源VR1 D5128.68172.08 kmolh-1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源LLqF143.40164.03207 .43kmolh-1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源VV172.08 kmolh-1欢迎下载精品学习资源本设计采纳图解法求解理论板数.由表 1 中乙醇和正丙醇地气液平稳数据，绘出 x-y 图，如下图： 操作线方程精馏段操作线方程为：欢迎下载精品学习资源yn 1R1xn xDR1R151xn51510.9220.833 xn0.154欢迎下

27、载精品学习资源欢迎下载精品学习资源精馏段气液平稳方程 : xmW提馏段操作线方程为：y1 11 y1.77y0.77欢迎下载精品学习资源ym 1L x - W x VV207.43xm172.08- 35.35172.080.000131.205xm- 0.0000267欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源提馏段气液平稳方程 : xy221 y2.07y1.07 y欢迎下载精品学习资源 利用逐板运算法运算理论板数 采纳逐板运算法，运用Excel 快捷、精确地运算出理论塔板数. 其Excel 表格设计原理如下：精馏段理论塔板数地运算（交替使用相平稳方程和精馏操作线方程）：相平稳操作线 相平稳

28、 操作线xD=y1x1y2x2y3xn运算到 xn xF 就第 n 块板即为进料板 .提馏段理论塔板数地运算（交替使用相平稳方程和提馏操作线方程）：相平稳操作线相平稳操作线xnynxn+1xN运算到 xN xW 就理论塔板数为 N 块.由 Excel 运算结果见表：x编号x地值y编号y地值备注x10.902215469y10.9423x20.844150444y20.905545486x30.772250282y30.85717732x40.689638204y40.797284485x50.602498702y50.728468624x60.518495095y60.655881419x70

29、.444254842y70.585906414x80.3835167190.413y80.524064284进料板x90.302848374y90.473469427x100.217263773y100.364905591x110.146251867y110.261776146x120.093654353y120.176206799x130.057881405y130.112826795x140.034940574y140.069720393x150.02077884y150.042076692x160.012241261y160.025011802x170.007167605y170.014

30、724019欢迎下载精品学习资源x180.004178144y180.008610264x190.002425585y190.005007963x200.001401194y200.00289613x210.000803463y210.001661739x220.000455039y220.000941472x230.000252059y230.000521622x240.000133851y240.000277031x256.50239E-050.00013y250.00013459塔釜欢迎下载精品学习资源由上表看出全塔理论板数为加料板为第 8 块理论板 .N T25 块（包含再沸器）欢迎下

31、载精品学习资源精 馏 段 理 论 板 数 ：NT17块 ； 提 馏 段 理 论 板 数 ：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源NT2（25 - 7）-117 块欢迎下载精品学习资源2. 实际塔板数确定欢迎下载精品学习资源精馏段： 已知：11.77 ， 10.494mPa s欢迎下载精品学习资源ET 10.491L10 .2450.491.770.4940.2450.51欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源NP精NT 1ET 170.5114 块欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源提馏段： 已知：22.07 ， 10.495mPa s欢迎下载精品学习资源ET 20.492L 2 0.

32、2450.49 2.070.49 50.2450.49欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源NP提NT 2ET 2170.4935 块欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就全塔所需地实际板数为：NPN P精NP提143549 块欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源全塔效率： ETNT100% NP25149100%48.98%欢迎下载精品学习资源实际加料板位置置在第15 块板 .五热量衡算1. 加热介质地挑选常用地加热介质有饱和水蒸汽和烟道气.由于水蒸气清洁易得，不易结 垢，不腐蚀管道地优点，本设计采纳饱和水蒸汽作为加热介质.饱和水蒸汽压力越高，冷凝温差越大，管程谁相应削减，但是压力

33、不宜过高.2. 冷却剂地挑选：常用地冷却剂式水和空气，本设计考虑用冷凝水作为冷却剂 .3. 比热容及汽化潜热地运算表 5：不同温度下乙醇和正丙醇地比热容温度60708090100乙醇 KJ/Kg 3.073.253.483.693.89正丙醇 KJ/Kg 2.8633.133.263.34表 6：不同温度下乙醇和正丙醇地汽化热温度708090100乙醇 kJ/kg810820.5840.8860.9丙醇 kJ/kg673690.5703.5745.5（ 1）塔顶温度 tD 下地比热容塔顶温度 tD=79.81 ，使用内插法求该温度下乙醇和正丙醇地比热容.乙醇地比热容：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Cp乙醇 ,80 - Cp乙醇，7080 - 703.48 - 3.2580- 70Cp乙醇 , 80 - Cp乙醇，79.81 80 - 79.813.48 - Cp乙醇，79.8180 - 79.81欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Cp乙醇，79.813.281kJ/kgK欢迎下载精品学习资源正丙醇地比热容：欢迎下载精品学习资源Cp正丙醇 ,80- Cp乙醇，703.13 - 3.00Cp正丙醇 ,80 - Cp正丙醇，79.813.13 - Cp 乙醇，79.81欢迎下载精品学习资源80 - 70