精馏塔设计乙醇-水

HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy课课程程设设计计说说明明书书（（论论文文））课程名称：化工分离装置设计设计题目：精馏塔的设计院系：化工与化学学院化学工艺系班级：设计者：学号：指导教师：张秋明设计时间：2017.6.12-2017.6.18哈尔滨工业大学教务处哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：化工与化学学院化学工艺系专业：化学工程与工艺班号：任务起至日期：2017年6月12日至2017年6月18日课程设计题目：精馏塔的设计已知技术参数和设计要求：1.设计一种精馏塔，满足一下要求。（1）原料：乙醇~水溶液，年产量48000吨乙醇含量：35%(质量分数)，原料液温度：自选设计要求：塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数)塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数)（2）结构合理，尽可能循环利用能源。（3）初步的观察和分析位置。（4）鼓励新想法和创新精神。鼓励使用AutoCAD等计算机辅助工具绘图。2.设计和选择辅助设备以及检测仪器仪表。根据确定品种、结构类型和生产能力，确定设备选型和规格，确定设备布置。工作量：（1）写出详细的精馏塔设计与计算过程，对于精馏塔设计中引用的数据应说明来源和选用依据。（2）画出精馏塔整体工作流程图，辅助设备仪器要选型；（3）分析测试仪表和仪器要标明位置和作用。（4）节能降耗以及提高效率的新方法。工作计划安排：6.12～6.13熟悉设计任务，相关查阅资料，对计算过程进行估算，初步确定部件尺寸6.14～6.15初步设计，绘制精馏工作草图6.16～6.18检查修改后，正式写出详细计算过程，绘制精馏塔详细设备和工作图。6.31验收答辩同组设计者及分工：对此题目，每个人独立设计、制图。指导教师签字：张秋明2017年6月12日教研室主任意见：同意教研室主任签字：2017年6月13日*注：此任务书由课程设计指导教师哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）1．全塔物料衡算1)乙醇摩尔分数计算查阅得M乙醇=46.07，M水=18.02①进料摩尔分数%4.1702.18%6507.46%3507.46%35FX②塔顶摩尔分数%5.8302.18%1007.46%9007.46%90DX③塔底摩尔分数%196.002.18%5.9907.46%5.007.46%5.0WX2)物料衡算①年产量48000吨，按年工作日300天处理hkmolqqmolkgMMFnFnFF/12.291108.43002490.22/90.2202.1865.007.4635.01.7.得②物料衡算hkmolqhkmolqXqXqXqqqqWnDnWWnDDnFFnWnDnFn/00.231/12.60:........解得2．回流比的确定泡点进料，用Origin作图，由于水-乙醇平衡线较特殊，故通过点（XD,XD）作平衡线的切线得精馏段操作线，再连接q线与操作线交点与点（XW,XW）得提馏段操作线。利用精馏段操作线斜率k求Rmin哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）0.00.51.00.00.51.0A0.00.51.00.00.20.40.60.81.0130.2R4.14.1R0.2~1.1521.1R,1RR6034.0minminminminminRRkk节省费用的原则取本着使回流比尽量小以得由图可得：3．理论塔板数的确定由图解法得：精馏段理论塔板数为20.48提馏段理论塔板数为3.524．精馏段提馏段气液相的确定1)精馏段hkmolqRqhkmolRqqDnVnDnLn/176.188130.2112.601/056.128130.212.60,,,,2)提馏段hkmolqqqqhkmolqqqqFnVnVnFnLnLn/176.1881/176.419,,',,,',哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）5．精馏段提馏段操作线方程1)精馏段267.0681.011minminminxRXxRRyD2)提馏段310406.2228.2%196.0231176.419231231176.419176.419xxy6．精馏段提馏段气液相的物理性质1)温度由图可得：XD=0.835时tD=78.3oCXF=0.174时tF=83.7oCXW=0.00196时tW=99.5oCCCoo6.9125.997.83t馏段平均温度0.8123.787.83t精馏馏段平均温21提2)密度查《化工原理（天大版）》得混合液体密度BBAALaa1混合气体密度022.4VTMT哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）①精馏段850.3402.18600.01600.007.46539.2802.18375.01375.007.46600.00.81:375.00.81:111111VLOOMMyCtxCt时气相组成时液相组成由图查得：②提馏段435.2602.18300.01300.007.46001.1902.18035.01035.007.46300.06.91t:035.06.91t:221222VLooMMyCxC时气相组成时液相组成由图查得：由《物理化学》及网上资料查得不同温度下水和乙醇的密度温度/℃乙醇密/kg/m3水密度/kg/m3温度/℃乙醇密度/kg/m3水密度/kg/m380735971.895720961.8585730968.6100716958.495724965.3精馏段：t1=81.0oC由内插法求得311311/2.971-6.9680.81-858.971-6.96880-85/0.734-7300.81-85735-73080-85mkgmkg水水乙醇乙醇得得605.0539.2807.46375.0Aa31311/200.10.8115.2734.2215.27385.34/4.8122.971605.0-1734605.01mkgmkgVLL气相密度得液相密度哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）提馏段：t2=91.6oC322322/20.964465.39-90-6.913.965-85.96190-95/72.722724-90-6.91724-72090-95mkgmkg水水乙醇乙醇得得085.0001.1907.46035.0Aa32322/884.06.9115.2734.2215.27343.26/57.93720.964085.0-172.722085.01mkgmkgVLL气相密度得液相密度3)黏度查《物理化学》得乙醇黏度-温度关系温度/℃8090100黏度/mPa·s0.4950.4060.361水黏度-温度关系温度/℃80818290919293黏度/mPa·s0.35650.35210.34780.3165.031300.30950.3060哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）smPasmPasmPasmPasmPasmPaLL3140.0035.0-11093.0035.09883.0x-1x9013.03130.0-916.913130.03095.091-929883.0406.0-906.91406.0361.0901002.4024.07530.-13521.0753.04861.0x-1x5213.08614.0495.0-8081495.0406.08090.122221222211111111）（）（所以提馏段黏度由图得：解得：内插法提馏段）（）（所以精馏段黏度由图得：解得：内插法精馏段：水乙醇水水乙醇乙醇水乙醇水乙醇乙醇4)表面张力0111444SWSO1SWSOABQ其中：logqswsoAlogqwoB2233000.441wwqQVqVT00VxVxVx00000VxVxVxww下标w、o、S分别指水、有机物及表面部分;0wxx、指主体部分的分子分率；oVwV、哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）指主体部分的摩尔体积；w0、为纯水及有机物表面的张力。对于乙醇，q为2。查《物理化学》得表格：温度/℃708090100乙醇表面张力/10-2N/m1817.1516.215.2水表面张力/10-2N/m64.362.660.758.8精馏段：molcmmVmolcmmVooo/77.620.734100007.463111t1=81.0oC由内插法求得055.1780-0.8115.17-809015.172.1611oo得：41.6280-0.816.62-80906.627.6011ww得：162.077.62375.055.18375.0177.62375.055.18375.01)()1()(222121oowwooxooowwoowwowVxVxVxVxVxVxVxVx790.0-)162.0log(log21owB哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）752.055.1841.62-277.62055.170.8115.2732441.0-441.0323232321wwooVqVTqQ542.1752.0790.0111QBA联立log1qswsoSWSOA得844.0156.011sosw527.21154.2055.17844.041.62156.01414141114111411mosowswm提馏段：molcmmVmolcmmVooo/75.6372.722100007.463222t2=91.6oC由内插法求得04.1690-91.62.16-901002.162.1522oo得：40.6090-1.6970.6-90-1007.60-8.5822ww得：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）193.775.63035.069.18035.0175.63035.069.18035.01)()1()(222222oowwooxooowwoowwowVxVxVxVxVxVxVxVx857.0)193.7log(log22owB719.069.1840.60-275.6304.166.9115.2732441.0-441.0323232321wwooVqVTqQ156.0719.0857.0111QBA联立log1qswsoSWSOA得321.0679.022sosw296.41535.204.16321.04.60679.02414141224122412mosowswm5)相对挥发度哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）816.11035.0700.0300.0965.0700.01965.01300.0,035.0.250.2375.0400.0600.0625.04