课程设计：乙醇正丙醇混合液的精馏塔设计

成绩华北科技学院化工原理课程设计说明书设计题目：分离乙醇-正丙醇混合液的精馏塔设计姓名：熊先清专业：化学工程与工艺班级：化工B091学号：200901034112指导教师：高丽花李辰明设计时间：2012年6月10日至2012年6月22日完成时间：2012年6月22日评语：目录目录1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。一设计任务书3二塔板的工艺设计3（一）设计方案的确定3（二）精馏塔的物料衡算31.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数32.物料衡算4(三)物性参数的计算41.操作温度的确定42.密度的计算53.混合液体表面张力的计算94.混合物的粘度105.相对挥发度11(四)理论板数及实际塔板数的计算121.理论板数的确定122.实际塔板数确定13(五)热量衡算141.加热介质的选择142.冷却剂的选择143.比热容及汽化潜热的计算144.热量衡算17(六)塔径的初步设计191.汽液相体积流量的计算192.塔径的计算与选择20(七)溢流装置221.堰长lW222.弓形降液管的宽度和横截面积223.降液管底隙高度23(八)塔板分布、浮阀数目与排列241.塔板分布242.浮阀数目与排列24二、塔板的流体力学计算26（一）汽相通过浮阀塔板的压降261.精馏段262.提馏段27（二）淹塔271.精馏段282.提馏段28（三）雾沫夹带29（四）塔板负荷性能图301.雾沫夹带线302.液泛线313.液相负荷上限线324.漏液线325.液相负荷下限线32三、塔总体高度计算351.塔顶封头352.塔顶空间353.塔底空间354．人孔365.进料板处板间距366.裙座36四、塔的接管371.进料管372.回流管373.塔底出料管374.塔顶蒸汽出料管385.塔底蒸汽管38五、塔的附属设备设计381.冷凝器的选择382.再沸器的选择39六、总结40七．参考文献40一设计任务书【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40%（质量分数，下同），其余为正丙醇分离要求：塔顶乙醇含量93%；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】二塔板的工艺设计（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MA=46kg/kmol丙醇的摩尔质量MB=60kg/kmol原料乙醇的摩尔分数：654.060/6046/4046/40Fx塔顶产品的摩尔分数：945.060/746/9346/93Dx塔釜残夜乙醇的摩尔分数：00013.06099.99/46/01.046/01.0Wx2.物料衡算原料处理量：1-392.647200)60/6.046/4.0(1025000hkmolF物料衡算：WDF①乙醇的物料衡算：WDFWxDxFx②两式联立得：1--1h32.96kmolWh31.96kmol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）t97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38x00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841.0y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141.0表1的平衡数据摘自：J.Gmebling,U.onkenVapor-liquidEquilibriumDataCollection-OrganicHydroxyCompounds:Alcohols(p.336)。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。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tF、塔顶温度tD塔釜温度tW进料温度：℃.17860.358-0.46588.32-0.358-0.46132.88-25.86FFtt塔顶温度：℃40.790.884-0.94580.5-0.884-180.5-78.4DDtt塔釜温度：℃596.970-0.0001397.60-0-0.12697.60-93.85WWtt精馏段平均温度：℃79.82240.7917.8621DFttt提馏段平均温度：℃89.91260.9717.8622WFttt2.密度的计算利用式：)(4.22)(a100VB为平均相对分子量、为质量分数MTpMpTaaBAAL，计算混合液体的密度和混合气体的密度。(1)塔顶：塔顶温度：tD=79.40℃气相组成yD:0959.0140.78-40.791-0.91478.40-50.80DDyy进料：进料温度：tF=86.17℃气相组成yF:6539.065.086.25-86.170.65-0.5586.25-32.88FFyy塔釜：塔釜温度：tW=97.60℃气相组成yW:0.00025624.093.85-97.5960.24-093.85-60.97wWyy(2)精馏段平均液相组成1x:0705.02546.0945.021FDxxx精馏段平均汽相组成1y:6580.025396.0959.021FDyyy精馏段液相平均相对分子量1LM:-11kmol50.13kg0.705)-(160705.046LM精馏汽相平均相对分子量1VM:-11kmol48.71kg0.8065)-(1600.806546VM(3)提馏段平均液相组成2x：2623.0213000.0465.022WFxxx提馏段平均汽相组成2y：7132.020.0002566539.022WFyyy提馏段液相平均相对分子量2LM:-12kmol56.74kg0.2326)-(1600.232646LM提馏汽相平均相对分子量2VM:-12kmol2kg4.550.3271)-(1600.327146VM(4)进料、塔顶及塔釜混合液的密度表2：不同温度下乙醇和正丙醇的密度温度/℃707580859095100乙醇3-mkg748.87739.87735.87731.87728.87723.87715.87正丙醇3-mkg762.56755.86750.86745.87740.87735.87730.87利用表2中的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下的乙醇和正丙醇的密度。①进料温度tF：tF=86.17℃)(17.731-87.72817.86-9087.731-87.72885-903-进料中乙醇的密度乙醇乙醇mkg)(744.74-740.8717.86-90745.87-740.8785-903-进料中正丙醇的密度正丙醇正丙醇mkg)(25.73974.7444.0-117.7314.013-B料液的密度mkgaaFBAAF②塔顶温度tD：tD=79.40℃)(736.35-87.73579.40-80739.87-735.8775-803-馏出液中乙醇的密度乙醇乙醇mkg)(751.46-750.864.79-80755.86-750.8675-803-馏出液中正丙醇的密度正丙醇正丙醇mkg)(737.39751.4693.0-1736.3593.013-B馏出液的密度mkgaaDBAAD③塔釜温度tW：tW=97.60℃)(719.71-715.8760.97-100723.87-715.8795-1003-釜残液中乙醇的密度乙醇乙醇mkg)(733.27-730.8797.60-100735.87-730.8795-1003-釜残液中正丙醇的密度正丙醇正丙醇mkg)(733.27733.270001.0-171.7190001.013-B釜残液的密度mkgaaWBAAW(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：3-132.738239.73725.7392mkgDFL提馏段液相平均密度：3-2736.262733.2725.7392mkgwFL(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：-1kmol46.77kg600.945)-(146945.060)-(146DDLDxxM进料液的平均摩尔质量：-1kmol49kg.53600.465)-(146654.060)-(146FFLFxxM塔底釜残液的平均摩尔质量：-1kmol60.00kg600.00013)-(14600013.060)-(146WWLWxxM所以，精馏段混合液的平均摩尔质量：1-113.50249.5377.462kmolkgMMMLFLDL提馏段混合液的平均摩尔质量：1-256.75260.0049.532kmolkgMMMLWLFL(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：30066.11)40.7915.273(4.2203.115.273]60)959.01(959.046[4.22])1([mkgTPPTMyyMDDVD正丙醇乙醇进料液汽相平均密度：300.7811)17.8615.273(4.2203.115.273]60)6539.01(6539.046[4.22])1([mkgTPPTMyyMFFVF正丙醇乙醇塔底釜残液汽相平均密度：30003.21)60.9715.273(4.2203.115.273]60)000256.01(000256.046[4.22])1([mkgPTPTMyyM正丙醇乙醇所以，精馏段汽相平均密度：3-172.1278.166.12mkgVFVDV提馏段汽相平均密度：3-291.1278.12.032mkgVFVwV3.混合液体表面张力的计算表3：不同温度下乙醇和正丙醇的表面张力温度/℃707580859095100乙醇1-mmN18.217.917.417.016.416.115.7正丙醇1-mmN19.819.518.918.518.117.617.2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下的乙醇和正丙醇的表面张力。液相平均表面张力按下式计算：iiLMx(1)混合液体表面张力①原料液的表面张力乙醇的表面张力：1-86.16-4.1617.86-9017-4.1685-90mmNFF乙醇乙醇正丙醇的表面张力：1-18.41-18.117.86-905.18-1.1885-90mmNFF正丙醇正丙醇醇原料液的表面张力-1m17.69mN18.410.465)-(186.16465.0)-(1FFFFiiLFMxxx正丙醇乙醇②塔顶液的表面张力乙醇的表面张力：1-17.46-4.1740.79-8017.9-4.1775-80mmNDD乙醇乙醇丙醇的表面张力：1-18.97-18.979.40-8059.1-.91875-80mmNDD正丙醇正丙醇塔顶液的表面张力-1m17.54mN18.970.945)-(117.46945.0)-(1DDDDiiLDMxxx正丙醇乙醇③釜残液