乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计 化工原理课程设计.doc
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1设计内容及任务
设计内容
乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计
设计任务
处理能力：3.6万吨/年，每年按300天计算，每天24小时连续运转。
原料乙醇-水溶液：7.4%组成（乙醇的质量分数）
产品要求：塔顶产品组成（质量分数）：≥38.2%
塔底的产品组成（质量分数）：≤0.1%
塔型选择
根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为265.3kmol/h,由于产品黏度较小，流量增大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选择浮阀塔。
操作条件
操作压力：塔顶压强为常压101.3kPa
单板压降： 0.7KPa
进料状况：30°C冷夜进料
回流比：自选
加热方式：间接蒸汽加热
冷却水进口温度：30°C
塔的工艺计算
1工艺过程
物料衡算工艺过程
1.1物料衡算
=7.4% =38.2% F=265.3kmol/h
=0.0303
塔底产品流量：
1.1
表1 物料衡算数据记录
F 265.3kmol/h 0.0303 D 36.66kmol/h 0.1948 W 228..64kmol/h 0.00039 由图(在《化工原理》（第三版，王志魁）页)查出组成的乙醇-水溶液泡点为95.7°C，在平均温度为（95.7+30）/2=61.35下，由《化工原理》（第三版，王志魁）附录查得乙醇与水的有关物性为：（数值为在范围内的一个估值）
乙醇的摩尔热容：
乙醇的摩尔汽化潜热：
水的摩尔热容：
水的摩尔汽化潜热：
比较水与乙醇的摩尔汽化潜热可知，系统满足衡摩尔流的假定。加料液的平均摩尔热容：
加料液的平均汽化热：r=
1.2最小回流比及操作回流比的确定
由于产品纯度不高，故可采取塔顶进料，无回流，只有提留段操作，从而达到节约成本的目的。
1.3理论及实际塔板数的确定
（1）由相平衡方程式，可得
根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：
因此可以求得：
平均相对挥发度的求取：
用逐板法计算理论板数
相平衡方程
包括塔釜共四块
(2)根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：
塔顶： ，°C
塔釜： , °C
塔顶和塔釜的算术平均温度：t=91.5°C
由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，王志魁）书中附表12查得：
在91.5°C下， ，
根据公式 得
由奥康奈尔关联式：
C 求解实际塔板数 取N=8
1.4塔的结构设计
1.4.1塔径的计算
查得有关乙醇与水的安托因方程：
乙醇：
得:
水：
得：
将代入 进行试差，求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度：
塔顶：， 试差得
塔釜压力：
塔釜：， 试差得
求得塔内的平均压力及温度：
平均摩尔质量的计算：
塔顶：
塔釜：
平均摩尔质量：
表2 平均摩尔质量的计算
塔顶 平均摩尔质量
塔釜
平均密度的计算：
汽相平均密度计算：
汽相平均密度：
液相平均密度计算：
塔顶：，
塔釜：，，
得：
液相平均密度：
表3 液相平均密度的计算
塔顶
塔釜 0.03119 精馏段液相平均密度
液体平均表面张力计算
液体平均表面张力按下式计算：
塔顶：，由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，王志魁）附录二十
，
塔釜：，查附录：，
液体表面平均张力：
表4 液体平均表面张力计算
塔顶
塔釜
液体表面平均张力
液体平均黏度计算：
液体平均黏度按下式计算：
塔顶：，查由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，王志魁）附录十二，
得：
塔釜：，查附录：，
得：
液体平均黏度：
表5 液体平均黏度计算
塔顶
塔釜 液体平均黏度
气液相体积流率计算：
汽相体积流率：
液相体积流率：
表6 气液相体积流率计算
塔径的确定
塔径的确定，需求=，C由下式计算：
由Smith图查取。
取板间距，板上液层高度，则
精馏段塔径的确定：图的横坐标为
查smith图，
smith图
得
0.062
==2.29m/s
取安全系数为0.75，则空塔气速为：
则塔径
按标准塔径圆整后，(故采取整块式塔板结构)
塔截面积：
实际空塔气速为：
1.4.2塔的有效高度的计算
有效高度：
塔顶间距：H1=(1.5~2.0)HT,取H1=2×0.35=0.7m
塔底空间高度：H2=1.5m
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