精品分离乙醇正丙醇混合液的精馏塔设计毕业论文.docx
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精品分离乙醇正丙醇混合液的精馏塔设计毕业论文
一设计任务书2
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3
1.原料液及塔顶、塔釜产品的摩尔分数3
2.物料衡算4
(三)物性参数的计算4
1.操作温度的确定5
2.密度的计算5
3.混合液体表面张力的计算11
4.混合物的粘度12
5.相对挥发度14
(四)理论板数及实际塔板数的计算15
1.理论板数的确定15
2.实际塔板数确定18
(五)热量衡算19
1.加热介质的选择19
2.冷却剂的选择:
19
3.比热容及汽化潜热的计算19
(六)塔径的初步设计25
1.汽液相体积流量的计算25
2.塔径的计算与选择26
(七)溢流装置29
1.堰长29
2.弓形降液管的宽度和横截面积30
3.降液管底隙高度31
4.塔板分布31
5.浮阀数目与排列32
(八)汽相通过浮阀塔板的压降35
1.精馏段35
2.提馏段36
(九)淹塔37
1.精馏段37
2.提馏段38
(十)雾沫夹带38
(十一)塔板负荷性能图40
1.雾沫夹带线40
2.液泛线41
3.液相负荷上限线43
4.漏液线43
5.液相负荷下限线44
三、塔总体高度计算47
1.塔顶封头47
2.塔顶空间47
3.塔底空间48
5.进料板处板间距48
6.裙座48
四、塔的接管50
1.进料管50
2.回流管50
3.塔底出料管51
4.塔顶蒸汽出料管51
5.塔底蒸汽管51
五、塔的附属设备设计52
1.冷凝器的选择52
2.再沸器的选择53
6、参考文献...................................................................................................54
7、设计评述...................................................................................................55
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35%(质量分数,下同),其余为正丙醇
分离要求:
塔顶乙醇含量90%;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】
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:
塔顶产品的摩尔分数:
塔釜残夜乙醇的摩尔分数:
2.物料衡算
原料处理量:
物料衡算:
乙醇的物料衡算:
②
两式联立得:
(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)
t
97.60
93.85
92.66
91.60
88.32
86.25
84.98
84.13
83.06
80.50
78.38
x
0
0.126
0.188
0.210
0.358
0.461
0.546
0.600
0.663
0.884
1.0
y
0
0.240
0.318
0.349
0.550
0.650
0.711
0.760
0.799
0.914
1.0
表1的平衡数据摘自:
J.Gmebling,U.onkenVapor-liquidEquilibriumDataCollection-OrganicHydroxyCompounds:
Alcohols(p.336)。
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:
塔顶温度:
塔釜温度:
精馏段平均温度:
提馏段平均温度:
2.密度的计算
利用式:
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=79.81℃
气相组成yD:
进料:
进料温度:
tF=87.21℃
气相组成yF:
塔釜:
塔釜温度:
tW=97.60℃
气相组成yW:
(2)精馏段平均液相组成
:
精馏段平均汽相组成
:
精馏段液相平均相对分子量:
精馏汽相平均相对分子量:
(3)提馏段平均液相组成
提馏段平均汽相组成:
提馏段液相平均相对分子量:
提馏汽相平均相对分子量:
(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/℃
70
75
80
85
90
95
100
乙醇
748.87
739.87
735.87
731.87
728.87
723.87
715.87
正丙醇
762.56
755.86
750.86
745.87
740.87
735.87
730.87
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=87.21℃
②塔顶温度tD:
tD=79.81℃
③塔釜温度tW:
tW=97.60℃
(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:
提馏段液相平均密度:
(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:
进料液的平均摩尔质量:
塔底釜残液的平均摩尔质量:
所以,精馏段混合液的平均摩尔质量:
提馏段混合液的平均摩尔质量:
(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:
进料液汽相平均密度:
塔底釜残液汽相平均密度:
所以,
精馏段汽相平均密度:
提馏段汽相平均密度:
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/℃
70
75
80
85
90
95
100
乙醇
18.2
17.9
17.4
17.0
16.4
16.1
15.7
正丙醇
19.8
19.5
18.9
18.5
18.1
17.6
17.2
利用表3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表面张力。
①进料温度tF:
tF=87.21℃
②塔顶温度tD:
tD=79.81℃
③塔釜温度tW:
tW=97.60℃
(2)提馏段和精馏段的平均表面张力
精馏段平均表面张力:
提馏段平均表面张力:
4.混合物的粘度
表4:
不同温度下乙醇和丙醇的粘度
温度
70
75
80
85
90
95
100
乙醇
0.51
0.480
0.426
0.410
0.370
0.345
0.325
正丙醇
0.85
0.750
0.685
0.640
0.565
0.495
0.460
利用表4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粘度。
(1)混合液体粘度
精馏段的平均温度为:
该温度下
乙醇的粘度为:
正丙醇的粘度为:
精馏段混合液的粘度为:
(2)提馏段的平均温度为:
该温度下
乙醇的粘度为:
正丙醇的粘度为:
提馏段混合液的粘度为:
5.相对挥发度
由,得
由,得
由,得
精馏段的相对挥发度:
精馏段气液平衡方程:
提馏段的相对挥发度:
提馏段气液平衡方程:
平均相对挥发度
(四)理论板数及实际塔板数的计算
1.理论板数的确定
设计条件已确定回流比R=5,并且是泡点进料,q=1
则,
本设计采用图解法求解理论板数。
由表1中乙醇和正丙醇的气液平衡数据,绘出x-y图,如下图:
1操作线方程
精馏段操作线方程为:
精馏段气液平衡方程:
提馏段操作线方程为:
提馏段气液平衡方程:
2利用逐板计算法计算理论板数
3采用逐板计算法,运用Excel快捷、准确地计算出理论塔板数。
其Excel表格设计原理如下:
精馏段理论塔板数的计算(交替使用相平衡方程和精馏操作线方程):
相平衡操作线相平衡操作线
xD=y1x1y2x2y3…xn
计算到xn 提馏段理论塔板数的计算(交替使用相平衡方程和提馏操作线方程): 相平衡操作线相平衡操作线 xnynxn+1…xN 计算到xN 由Excel计算结果见表: x编号 x的值 y编号 y的值 备注 x1 y1 0.9423 x2 y2 x3 y3 x4 y4 x5 y5 x6 y6 x7 y7 x8 y8 进料板 x9 y9 x10 y10 x11 y11 x12 y12 x13 y13 x14 y14 x15 y15 x16 y16 x17 y17 x18 y18 x19 y19 x20 y20 x21 y21 x22 y22 x23 y23 x24 y24 x25 6.50239E-05<0.00013 y25 塔釜 由上表看出全塔理论板数为块(包含再沸器) 加料板为第8块理论板。 精馏段理论板数: 块;提馏段理论板数: 块 2.实际塔板数确定 精馏段: 已知: , 块 提馏段: 已知: , 块 则全塔所需的实际板数为: 块 全塔效率: 实际加料板的位置在第15块板。 (五)热量衡算 1.加热介质的选择 常用的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,不腐蚀管道的优点,本设计采用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,管程谁相应减少,但是压力不宜过高。 2.冷却剂的选择: 常用的冷却剂式水和空气,本设计考虑用冷凝水作为冷却剂。 3.比热容及汽化潜热的计算 表5: 不同温度下乙醇和正丙醇的比热容 温度℃ 60 70 80 90 100 乙醇KJ/(Kg℃) 3.07 3.25 3.48 3.69 3.89 正丙醇KJ/(Kg℃) 2.86 3 3.13 3.26
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- 精品 分离 乙醇 丙醇 混合液 精馏塔 设计 毕业论文