化工原理万吨乙醇水溶液连续精馏塔设计课程设计

3. 有关的工艺计算

由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。

原料液的摩尔组成：

nCH2CH2OH?xf?nCH2CH2OH?nH2O45464546?5548?0.2425

同理可求得：xD?0.7788,xW?0.002 原料液的平均摩尔质量：

Mf?xfMCH3CH2OH?(1?xf)MH2O?0.2812?46?0.7188)?18?25.87kg/kmol同理可

求得：MD?39.81kg/kmol,MW?18.1kg/kmol

30℃下，原料液中?H2O?995.7kg/m3,?CH3CH2OH?780.97kg/m3

由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表2。

表2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度 名称 xf/% xf(摩尔分数) 原料液 50 0.2812 25.87 80 馏出液 90 0.7788 39.81 78.62 釜残液 0.5 0.002 18.1 99.38 摩尔质量kg/kmol 沸点温度t/℃ 3.1 最小回流比及操作回流比的确定

由于是泡点进料，xq?xf?0.2812，过点e(0.2812,0.2812)做直线x?0.2812交平衡线于点d，由点d可读得yq?0.567，因此：

Rmin(1)?xd?yqyq?xq?0.7788?0.567?0.741

0.567?0.2812又过点a(0.779,0.779)作平衡线的切线，切点为g，读得其坐标为

xq'?0.55,yq'?0.678

Rmin(2)?xD?yq'yq'?xq'?0.7788?0.678?0.788

0.678?0.55所以，Rmin?Rmin(2)?0.788 可取操作回流比R?1(R/Rmin?1.27)

3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：

1.5?104F??93.42kmol/h

300?24?22.3由全塔的物料衡算方程可写出：

?=DXDXW=0.002 FXFV0?F?D?Wy0?0(蒸汽) D?33.39kmol/h V0y0?Fxf?DxD?WxWW?126.79kmol/h

W?L'?L?qF?RD?qFq?1(泡点) V0?66.76kmol/h

3.3 全凝器冷凝介质的消耗量

塔顶全凝器的热负荷：QC?(R?1)D(IVD?ILD) 可以查得IVD?1266kJ/kg,ILD?253.9kJ/kg，所以

QC?(1?1)?33.39?39.81(1266?253.9)?2.7?106kJ/h

取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为30℃和40℃则 平均温度下的比热cpc?4.174kJ/kg?oC，于是冷凝水用量可求：

QC2.7?106WC???64686.2kg/h

cpc(t2?t1)4.174?(40?30)3.4理论塔板层数的确定 精馏段操作线方程：

yn?1?xRxn?D?0.5xn?0.389 R?1R?1提馏段操作线方程：

yn?1?WWxm?xw?1.9xm?0.0038 V0V0q线方程：x?0.2812

表1 乙醇~水溶液体系的平衡数据

液相中乙醇的含量(摩尔分数) 汽相中乙醇的含量(摩尔分数) 液相中乙醇的含量(摩尔分数) 汽相中乙醇的含量(摩尔分数) 0.0 0.004 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.14 0.18 0.20 0.25 0.30 0.35

0.0 0.053 0.11 0.175 0.273 0.34 0.392 0.43 0.482 0.513 0.525 0.551 0.575 0.595 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.894 0.90 0.95 1.0 0.614 0.635 0.657 0.678 0.698 0.725 0.755 0.785 0.82 0.855 0.894 0.898 0.942 1.0

在y~x相图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出

NT?17块(含塔釜)

其中，精馏段13块，提馏段4块。 3.5全塔效率的估算

用奥康奈尔法(O'conenell)对全塔效率进行估算： 由相平衡方程式y??xy(x?1)可得??

1?(??1)xx(y?1)根据乙醇~水体系的相平衡数据可以查得：

y1?xD?0.7788x1?0.741(塔顶第一块板) yf?0.567xf?0.2812(加料板)

xw?0.002yw?0.026(塔釜)

因此可以求得：

?1?1.231,?f?3.35,?w?13.32 全塔的相对平均挥发度：

?m?3?1??f??w?31.231?3.35?13.32?3.8 全塔的平均温度：

tm?tD?tf?tW3?78.62?80?99.38?86oC

3在温度tm下查得?H2O?0.335mPa?s,?CH3CH2OH?0.395mPa?s 因为?L??xi?Li

所以，?Lf?0.2812?0.395?(1?0.2812)?0.335?0.352mPa?s 全塔液体的平均粘度：

?Lm?(?Lf??LD??LW)/3?(0.335?0.382?0.352)/3?0.356mPa?s 全塔效率ET?0.49(??L)?0.245?0.49?1?45.5% 0.245(3.8?0.356)