内容发布更新时间 : 2024/12/24 0:16:35星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
1 概述和设计方案简介
本设计任务为分离乙醇和水的混合物。对二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上身蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。该物系属不易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
2 工艺计算
2.1 的确定
乙醇-水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线和q线的交点尚未落在平衡线之前，操作线已和平衡线相切，如图1所示。为此恒浓区出现在切点附近。此时 可有点（ , ）向平衡线做切线的斜率求得。
图 1最小回流比下操作线
由图1可见，该切线的斜率为
求得 =2.2337。所以，R=1.6 =3.574。
由于物料采用泡点进料，q=1，则
= = =(R+1) =4.574 = +
2.2 物料衡算
原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下：乙醇的摩尔质量 =46kg/kmol，水
的摩尔质量 =18kg/kmol，则
=(0.25/46)/(0.25/46+0.75/18)=0.1154 =
= =74.273kmol/h 由设计要求乙醇回收率为99%，故 99%=
得
又 = (R+1) =4.574×74.273=339.724kmol/h 由全塔物料衡算
+
故 = kmol/h × + × = × 得 =
2.3塔板数的确定
2.3.1负荷
=R =3.574×74.27=265.44 kmol/h = + =265.44+558.97=824.41 kmol/h = =339.72 kmol/h 2.3.2回收率
由设计要求，塔顶乙醇的回收率为99%，塔底水的回收率为 H=( (1- )- )/( (1- )) 2.3.3操作线方程
精馏段操作线: Y= 即
y= 提馏段操作线：
Y =
98.03%
=2.4268 -0.0019
2.3.4 用图解法求理论板数（见附图）
总理论板数 =25（不包括再沸器） 进料板位置 =22 精馏段理论板数 精 =21 提馏段理论板数 提 =4
2.3.5 实际板层数的初步求取 设 =54%，则
精馏段实际板数 精 =21/54%=39 提馏段实际板数 提 =4/54%=7 = 精+ 提=46 2.3.6 塔板总效率估算 2.3.6.1 操作压力计算
塔顶操作压力 =101.325 kPa 每层塔板压降△P=0.7 kPa
塔底操作压力 = +△P×46=133.525 kPa 2.3.6.2 操作温度的计算
乙醇和水的饱和蒸汽压均用安妥因方程计算，并通过试差法计算。 乙醇的安托因方程为： ㏒P=
(P/kPa,t/℃)，其中 ， ， 。
水的安托因方程为：
㏑P=A- (P/kPa,t/℃), 其中 ， ， 。 试差过程见表1和表2。
表 1试差计算塔顶的操作温度
P(水)*/kPa 47.32946402
47.71330866 48.09976518 48.48884763 47.52106073 47.48268935 47.46351342
P(乙醇)*/kPa 109.8548209 110.718045 111.586932 112.461511 110.2857269 110.1994328 110.156307
P（总） 101.0887659 101.884781 102.6860312 103.4925436 101.4861207 101.4065454 101.3667773
P（总）-PD -0.236234145 0.559780962 1.361031221 2.167543621 0.161120697 0.081545403 0.041777328
表 2 试差计算塔底的操作温度
由试差得到 =80.07℃, =107.95℃,平均温度 =( + )/2=94.01℃。
试差次数 温度/℃ P（水）*/kPa P(乙醇)*/kPa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
100 110 101 102 103 104 105 106 107 108 109 107.8 107.9 107.95
142.9441785 104.7852993 108.5542608 112.4349009 116.4297564 120.5414014 124.7724472 129.1255426 133.6033739 138.2086653 132.6976986 133.1499003 133.376478
229.320713 320.7860058 237.3641309 245.6388797 254.1500144 262.9026593 271.9020085 281.1533257 290.661945 300.4332703 310.4727757 298.457727 299.4441605 299.9383805
P（总） 0.181163363 143.0846736 104.8900366 108.6625576 112.5468558 116.54547 120.6609763 124.8959881 129.2531563 133.7351695 138.3447539 132.828649 133.2812728 133.5080619
P（总）-Pw -133.3438366 9.559673563 -28.63496343 -24.86244239 -20.97814418 -16.97952997 -12.86402368 -8.629011878 -4.271843652 0.210169532 4.819753916 -0.696351017 -0.243727212 -0.016938129
2.3.6.3 黏度的计算
=94.01℃时， 水=0.294mPa·S, 乙醇 mPa·S。 mPa·S 2.3.6.4 相对挥发度的计算
=
平均相对挥发度 2.3.6.5 塔板总效率的计算
=0.42%﹤1%，故假设成立，取 。
2.3.7 实际塔板层数的确定 精 =21/ =39 精 =4/0.5348=7
总实际板数 = 精+ 精=46
3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
3.1 操作压力
塔顶操作压力 =101.325 kPa 每层塔板压降△P=0.7 kPa
进料板压降 = +△P×39=128.625 kPa
精馏段平均压降 =（101.325+128.625）/2=114.95 kPa
3.2 操作温度
仍利用安托因方程进行试差， =80.07℃（见表3）。
表 3试差法计算进料板处操作温度
试差次
数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
温度/℃ 70 80 90 100 110 101 102 103 104 105 106 107 108 109 102.7 102.8 102.9 102.95 102.97
P(水)*/kPa 31.17203408 47.32946402 70.00881077 101.1255168 142.9441785 104.7852993 108.5542608 112.4349009 116.4297564 120.5414014 124.7724472 129.1255426 133.6033739 138.2086653 111.2588324 111.6497173 112.0417393 112.2381775 112.3168326
P(乙醇)*/kPa 73.30005225 109.8548209 160.547053 229.320713 320.7860058 237.3641309 245.6388797 254.1500144 262.9026593 271.9020085 281.1533257 290.661945 300.4332703 310.4727757 251.57155 252.4286317 253.2881181 253.7187647 253.8911922
P（总） 36.03360738 54.5448902 80.45692391 115.9192424 163.4671254 120.0848965 124.3738258 128.788825 133.3327294 138.0084155 142.8188006 147.7668434 152.855544 158.0879436 127.45092 127.895604 128.3415714 128.5650373 128.6545137
P（总）-PF -92.59139262 -74.0801098 -48.16807609 -12.70575757 34.84212539 -8.540103542 -4.251174213 0.163824983 4.707729435 9.383415494 14.19380061 19.14184343 24.23054396 29.46294362 -1.174080027 -0.729395955 -0.283428569 -0.059962742 0.0295137
得 =102.97℃，精馏段平均温度 =（80.07+102.97）/2=91.54℃。
3.3 平均摩尔质量
3.3.1 塔顶计算
= =0.8598,查相平衡图得 =0.8518
=0.8518×46+(1-0.8518)×18=41.850 kg/kmol =0.8598×46+(1-0.8598)×18=42.074 kg/kmol 3.3.2 进料板摩尔质量
由图 =0.2820，查平衡线得 =0.0359
=0.0359×46+（1-0.0359）×18=19.005 kg/kmol