化工原理乙醇水精馏塔课程设计

导读:本设计精馏过程采用蒸汽间接加热,由设计任务可得:,本设计精馏过程采用蒸汽间接加热,在塔底设再沸器。在塔顶设冷凝冷却器,将塔顶蒸汽完全冷凝后一部分泡点回流入塔。冷凝器安装在塔的顶部,通过回流比控制器分流后回流液直接流入塔内,馏出产品经再次冷却进入产品储罐。具体流程参见流程示意图(图2-1)。2.1.2.2工艺计算为简化计算,取自塔顶数第一层板作为计算的灵敏板。(以下同)图2-1苯-甲苯体系精馏流

化工原理乙醇水精馏塔课程设计

本设计精馏过程采用蒸汽间接加热,在塔底设再沸器。在塔顶设冷凝冷却器,将塔顶蒸汽完全冷凝后一部分泡点回流入塔。冷凝器安装在塔的顶部,通过回流比控制器分流后回流液直接流入塔内,馏出产品经再次冷却进入产品储罐。具体流程参见流程示意图(图2-1)。

2.1.2.2 工艺计算

为简化计算,取自塔顶数第一层板作为计算的灵敏板。(以下同)

图2-1 苯-甲苯体系精馏流程示意图

⑴ 物料衡算

已知苯的千摩尔质量为78.11kg,甲苯的千摩尔质量为92.1kg,由设计任务可得:

同理可得

原料平均千摩尔质量:

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图2-2 物料衡算示意图

原料进料量(考虑工厂的实际情况,对苯-甲苯体系,腐蚀性较小,可按每年有效工作日330天,每天24小时计算):

由物料衡算公式

代入已知条件可得:

解出

⑵ 物料衡算汇总表

表2-1 物料衡算汇总表

序 号 kg/h 名 称 苯 Wt% 58 42 98 2 0.5 kg/h kmol/h 951.8 19.70 689.3 948.47 12.373 19.36 3.37 7.327 mol% 61.96 38.04 98.3 1.7 0.5892 kmol/h 12.21 7.49 12.16 0.21 0.04 1 进料 1641.1 甲苯 苯 2 塔顶 967.828 甲苯 苯 3 塔釜 673.272 甲苯 99.5 669.91 99.4108 7.28 图2-3 苯-甲苯的t-x-y图

⑶ 计算进料热状况参数

绘制苯甲苯的t-x-y图(图2-3),可查取进料液泡点温度ts=88.7℃

查取苯、甲苯的物性数据如下:

在进料定性温度(88.7+25)/2下:

所以

q线斜率为1.309/(1.309-1)=4.236

⑷ 适宜回流比

做q线,与平衡线相交与q点,查出其坐标为(0.671,0.836)。

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对于苯-甲苯体系,根据此体系较易分离的特点以及工厂经验,选回流比为最小回流比的1.55倍,则: 取R=1.4

⑸ 图解理论板数

在y-x图上利用阶梯图解法图解出理论板数为16层,理论进料位置在自上数第7层(见图2-4)。

⑹ 确定总板效率

根据经验数值初选总板效率为59%,则实际板数为(16-1)/0.59=26层。

选单板压降为500Pa,则塔底压强为:

查体系的物性数据可得塔底温度为113.6℃,已知塔顶温度为80.2℃,故定性温度为(80.2+113.6)/2=96.7℃。

查取苯甲苯的t-x-y图可得xA=0.6196时,yA=0.805。

查取苯甲苯的粘度分别为 ,所以:

由奥康内尔关联式可得:

浮阀塔的校正系数可取1.1,则: 与初选值相近,故总板效率为59%。

⑺ 实际板数及实际进料位置

⒏ 工艺计算汇总表:

表2-2 工艺计算汇总表

序 号 1 2 3 4 项 目 结 果 序 号 5 6 7 8 项 目 结 果 进料热状况参数 1.309 最小回流比 适宜回流比 理论板数 0.8921 1.4 16(含釜) 理论进料位置 第7层 总板效率 实际板数 59% 26 实际进料位置 第11层

2.1.2.3 热量衡算

⑴ 塔顶全凝器

塔顶苯的含量为98%,故可按纯苯计算塔顶物性数据。查取在塔顶温度80.2℃下苯的汽化潜热为7350cal/mol,忽略热损失,则:

设冷凝用水的终温为40℃,则定性温度为,在此温度下,水的比热为4.174kJ/kg,则冷凝水消耗量为:

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图2-5 热量衡算示意图

根据经验数据,选冷凝器的总传热系数为500W/(m K)

2

由 可得:

⑵ 再沸器

在全塔范围内进行热量衡算

设全塔热损失为全塔输入热量的10%,则有:

① 原料输入热量

查取在定性温度25/2=12.5℃下苯与甲苯的比热分别为31.74 Cal/mol℃以及40.78 Cal/mol℃,则:

② 回流液带入热量

回流液可按纯苯计算,在定性温度80.2/2=40.1℃下苯的比热为32.963 Cal/mol℃,则:

③ 塔顶蒸汽带出热量

④ 釜残液带出热量

塔釜可按纯甲苯计算,查取在定性温度113.6/2=56.7℃下甲苯的比热为43.6 Cal/mol℃,则有:

⑤ 塔釜输入热量

热损失

⑥ 加热蒸汽消耗量

查取0.3 MPa的蒸汽的汽化潜热为2168.1kJ/kg,温度为133.3℃,于是

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