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精馏塔设计甲醇水
大连民族学院
化工原理 课 程 设 计
甲醇-水二元物料板式精馏塔设计
2012 年 6月
目录
摘要 3
绪论 4
1、设计方案 4
一、精馏塔的物料衡算 5
1、原料液及塔顶,塔釜产品的平均摩尔质量 5
2、全塔物料衡算 5
二、塔板数的确定 5
1、相平衡方程的计算: 5
2、精馏塔气液相负荷 6
3、操作线方程的确定 6
4、精馏塔理论塔板数及理论加料位置 6
5、全塔效率的计算 7
三、精馏塔的工艺条件及有关物料数据的计算 8
1、操作压强P的计算: 8
2、操作温度t的计算: 9
3、平均摩尔质量计算 9
4、平均密度的计算 10
5、液体表面张力的计算 10
四、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 11
1、精馏段的气液体积流率及塔径 11
2、提馏段的气液体积流率及塔径 12
五、塔板主要工艺尺寸的计算 12
1、塔有效高度的计算: 12
2、装置计算 13
3、塔板布置 13
(1) 边缘区宽度确定 13
六、塔板的流体力学验算 14
1、塔板压降 14
2、淹塔验算 15
七、塔板负荷性能图 15
1、雾沫夹带线 15
2、液泛线 15
3、液相负荷下限线 16
八、对设计过程的评述和讨论 17
参考文献 17
摘要
利用混合物中各组分挥发能力的差异,通过液相和气相的回流,使气、液两相逆向多级接触,在热能驱动和相平衡关系的约束下,使得易挥发组分(轻组分)不断从液相往气相中转移,而难挥发组分却由气相向液相中迁移,使混合物得到不断分离,称该过程为精馏。该过程中,传热、传质过程同时进行,属传质过程控制原料从塔中部适当位置进塔,将塔分为两段,上段为精馏段,不含进料,下段含进料板为提馏段,冷凝器从塔顶提供液相回流,再沸器从塔釜提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。在精馏段,气相在上升的过程中,气相轻组分不断得到精制,在气相中不断地增浓,在塔顶获轻组分产品。在提馏段,其液相在下降的过程中,其轻组分不断地提馏出来,使重组分在液相中不断地被浓缩,在塔釜获得重组分的产品,精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别,是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流,为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流,使在相同理论板的条件下,为精馏实现高纯度的分离时,始终能保证一定的传质推动力。所以,只要理论板足够多,回流足够大时,在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品,而在塔釜获得高纯度的重组分产品。绪论
1、设计方案
本设计任务为分离甲醇和水的混合物。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程,因为其具有生产能力大,产品质量稳定等优点。甲醇-水混合液以汽液混合物状态(q=1) 送入精馏塔,塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,一部分入塔回流,一部分采出,塔釜采用再沸器供热(附简单流程图)。该物系属易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的1.2倍。
2、设计思路
甲醇-水二元物料板式精馏塔设计
一、精馏塔的物料衡算
1、原料液及塔顶,塔釜产品的平均摩尔质量
甲醇的摩尔质量:
水的摩尔质量:
原料的摩尔分率:
塔顶摩尔分率:
塔釜摩尔分率:
进料的平均摩尔质量:
塔顶的平均摩尔质量:
塔釜的平均摩尔质量:
2、全塔物料衡算
二、塔板数的确定
1、相平衡方程的计算:
由《化工原理书》可查得如下数据:
表 1 甲醇—水气液平衡数据
温度/℃ 100 96.4 93.5 91.2 89.3 87.7 84.4 81.7 x 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.15 0.2 y 0 0.134 0.23 0.304 0.365 0.418 0.517 0.579 温度/℃ 78 75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66 64.5 x 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 0.665 0.729 0.779 0.825 0.87 0.915 0.958 1 经以上数据拟合,可得相平衡曲线图如下:
图 1 甲醇—气液平衡曲线图
拟合得曲线方程:
因为泡点进料,所以,
故最小回流比为:
通常操作回流比为最小回流比的1.1~2.0倍即,这里取.
操作回流比为:
2、精馏塔气液相负荷
精馏段:
提馏段:
3、操作线方程的确定
精馏段操作线方程:
提馏段操作线方程:
4、精馏塔理论塔板数及理论加料位置
因为塔顶为全凝器,所以
第一块板下降液体组成:
利用规划求解计算得出:
利用精馏段操作线计算第二块板上升蒸汽组成为:
交替使用精馏段操作线方程和相平衡方程直到,然后改用提馏段操作线方程,直到为止,计算结果见表:
表 2
板号 1 2 3 4 5 6 7 y 0.994679 0.98729 0.970505 0.946175 0.916524 0.8
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