化工原理实验技能大赛资料面答辩报告乙醇异丁醇精馏分离设计.doc

化工原理实验技能大赛 书面答辩报告 乙醇～异丁醇精馏分离设计 组号 55 成员 班级 徐兆政 化艺072 于丽 化艺071 康维 化艺071 目 录 一、概述 1.1题目简述 1.2设计思路 二、乙醇-异丁醇体系精馏分离的基本计算 1. 乙醇异丁醇体系平衡相图 2. 图解法求理论板数NT 3. 填料塔塔的填料类型和高度的确定 4. 板式精馏塔的工艺设计 5. 换热器设计及冷热公用工程的设计用量 6. 离心泵型号及安装高度 7、管道接管尺寸 三、思考题 第一题 第二题 第三题 第四题 四、流程图 五、实验装置图 六、实验步骤 七、创新点 一、概述 题目简述 原料：乙醇~异丁醇溶液，进料量20吨每小时 乙醇含量：45%(质量分数)， 设计要求：塔顶的乙醇含量不小于95%(质量分数) 塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数) 设计思路 既然是进行精馏塔的设计，一定有一个基本计算流程，这也就是我们通过化工原理及相关课程学到的知识。依据初赛试题及当时我们做得情况可以发现，关于精馏塔的各项设计计算在经过核算之后经常会出现有问题的情况，于是我们的工作中必须加上核算这一步。通过核算我们可以看出问题，而通过提出问题、优化流程（解决问题）可以发挥创意、产生创新点。当然，解决问题与提出问题再加上核算是不断循环的步骤。再通过细化整理，最终得到实验设计方案，并同时经讨论产生流程图、实验步骤、装置图与创新点。 二：乙醇-异丁醇体系精馏分离的基本计算 1. 乙醇-异丁醇物系的t-x-y图以及y-x图 为数据处理方便，采用excel重新制作乙醇-异丁醇物系的相图 根据Perry手册查得乙醇的饱和蒸汽压计算公式： 根据化学工程手册查得异丁醇的饱和蒸汽压计算公式： 其中，异丁醇蒸汽压pv的单位为 Kpa，温度t的单位为 再利用excel的公式计算得到乙醇(A)与异丁醇(B)t-x-y表格并作图 p0 101.33 t/℃ 78.29 80.00 82.50 85.00 87.50 90.00 92.50 95.00 97.50 100.00 102.50 105.00 107.50 107.66 Ps/Kpa 101.25 108.26 119.22 131.09 143.91 157.75 172.66 188.71 205.96 224.47 244.32 265.57 288.29 289.79 Pv/Kpa 30.25 32.68 36.53 40.75 45.35 50.37 55.84 61.78 68.23 75.21 82.76 90.91 99.70 100.28 x(A) 1.00 0.91 0.78 0.67 0.57 0.47 0.39 0.31 0.24 0.17 0.11 0.06 0.01 0.01 y(A) 1.00 0.97 0.92 0.87 0.81 0.74 0.66 0.58 0.49 0.39 0.28 0.16 0.02 0.02 表1 乙醇~水溶液体系的平衡数据 图1 乙醇~水溶液体系的t-x-y图 图2 乙醇~水溶液体系的y-x图 2. 图解法求理论板数NT 已知进料、塔顶（按95%）、塔釜（按5%）乙醇的质量分数，可以求得其摩尔分数分别为： 乙醇-异丁醇属于理想物系，可采用M.T.图解法求NT。 假设采用泡点进料，由 y-x图对角线上点(xF,xF)=(0.5683,0.5683) 向上垂直延伸即为进料线（q线），该线与y-x平衡线交于点（xq,yq）=（0.5683,0.80689）此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。 则依最小回流比计算式： 可以求得Rmin =0.68,取操作回流比R=1.324Rmin=0.9 精馏段操作线为： = 0.567x + 0.4192 如图3,按常规M.T.图解法求理论板数： 按常规M.T.作图法解得： NT =9层。其中精馏段理论板数为4层，提馏段为5层，第5层为加料板。 填料塔塔的填料类型和高度的确定 填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。填料大致可分为： 散装填料和规整填料两大类。散装填料在塔内可乱堆，也可以整砌。目前，鲍尔环因其优良的性能在工业上有被广泛应用。 鲍尔环的构造是在拉西环的侧壁上开出一排或两排长方形的窗孔，被切开的环壁一侧仍与壁面相连，另一侧则向环内弯曲，且诸叶片的侧边在环中心相搭。尽管鲍尔环填料的孔隙率和比表面积与拉西环差不多，但是环壁有开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体流动阻力降低，液体分布也较均匀。同