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1、化學科學與工程學院化工原理課程設計精餾塔設計1.設計任務：生產(chǎn)能力2000Kg/h塔頂產(chǎn)品：甲醇溜出濃度>98%，塔底釜液濃度3%，進料組成40%2.操作條件：操作壓力：常壓進料狀態(tài)：飽和液體操作地點：青島（海拔零點，青島）3.設計內(nèi)容：（1）精餾塔的物料衡算（2）塔板數(shù)確定（3）工藝條件及物性參數(shù)設計（4）塔體工藝尺寸計算（5）塔板工藝尺寸計算（6）塔板流體力學驗算（7）負荷性能圖（8）繪制生產(chǎn)工藝流程簡圖一、塔的物料衡算1.1甲醇的摩爾質(zhì)量32.04Kg/moL，水的摩爾質(zhì)量18.01Kg/moL塔頂摩爾分率：塔底摩爾分率：原料液
2、摩爾分率：1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量1.3全塔物料衡算F=2000/21.80=91.74Kmol/h總物料衡算易揮發(fā)組分物料衡算聯(lián)立以上二式得:二、塔板數(shù)的確定2.1對甲醇-水二元物系，采用圖解法求理論塔板數(shù)2.2求最小回流比及操作回流比畫圖由于泡點進料，q=1，在圖上做直線，在X=0.27時，與平衡線交于點（0.27，0.64）另2.3操作線方程精餾段：提餾段：由圖知精餾段理論板數(shù)為5塊，提餾段理論板數(shù)為3塊，第6塊為加料板。2.4實際塔板數(shù)2.4.1平均溫度由甲醇-水的氣液平衡數(shù)據(jù)，利用內(nèi)插法得t和t：(0.08
3、-0.02)/(0.08-0)=(89.3-t)/(89.3-100)得t=97.3℃同理可得t=65.2℃平均溫度：t=(97.3+65.2)/2=81.25℃2.4.2全塔效率ET此溫度下=0.3510，=0.2740該溫度下的平均粘度為：=X+(1-X)=0.27+(1-0.27)=0.2948水和甲醇的飽和蒸汽壓可用安托因方程求算，即：㏒P=A-組分安托因數(shù)ABC甲醇7.197361574.99238.6水7.074061657.46227.02得：塔頂：甲醇的飽和蒸汽壓=103.05KPa水的飽和蒸汽壓=25.23KPa塔
4、底：甲醇的飽和蒸汽壓=322.47KPa水的飽和蒸汽壓=91.833KPa塔頂相對揮發(fā)度：=4.084塔底相對揮發(fā)度：=3.511==3.787由E=0.49()=0.49（3.7870.2948）=0.4772.4.3實際塔板數(shù)N精餾段提餾段三、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算3.1操作壓力取每層塔板壓降P=0.7KPa進料板壓強P=（101.3+104.8）/2=103.05KPa,塔底壓強P=(101.3+113.9)/2=107.6KPa精餾段平均壓力P=(101.3+103.05)/2=102.175KPa提餾段平均壓力P=(10
5、3.05+107.6)/2=105.325KPa3.2操作溫度塔頂,進料板0C，塔底0C精餾段平均溫度72.150C，提餾段的平均溫度88.20C，全塔的平均溫度81.30C。3.3平均分子量塔頂=0.96由上已算得==3.787進料板塔底則精餾段平均分子量：提餾段平均分子量:3.4平均密度3.4.1氣相密度3.4.2液相密度依下式①塔頂查表得，在該溫度下水的密度是980.55，甲醇的密度是754.26②進料板查表得，在該溫度下水的密度是972.41，甲醇的密度是735.2③塔底查表得，在該溫度下水的密度是960.48，甲醇的密度是7
6、14.38故精餾段平均液相密度提餾段平均液相密度3.5液體表面張力查表得：水mN/m甲醇mN/m塔頂65.3616.732進料62.6315.09塔底59.31313.10根據(jù)式則精餾段平均表面張力為：提餾段平均表面張力為：四、塔體工藝尺寸4.1精餾段4.1.1氣液體積流率4.1.2塔徑D參考下表塔徑，m0.3~0.50.5~0.80.8~1.61.6~2.42.4~4.0板間距，mm200~300250~350300~450350~600400~600板間距與塔徑的關(guān)系初選=0.35m,取板上液層高度=0.05m,故史密斯關(guān)聯(lián)圖查圖
7、得C20=0.058，依式C=C20（校正到物系表面張力為34.236mN/m時的C，即：C=C20取安全系數(shù)為0.7,則按標準，塔徑圓整為0.7m,符合0.5-0.8板間距300-350mm.截面積，則空塔氣速為1.22m/s。，在安全系數(shù)范圍內(nèi)4.2提餾段4.2.1氣液體積流率4.2.2塔徑初選=0.35m,取板上液層高度=0.05m,故查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C20=0.059C=C20取安全系數(shù)為0.7,則按標準，塔徑圓整為0.7m,符合0.5-0.8板間距300-350mm.截面積，則空塔實際氣速為1.24m/s。，在安全系數(shù)范圍內(nèi)
8、五、塔板工藝尺寸設計5.1塔有效高度精餾段有效高度：提餾段有效高度：在進料板開一人孔，高度為0.8m故精餾塔的有效高度：5.2塔板結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)5.2.1．1精餾段溢流裝置的設計采用單溢流、弓形降液管、凹形受液盤，不設進
