化工原理课程设计
2.1.2理论及实际塔板数的确定
乙醇水溶液的t-x-y图10510095t/℃908580757000.10.20.30.40.50.60.70.80.9x,(y)1乙醇水溶液的y-x图10.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.10.20.30.40.5x0.60.70.80.91y
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a) 由相平衡方程式y=
?x1?(??1)x，可得?=
y(x-1)x(y-1)
根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：
Y1?XD?0.881443X1?0.832?D?1.5013 YF?0.523XF?0.186869?F?4.771
YW=0.015XW=0.002 ?W=7.754
平均相对挥发度的求取：??3?F?D?W=3.8153 精馏段的平均相对挥发度的求取：?1=?D?F?2.676 泡点进料Rmin??xD?(1?xD)?????1.4779
??1?xF1?xF?1操作回流比 R=1.5Rmin=2.2169
最小理论板层数Nmin??x1?xWln?(D)(ln?xW?1?xD1?)??1?5.138 ?根据吉利兰图进行简捷计算实际板层数
X?Y?R?RminR?1N?NminN?2?0.5RminR?1?0.2297
Y?0.545827?0.591422X?0.002743/X?0.4219
解得：N= 10.3473
所以理论塔板数为 N=11 确定适宜的进料板位置：
Nmin,1??x1?xFln?(D)(ln?1?1?xDxF1?0.4219
?)??1?2.532 ?N1?Nmin,1N1?2由上式的N1?6
即第5层理论数为进料板
b) 根据乙醇-水体系的相平衡衡数据可以查得：
XD?0.881443tD?78.14℃
XW?0.002tW?96.2
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塔顶塔底平均温度为：t?78.14?96.22?87.17℃
在t=87.17℃μ乙醇=0.38 mPa·s μ水=0.32mPa·s 根据公式lg?Lm?uLm?10?xilg?i得
?0.3047(0.186869?log0.38?0.881443?log0.3188)
根据奥康奈尔关联式：
ET?0.49(??L)N
?0.245?0.49?(3.8153?0.3047)?0.245?0.4574
由ET=NT×100%可得
P
NP?NT?1ET?11?10.4574?20.8627
所以实际板层数为21
2.1.3 冷凝介质及加热介质的消耗
查表可得 乙醇摩尔汽化热41.50kJ/mol 饱和蒸汽汽化热 2205kJ/kg M乙醇=46 g/mol M水=18 g/mol 再沸器的热负荷及加热蒸气消耗量
由于釜残液中乙醇的含量很少,为简化起见,其焓按纯乙醇计算.泡点进料时q=1则有
qn,v,?qn,v?qn,d(R?1)?55.3003?（2.2169+1）=177.8955kmol/h
再沸器的热负荷
QB=qn,v?（HVW?HLW)?qn,vMBrB?177.8955?2205?18?7.0607?10kJ/h
6加热蒸汽消耗量为
qm,h?QBr?7.0607?10220563202.119kg/h
全凝器的热负荷为
Qc?qn,vMArA?177.8955?46?41.50?3.396?10kJ/h
5冷却水的消耗量为
QcCp,c(t2?t1)3.396?105qm,c??4.2?(40?25)=5390.4762kg/h
2.1.4泵的选用
（1） 进料泵：选用离心泵，泵入口温度为常温，取为25℃，特点为流量稳定，扬程
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较高；
（2） 产品泵：单机离心泵，入口温度为常温，流量较小，扬程较低；
（3） 塔底泵：单机离心泵，流量变动范围大，流量较大，泵入口温度高，一般大于
100℃，故塔底不须冷凝器。
2.1.5塔径的计算
A. 查得有关乙醇与水的安托因方程：
乙醇：logPA0=A+t+C=7.33827?t+231.48 得:PA=10
0
［7.33827?t+231..48］
1652.05
B1652.05
=
?7.07406?1657.46(T/K)?227.03水：lg(Ps/kPa)?A?B(T/K)?C1657.46
得：P0B[7.07406??10(T/K)?227.03]
将PA0,PB0代入PA0xA?PB0xB?P 进行试差，求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度 (1)设塔顶压力为 101.3KPa XD=X1=0.88 试差法得塔顶温度为t1=86℃ （2）进料板位置:NF?6 精馏段实际板层数：N精?NF?1ET?10.9314
圆整后得N精?11每层塔板压降：?P?0.7KPa
进料板压力：PF?PD?N精?P =109KPa
进料板：PF?109kPa ，xD?xF?0.186869PF?109kPa ，xD?xF?0.186869试差得：
tF?92.6℃
（5-1）?8.511?? 提馏段实际板层数：N提?0.47塔釜压力：PW?PD?N??P =116KPa 每层塔板压降：△P=75mmH2O=101.310.33?0.075=0.7kPa
塔釜：xA?xW?0.002，PW?116kPa试差得：tw=99.8℃
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求得精馏段和提馏段的平均压力和温度：
精馏段：tm?PJm?PF?PD286?81.62??83.8C0
109?103.3提馏段：tm?PTm?PF?PW2292.6?99.82109?1162KPa=106.15KPa?97.2℃ KPa?112.5KPa?
B. 平均摩尔质量的计算：
塔顶 由y1=XD=0.88 查平衡曲线（见图二）得x1=0.832
塔顶：MVDm?0.88?46?(1?0.88)?18?42.64kg/mol
MLDm?0.832?46?(1?0.832)?18?41.296kg/mol
进料板：MVFm?0.532?46?(1?0.532)?18?32.896kg/mol
MLFm?0.186869?46?(1?0.186869)?18?23.23kg/mol
塔釜：MVWm?0.015?46?(1?0.015)?18?18.42kg/mol
MLWm?0.002?46?(1?0.002)?18?18.056kg/mol
精馏段平均摩尔质量：
MVm?M?MVDm?MVFm2MLDm??42.64?32.896241.296?23.23232.896?18.42223.23?18.0562?37.768kg/kmol?32.263kg/kmol
?M2LFmLm提馏段的平均摩尔质量：
MVm?M?MVFm?MVWm2MLFm???25.658kg/kmol ?20.643kg/kmol?M2LWmLm
塔顶 MVDmMLDm 42.64kg/mol 41.296kg/mol 32.896kg/mol 进料板 MVFm 14