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化工原理壳程设计计算示例一浮阀塔工艺设计计算示例拟设计一生产酒精的板式精馏塔。来自原料工段的乙醇-水溶液的处理量为48000吨/年,乙醇含量为35%(质量分率)原料温度为45℃。设计要求:塔顶产品的乙醇含量不小于90%(质量分率),塔底料液的乙醇含量不大于0.5%。附乙醇-水溶液的平衡数据如下表液相中乙醇的含量气相中乙醇的含量液相中乙醇的含量气相中乙醇的含量(摩尔分率)(摩尔分率)(摩尔分率)(摩尔分率)0.00.00.450.6350.0040.0530.50.6570.010.110.550.6780.020.1750.60.6980.040.2730.650.7250.060.340.70.7550.080.3920.750.7850.10.430.80.820.140.4820.850.8550.180.5130.8940.8940.20.5250.90.8980.250.5510.950.9420.30.5751.01.00.350.5950.40.614一、塔形选择及操作条件的确定1.塔形:选用浮阀塔2.操作条件:操作压力:常压;其中塔顶:1.013×105Pa塔底:[1.013×105+N(265~530)Pa]进料状态:饱和液体进料加热方式:用直接水蒸气加热热能利用:拟采用釜残液加热原料液二、工艺流程1三、有关工艺计算首先,根据题目要求,将各组成要求由质量分率转换为摩尔分率,其后由971.kg1m/3,735kg/m3HO乙醇2参考资料(一),查出相应泡点温度及计算平均分子量。同理求得x0.779x0.0002DWMxM(1x)M0.17646(10.176)1822.3kg/kmolff乙醇f水同理求得:M39.81kg/kmol,M18.1kg/kmolDD所得结果列于下表1名称料液馏出液釜残液质量分率35900.5摩尔分率0.1740.7790.002分子量kg/kmol22.339.8118.1沸点℃83.8378.6299.381.最小回流比及操作回流比的确定由于是泡点进料,x=x=0.174过点e(0.174,0.174)作x=0.174直线与平衡线交与点d,由点qfd可以读得y=0.516,因此,qxy0.7790.516RDq0.769min(1)yx0.5160.174qq又过点(a0.779,0.779)作平衡线的切线,可得切点g由切点g可读得x'0.55,y'0.678,qq2因此,xy'0.7790.678DRq0.789min(1)y'x'0.6780.55qq可见RR0.789,操作回流比R=1(R/R1.27在1.1~2.0的范围内)minmin(2)min2.塔顶产品量、釜残液量及加热蒸汽量的计算取每年工作日300天,每天24小时计,进料量为:4800103F299kmol/h3002422.3由全塔物料衡算方程写出:VFDWy0(蒸汽)D=65.85kmol/h00VyFxDxWxW=364.85kmol/h00fDWWL'LqFRDqFq=1(泡点)V=131.7kmol/h03.全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷:Q(R1)D(II)cVDLD由资料(一)可查出:I1266kJ/kg,I253.9kJ/kg故VDLDQ(11)65.8539.81(1266253.9)5.306106kJ/hc取冷凝介质为水,其进出冷凝器的温度分别为25℃和35℃,那么在平均温度下水的比热为C4.17kJ/kg℃,因此,冷却水的用量:pcQ5.306106Wc127120kg/hcC(tt)4.174(3525)cp214.热能利用拟利用釜残液预热原料液,将原料液预热至泡点所需的热量为QWC(tt)ffpff2f183.8345t64.4℃fm2进出预热器原料的平均温度t64.4℃下,可查出其比热C4.275kJ/kg.℃,所以fmpf48000103Q4.275(83.8345)1.107106kJ/hf30024釜残液放出的热量:QWC(tt)WWPWW1W23若将釜残液温度降至55℃,那么平均温度为99.8355t77.2℃下其比热为C4.191kJ/kg.℃,因此fm2pfQ364.85