乙醇-水精馏塔化工设计9

图二：乙醇－水混合液的t-x-y图

图三：乙醇－水混合液的x-y图

3、全塔物料衡算

3.1 由质量分数求摩尔分数

乙醇相对分子质量 MA=46.07g/mol；水的相对分子质量 MB=18.02 g/mol 进料、塔顶、塔底质量分数：aF =29%(wt%)；aD=94%；aW=0.1% xF?aF/MaF/MAAB??1?aF?/MA?0.28/46.070.28/46.07?(1?0.28)/18.020.94/46.070.94/46.07?(1?0.94)/18.020.001/46.07?0.1320

xD?aD/MaD/MA??1?aD?/MaW/MA?B?0.8597

xW?aW/MA??1?aW?/M?B0.001/46.07?(1?0.001)/18.02?0.0004

将以上计算结果列为下表

物料位置 摩尔分数 进料口xF 0.1320 塔顶xD 0.8597 塔釜xW 0.0004 表二：进料、塔顶、塔釡物料摩尔分数

3.2 全塔物料衡算

? 进料平均相对分子量：M?M 进料量：F =

年处理量总生产时间?A?xD?MB?(1?xD)?21.723 kg/kmol

1平均分子量?1

=

物料衡算：

25,000?1000720021.723?3.6?44.4mol/s

?F?D?W???FxF?DxD?WxW

?D?W?44.4??0.8597?D?0.0004?W?44.4?0.1320解得：D=6.8mol/s, W=37.6mol/s

4、工艺条件物性计算

工艺条件物性的计算包括：操作压强、温度、平均分子量、平均密度、液体表

面张力、液体黏度及表格。下面分别计算以上各个物性数据。

4.1 温度的计算

为了考察精馏塔内物质的状态性质，需要计算塔内各部分的温度具体为：

塔顶、进料口、塔釡、精馏段平均温度、提馏段平均温度。 利用表一中数据由拉格朗日插值可求得 tF ， tD， tWtF：

85.3?84.112.38?16.6178.15?78.4189.43?74.72100?95.50?1.90?tF?85.313.20?12.38tD?78.15C (xF=0.1320) ,?tF=85.07 o

tD：

?85.79?89.43C (xD=0.8579) ,?tD?78.21 o

tW：

?tW?1000.04?0C (xW=0.0004) ,?tW?99.905o

可知塔内的各温度为下：塔顶tD?78.21oC；进料口 tF?85.07oC；塔釡

?C；精馏段平均温度 t1?(tD?tF)/2?81.64oC；提馏段平均温度tW?99.905 o

?t2?(tF?tW)/2?92.487oC。

4.2 操作压强

s乙醇、水的饱和蒸汽压可以用下式计算：lgp?A?BC?t

式中：p为蒸气压mmHg；A、B、C为常数；t为摄氏温度（oC） 物质名称 乙醇 水 水 温度范围 t/ oC -30~150 0~60 60~150 A 8.04494 8.10765 7.96681 安托尼常数 B 1554.3 1750.286 1668.21 C 222.65 235.0 228.0 表三：乙醇、水安托尼常数（摘自：物化实验）

4.2.1 塔顶压力：tD?78.21 oC，xD=0.8579

由安托尼公式可以计算出该温度下，pA?100.845KP， pB?44.034KP 假设该物系为理想物系：

PD?xDPA?(1?xD)PB?0.8579?100.845?(1?0.8579)?44.034?92.77KP

ssss4.2.2 进料处：tF?85.07oC，xF=0.1320

同上，可以计算出该温度下，pA?131.469KP， pB?57.964KP

PF?xFPA?(1?xF)PBssss?0.132?131.469?(1?0.132)?57.964?67.667KP

4.2.3 塔釡：tW?99.905oC， xW=0.0004（同上计算可得）

pA?224.455KP， pBssss?100.98KP

PW?xWpA?(1?xW)pB?0.0004?224.455?(1?0.0004)100.98?101.029KP

?4.2.4 精馏段：t1?81.64oC 平均液相组成：

81.5?82.332.73?26.08?81.64?81.5x1?32.73s ?x1?0.3157

所以有pA?115.315KP， pB?50.598KP

P1?x1pA?(1?x1)pB?0.3157?115.315?(1?0.3157)?50.598?70.94KP

?sss4.2.5 提馏段：t2?92.487oC 平均液相组成：

95.5?89.01.90?7.21?92.487?95.5x2?1.9s ?x2?0.0436

所以有 pA?172.863KP， pB?76.998KP

P2?x2pA?(1?x2)pB?0.0436?172.863?(1?0.0436)?76.998?81.18KP

sss

4.3 平均分子量的计算

利用拉格朗日插值法，结合表一中数据，计算精馏段和提馏段内平均汽液相组成。 4.3.1 液相组成

由以上计算可知精馏段和提馏段的液相组成分别为：x1?0.3157， x2?0.0436。

汽相组成 精馏段：

81.5?82.332.73?26.0895.5?89.017.00?38.91?81.64?81.5y1?32.73 ? y1?0.5783

提馏段： ?92.487?95.5y2?17.00, ? y2?0.2716

所以精馏段和提馏段的平均液相组成分别为x1?0.3157， x2?0.0436，y1?0.5783，y2?0.2716。

4.3.2 计算平均分子量

精馏段：