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食品工程原理课程设计分离乙醇与水混合液

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食品工程原理
课程设计说明书

筛板精馏塔设计

姓名:
学号:
班级:

年 月 日

目 录

一 、 设计任务书……………………………………………………………………3
二 、 设计方案简介…………………………………………………………………3
三、 工艺流程图
四、 工艺计算 ………………………………………………………………………5
1．基础物性数据……………………………………………………………………5
2. 物料衡算…………………………………………………………………………5
3. 确定操作条件……………………………………………………………………5
( 1) 确定操作压力…………………………………………………………………5
( 2) 确定操作温度…………………………………………………………………5
( 3) 确定回流比……………………………………………………………………5
4. 理论塔板数与实际塔板数的计算………………………………………………5
5. 确定冷凝器和再沸器的热负荷…………………………………………………5
6. 传热面积…………………………………………………………………………5
7. 塔径的计算及板间距的确定……………………………………………………5
8．堰及降液管的设计………………………………………………………………5
9. 塔板布置及筛板塔的主要结构参数……………………………………………5
筛板布置、 筛孔直径、 孔中心距、 板厚、 开孔率、 孔数等……………………5
10. 水力学计算………………………………………………………………………5
塔板阻力、 漏液点、 雾沫夹带、 液泛的校核
11. 负荷性能图………………………………………………………………………5
12. 主要接管尺寸……………………………………………………………………5
五、 设计一览表……………………………………………………………………13
六、 主要符号说明…………………………………………………………………14
七、 参考文献………………………………………………………………………15
八、 附图……………………………………………………………………………

食品工程原理课程设计任务书
一、 设计题目: 筛板塔设计
二、 设计任务: 乙醇～水筛板精馏塔及附属设备设计
三、 设计条件
进料组成
乙醇
水

分离要求
塔顶乙醇含量>93%
塔底不高于0.2%
完成日期
12月19日
进料状态
50℃
四、 设计的内容和要求
序号
设计内容
要求
1
工艺计算
物料衡算, 热量衡算, 回流比, 理论塔板数等
2
结构设计
塔高, 塔径, 溢流装置及塔板布置, 接口管的尺寸等
3
流体力学验算
塔板负荷性能图
4
冷凝器的传热面积和冷却介质的用量计算

5
再沸器的传热面积和加热介质的用量计算

6
计算机辅助设计
绘制负荷性能图
7
编写设计说明书
目录, 设计任务书, 设计计算及结果, 流程图, 参考资料等

第二章 塔板的工艺设计
2.1 精馏塔全塔物料恒算
F: 原料液流量( ) : 原料组成( 摩尔分数)
D: 塔顶产品流量( ) : 塔顶组成( 摩尔分数)
W: 塔底残液流量( ) : 塔底组成( 摩尔分数)
已知: 乙醇MA = 46 kg/kmol 水MB = 18 kg/kmol
原料乙醇组成 XF ==7.91%
塔顶轻组分 XD= =83.87%
塔底组成 XW= =0.078%
进料量: F=1 kg/h==0.1649 kmol/s
物料衡算式: F=D+W 
F=D+W ‚
解得: D=0.01541 kmol/s W=0.14949 kmol/s
二．常压下乙醇-水物系汽液平衡组成与温度的关系
表3 乙醇-水气液平衡组成( 摩尔) 与温度的关系
温度t/℃
乙醇摩尔数(%)
温度t/℃
乙醇摩尔数(%)
液相(x)
气相(y)
液相(x)
气相(y)
100
0
0
82
27.3
56.44
99.9
0.004
0.053
81.5
32.73
58.26
99.8
0.04
0.51
81.3
33.24
58.78
99.7
0.05
0.77
80.6
42.09
62.22
99.5
0.12
1.57
80.1
48.92
64.70
99.2
0.23
2.90
79.85
52.68
66.28
99.0
0.31
3.725
79.5
61.02
70.29
98.75
0.39
4.51
79.2
65.64
72.71
97.65
0.79
8.76
78.95
68.92
74.96
95.8
1.61
16.34
78.75
72.36
76.93
91.3
1.46
29.92
78.6
75.99
79.26
87.9
7.41
39.16
78.4
79.82
81.83
85.2
12.64
47.94
78.27
83.87
84.91
83.75
17.41
51.67
78.2
85.97
86.40
82.3
25.75
55.74
78.15
89.41
89.41

五、 温度(利用表格中的数值由插值法可得, , )
1.:
2.:
3.:
4.精馏段平均温度==83.30
精馏段液相组成==45.89%
精馏段气相组成==62.70%
因此:

提镏段平均温度==94.08
提镏段液相组成==3.99%
提馏段气相组成==20.49%
因此:

2. 密度( 利用表格中的数值由插值法可得)
温度
80
85
90
95
100

735
730
724
720
716

971.8
968.6
965.3
961.85
958.4
已知: ,
:

:

:

因此

又

因此

又

因此

3. 混合物液体表面张力
二元有机物—水溶液表面张力可用下列公式计算

注: , , ,
, , A=B+Q
, 其中下角w, o, s代表水, 有机物及其表面部分;指主体部分的分子数; 指主体部分的分子体积; 为纯水, 有机物的表面张力; 对于乙醇q=2。

有不同温度下的乙醇和水的表面张力
温度 /℃
70
80
90
100
乙醇表面张力/
18
17.15
16.2
15.2
水表面张力
64.3
62.6
60.7
58.8
球的在下的乙醇和水的表面张力( 单位)
乙醇表面张力:

塔顶表面张力:

A=B+Q=-2.5086-0.7631=-3.2717
联立方程组,
代入求得: ,
得