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1、安徽科技学院食品药品学院乙醇水板式精馏塔设计 班级：食品科学与工程101姓名： 蒋大强学号：指导教师：杜传来 张继武 时间：2012年1月6日摘 要精馏是利用物质沸点的不同，多次的进行混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分蒸发的过程，以达到分离的目的。塔设备是炼油和化工生产的重要设备，其作用在于提供气液两相充分接触的场所，有效地实现气液两相间的传热、传质，以达到理想的分离效果，因此它在石油化工生产中得到广泛应用。一个完整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口管等部件组成，同时考虑到安装和检修的需要，塔体上还要设置人孔和手孔。平台扶梯和吊柱等部件，整个塔体由塔裙座
2、支撑，在塔内，根据生产公益要求，装有多层塔板，为气液亮相提供接触的场所，塔板性能的好坏直接影响传质效果，是塔板塔的核心部件设计目的：1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。设计任务或主要技术指标：生产能力为日产24吨98%的乙醇产品，原料中乙醇含量为25%（质量分数，以下同），分离要求为塔顶乙醇含量不低于95%，常压精馏，塔顶全凝，q取1.2，R=1.1 Rmin。塔底乙醇含量不高于0.1%；常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料的板式精馏塔。 关键词：精馏塔、板式塔、设计一.设计的基础数据1.1
3、原始数据条件处理能力：生产能力为日产24吨98%的乙醇产品原料：乙醇含量为25（质量百分比，下同）的饱和液体分离要求：塔底含量不超过0.1,塔顶含量高于98.工艺操作条件：常压精馏，塔顶全凝，q取1.2，R=1.1 Rmin。：水和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度20沸 点101.33kPa比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s导热系数(20)/(m.)表面张力(20)N/m水18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇46.0778978.32.391.150.17222.8（2）常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表32表32 乙醇水系统txy数据沸点
4、t/乙醇摩尔数/%沸点t/乙醇摩尔数/%气相液相气相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97
5、.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：181.2乙醇和水的不同温度下的密度。表11 不同温度下乙醇和水的密度温度/温度/808590735730724971.8968.6965.385100720716961.85958.41.3乙醇和水的不同温度下的表面张力。 表12 乙醇和水不同温度下的表面张力温度/708090100乙醇表面张力1817.1516.215.2水表面张力/6
6、4.362.660.758.81.4乙醇和水的不同温度下的黏度。表13 乙醇和水不同温度下的黏度温度/708090100乙醇黏度mpa.s0.480.4150.3510.305水的黏度mpa.s0.4000.3300.3180.2841.5乙醇水气、液平衡组成与温度关系表11 乙醇水气、液平衡组成与温度关系沸点t/乙醇分子/%（液相）乙醇分子/%（气相）沸点t/乙醇分子/%（液相）乙醇分子/%（气相）10099.999.899.799.599.29998.7597.6495.895.591.389.087.986.785.385.284.183.7582.782.382.300.0040.04
7、0.050.120.230.310.390.791.611.904.167.217.419.6612.3812.6416.6117.4123.3725.7526.0800.0530.510.771.572.903.725458.7616.3417.0029.9238.9139.6143.7547.0447.4950.8951.6754.4555.7455.808281.581.380.780.680.179.8579.879.779.579.379.278.9578.7578.7478.678.478.2778.278.1578.1527.332.7333.2439.6542.0948.925
8、2.6850.7951.9861.0257.3265.6468.9272.3674.7275.9979.8283.8785.9789.4189.4356.4459.2658.7861.2262.2264.7066.2865.6465.9970.2968.4172.7174.6976.9378.1579.2681.8384.9186.4089.4189.43 设计结果一览表项目符号单位计算数据精馏段提留段各段平均温度81.791.1平均流量气相VSm3/s1.3731.377液相LSm3/s0.001441.079实际塔板数N块139板间距HTm0.40.4塔的有效高度Zm5.23.6塔径Dm1
9、.81.8空塔气速um/s0.790.79塔板液流形式单流型单流型溢流装置溢流管型式弓形弓形堰长lwm0.650.65堰高hwm0.04820.0366溢流堰宽度Wdm0.120.12管底与受液盘距离hom0.03320.0216板上清液层高度hLm0.060.06孔径domm5.05.0孔中心距tmm15.015.0孔数n孔23782378开孔面积m20.4620.462筛孔气速uom/s29.5129.60塔板压降hPkPa1.41.1液体在降液管中停留时间s14.835.59降液管内清液层高度Hdm0.2310.197雾沫夹带eVkg液/kg气0.08790.0641负荷上限液沫夹带控制
10、液沫夹带控制负荷下限液相负荷下限控制漏液控制气相最大负荷VSmaxm3/s1.461.452.精馏塔工艺计算2.1塔的物料衡算2.1.1料液及塔顶，塔底产品含乙醇的摩尔分率F:原料液流量（kmol/s） xF:原料组成（摩尔分率，下同）D：塔顶产品流量（kmol/s） xD:塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） xW:塔底组成2.1.2进料2.1.3物料衡算2.2有关的工艺计算2.2.1原料液的平均摩尔质量：M=xM+(1-x)M=0.+(1-0.1934)18=23.4kg/kmol 同理可求得：M=42.6972kg/kmol M=18.5544kg/kmol45C下，原料液中=971
11、.1kg/m,=735kg/m由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表6。表6 原料液馏出液与釜残夜的流量与温度名称原料液馏出液釜残夜x/(质量分数)38953x/（摩尔分数）0.19340.88140.0198摩尔质量kg/kmol23.442.697218.5544沸点温度t/C83.8378.2199.582.3 最小回流比及操作回流比的确定如图所示的乙醇-水物系的平衡曲线，具有下凹的部分，当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图中点g所示。点g附近已出现恒浓区，相应的回流比便是最小回流比。对于这种情况下的R的求法只能是通过作图定出平衡线的切
12、线之后，再由切线的截距或斜率求之。如图1-63所示，可用下式算出： = R=2.889可取操作回流比R=1.52.889=4.3342.4 全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷：Q=(R+1)D(I-I)可以查得I=1266kJ/kg I=253.9kJ/kg,所以Q=(1.612+1)2.0330(1266-253.9)=5317.45kJ/h取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25C和35C则平均温度下的比热c=4.174kJ/kgC,于是冷凝水用量可求W=127.4kg/h4.精馏塔主体尺寸计算4.3提留段塔径的计算查t-x-y图在91.705下： , , M=My+My=460.3273+180.6727=27.1644 kg/kmol汽塔气相平均密度=0.9077 kg/mx=0.1299x=1-x=0.8701汽塔的液相平均密度在9
