《分离乙醇水精馏塔设计(含经典工艺流程图和塔设备图)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分离乙醇水精馏塔设计(含经典工艺流程图和塔设备图)（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1分离乙醇-水的精馏塔设计设计人员：设计人员：所在班级：所在班级： 化学工程与工艺 成绩：成绩：指导老师：指导老师： 日期：日期：2化工原理课程设计任务书一、 设计题目：乙醇-水连续精馏塔的设计二、 设计任务及操作条件（1） 进精馏塔的料液含乙醇 35（质量分数，下同） ，其余为水；（2） 产品的乙醇含量不得低于 90；（3） 塔顶易挥发组分回收率为 99；（4） 生产能力为 50000 吨/年 90的乙醇产品；（5） 每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行。（6） 操作条件a）塔顶压强 4kPa （表压）b）进料热状态 自选c）回流比 自选 d）加热蒸汽压力 低压蒸汽（或自选）e）单
2、板压降 kPa。三、 设备形式：筛板塔或浮阀塔四、 设计内容：1、设计说明书的内容1） 精馏塔的物料衡算；2） 塔板数的确定；3） 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4） 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；35） 塔板主要工艺尺寸的计算；6） 塔板的流体力学验算；7） 塔板负荷性能图；8） 精馏塔接管尺寸计算；9） 对设计过程的评述和有关问题的讨论；2、设计图纸要求；1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸） ；2）绘制精馏塔设计条件图 （A2 号图纸） ；五、 设计基础数据：1. 常压下乙醇-水体系的 t-x-y 数据；2. 乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。一、 设计题目：乙醇-水连续精馏塔的
3、设计二、 设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇 35（质量分数，下同） ，其余为水；产品的乙醇含量不得低于 90；塔顶易挥发组分回收率为 99，生产能力为 50000 吨/年 90的乙醇产品；每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行。塔顶压强 4kPa （表压）进料热状态 自选回流比 自选 加热蒸汽压力 低压蒸汽（或自选）单板压降 0.7kPa。三、 设备形式：筛板塔四、 设计内容：1）精馏塔的物料衡算：原料乙醇的组成 xF0.17404原料乙醇组成 xD0.7788塔顶易挥发组分回收率 90平均摩尔质量 MF =由于生产能力 50000 吨年，.则 qn，F所以，qn，D2）塔板数
4、的确定：甲醇水属非理想体系，但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。由乙醇和水有关物性的数据，求的求得乙醇水体系的相对挥发度 =5.1016，最小回流比的计算：采用泡点进料，所以 q1，xF，由气液平衡方程 y ， 所以 yq，即，把 xF=xq=.作y 轴平行线交操作线与 f.如下图即 .求得 yq=0.5130.5所以，根据最小回流比计算公式 Rmin即，Rmin=,根据回流比 R 是最小回流比的合适倍数，所以选择选择 2 倍。即 R=2Rmin=0.879.进料热状况选择为泡点进料，所以 q=1精馏段，根基操作线方程：y= 所以，y=0.468 x+0.415 联
5、立 y=x 所以 x=xD=0.7801 提馏段，y=联立 y=x 求得 y=2.872x-0.078 所以提馏段x=xw=0.04根据 xD，xw，及 xq 以及操作线方程，利用图解法在 x-y坐标上做出平衡线与对角线并且画梯级作图如下：由图可知，精馏段塔板为 10.提馏段为 5.一个再沸器.所以提馏段为 4 个板.所需总塔板数为提馏段和精馏段之和，故，所需总塔板数为 14.查手册得水和乙醇气液平衡数据，t 数据利用表 2 中数据由6拉格朗日插值可求得、。FtDtWt进料口： , =79.26Ft61.16401 .84 37.2361.167 .821 .84 FtFt塔顶：，=78.05
6、Dt43.899515.78 72.7443.8941.7815.78 DtDt塔釜：，=97.63Wt00 . 1100 90. 105 .95100 wtWt精馏段平均温度65.7821DFttt提馏段平均温度 445.8822wFttt由塔顶和塔底平均温度得=t84.87263.9705.78 2WDtt查手册得，由内插法可得在 87.84下，乙醇的粘度为，水的粘度为smpaA3790. 0smpaB3245. 0可以有下式求得平均粘度iix其中 xi-进料中某组分的摩尔分数-该组分的粘度，按照塔的平均温度下的液体计i则=0.4*0.3790+0.6*0.3245=0.3463mPaSa
7、v带入回归方程 E1=0.563-0.276lg2=0.594)(lg0815. 0lgavav该算法为泡罩塔蒸馏塔总板效率，则筛板塔为E=1.1E1=0.653精馏段实际板层数 N精= 10/0.653=16提馏段实际板层数 N提=4/0.653=77进料板位置 16rN总的塔板数 Nc=16+7=233）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算：一、乙醇气液平衡数据（101.3kPa）表 1 如下T/液相xa/%气相ya/% T/液相xa/%气相ya/% T/液相xa/%气相ya/%10000 88.36.938.1 82.42555.599.30.22.5 87.97.439.2 81.63
8、0.657.798.80.44.2 87.77.940.2 81.235.159.697.70.88.8 87.48.441.3 80.84061.496.71.212.8 878.942.1 80.445.463.495.81.616.3 86.79.442.9 8050.265.495218.7 86.49.943.8 79.85466.994.22.421.4 86.210.544.6 79.659.669.693.42.924 861145.4 79.364.171.992.63.326.2 85.711.546.1 78.870.675.891.93.728.1 85.412.146
9、.9 78.67679.391.34.229.9 85.212.647.5 78.479.881.890.84.631.6 8513.248.1 78.28686.490.55.133.1 84.813.848.7 78.1589.489.489.75.534.5 84.714.449.3 9594.2889.2635.8 84.51549.8 100100896.537 83.32053.1 查阅文献，整理有关物性数据 表 2 如下（1）水和乙醇的物理性质水和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度 203/kg m沸 点101.33kPa比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s
10、导热系数(20)/(m.)表面张力(20)N/m水2H O18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇25C H OH 46.0778978.32.391.150.17222.8乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18由常压下乙醇-水溶液的温度组成 t-x-y 图可查得塔顶温度 tD=78.3泡点进料温度 tF=84.0塔釜温度 tW=99.9全塔平均温度CttttWFD04 .8739由液体的黏度共线图可查得 t=87.4下，乙醇的黏度L=0.38mPas，水的黏度 L =0.3269mPas3269. 0)1740. 01 (38. 01740. 0LiiLxsmP
11、a336. 0根据物性参数数据求的求得乙醇水体系的相对挥发度=5.1016，根据最小回流比计算公式 Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)即，Rmin=(0.7788-0.5179)/(0.5179-0.1740)=0.7586，由于根据选择适宜的回流比，选择 R=1.7Rmin=1.2896，4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算：塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为smVMVVMVM s/127. 1464. 1360039.3978.150 3600311 1smLMLLMLM s/293. 17 .782360041.3605.100 3600311 1提馏段的气、液相体积流率为smMVVVM
12、VM s/111. 1006. 1360068.2678.150 36003222smMLLLMLM s/1092. 298.887360046.286 .327 360033222由 VVLCU max由下式计算20c由史密斯关联图查取：精馏段：图的横坐标为：10031. 0)464. 17 .782(3600015.023600002702. 0)(2/12/11111vLss VL 取板间距 板上液层高度 ，则mHT40. 0mhL05. 0HT-hL=0.40-0.05=0.35m查图得 075. 020C0824. 0)2006.32(075. 0)20(2 . 02 . 01201
13、LCC111 max, 1VVLCU 464. 1464. 17 .7820824. 0=1.903m/s取安全系数为 0.7，则空塔气速为： smuu/332. 1903. 17 . 07 . 0max, 11muVDs3871. 1334. 114. 3015. 24411 1按标准塔径圆整后为=1.4m1D塔截面积为 222 115386. 14 . 1414. 34mDAT精馏段实际空塔气速为 smAVuTS/310. 15386. 1015. 211 1提馏段：图的横坐标为：046. 0)006. 198.887(3600981. 13600003081. 0)(2/12/12222
14、vLss VL 取板间距 板上液层高度 ，则mHT40. 0mhL05. 011mhHLT35. 005. 040. 0查图得 076. 020C0919. 0)2067.51(076. 0)20(2 . 02 . 02202LCC222 2max, 2VVLCU 006. 1006. 198.8870919. 0=1.026m/s取安全系数为 0.7，则空塔气速为： smuu/91. 1729. 27 . 07 . 0max, 22smuVDs/15. 191. 114. 3981. 14422 2按标准塔径圆整后为=1.4m2D塔截面积为 222 225386. 14 . 1414. 3
15、4mDAT提馏段实际空塔气速为 smAVuTS/288. 15386. 19811. 122 2精馏塔有效高度的计算精馏塔有效高度为： mHNZT8 . 240. 0181）（）（精精提馏段有效高度为：mHNZT2 . 540. 01141）（）（提提在进料板上方开一人孔，其高度为 0.8m，故精馏塔的有效高度为：12mZZZ8 . 88 . 02 . 58 . 28 . 0提精表 5 塔板间距与塔径的关系塔 径/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板间距/HT，mm200300250350300450350600400600由表验算以上所计算的塔径对应的板间距均符合，所以以上所假设的板间距均成立。5） 塔板主要工艺尺寸的计算；溢流装置计算因塔径 D=1.4m ,可选用单溢弓形降液管,采用凹形受液盘.各项计算如下:堰长的计算Wl堰长一般根据经验公式确定，对于常用的弓形降液管：单溢流 Dlw)8 . 06 . 0(堰长 lw取 mDlw924. 04 . 166. 0
