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1、吉林化工学院化工原理课程设计第一章 精馏塔工艺设计计算本设计任务为分离乙醇-丙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用气液混合进料，将原料通过预热器加热至指定温度后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分作为产品冷却后送至储罐。随着全球能源紧缺，国家节能降耗方案的提出。故操作回流比取最小回流比的1.5倍。以减少塔釜的加热负荷。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.1原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率1.2 物料衡算总物料衡算： 即 （1-1） 易挥发组分物料衡算： 即 （1-2）1.3 相对挥发度的计算 精馏段的平均相
2、对挥发度：提馏段的平均相对挥发度：1.4 最小回流比的确定气液相平衡方程为 代入上式 1.5 操作线方程的确定精馏段操作线方程：得：提馏段操作线方程： 1.6 精馏塔理论塔板数及理论加料位置 采用相平衡方程与操作线方程式逐板计算法求得各理论板气液相组成：表1-1各理论板的汽液相组成塔板1234567气相组成0.9180.0.8630.7910.7060.6180.5370.472液相组成0.8500.0.7620.6580.5500.4510.3710.312塔板891011121314气相组成0.4240.3760.3210.2650.2100.1590.115液相组成0.2720.2330
3、.1930.1540.1180.0870.062塔板151617气相组成0.0800.0520.031液相组成0.0420.0270.016由逐板计算发求得总理论板数为17块板（包括塔釜），第8块板加料，精馏段需7块板。精馏段理论板数 块精馏段理论板数 块1.7 实际板数的计算（1） 精馏段已知： （2）提馏段已知： 总实际板数，第16块板是进料板。全塔效率 第二章 物性数据计算2.1温度的计算表2-1 常压下乙醇-丙醇汽液平衡组成（摩尔）与温度关系乙醇（摩尔分数）/温度/乙醇（摩尔分数）/%温度/乙醇（摩尔分数）/%温度/液相汽相液相汽相液相汽相0097.1635.855.088.3266.
4、379.983.0612.624.093.8546.165.086.2584.491.480.5918.831.892.6654.671.184.98100.0100.078.3821.033.991.6060.076.084.13利用插值法确定进料温度、塔顶温度、塔底温度进料温度： 塔顶温度： 塔底温度： 精馏段平均温度：提馏段平均温度：2.2平均摩尔质量计算塔顶温度：汽相组成： 进料温度：汽相组成： 塔底温度：汽相组成： 精馏段平均液相组成：精馏段平均汽相组成：精馏段液相平均分子量：精馏段汽相平均分子量：提馏段平均液相组成：提馏段平均汽相组成：提馏段液相平均分子量：提馏段汽相平均分子量：2
5、.3平均密度表2-2 不同温度下乙醇和丙醇的密度温度温度70754.2759.6100717.4726.180742.3748.7110704.3714.290730.1737.5利用插值法确定、下的乙醇和丙醇的密度 所以 2.4混合液体表面张力表2-3 不同温度下乙醇和丙醇的表面张力温度6020.2521.278018.2819.4010016.2917.50乙醇的表面张力： 丙醇的表面张力： 原料：塔顶：塔底：精馏段的表面张力：精馏段的表面张力：2.5 液体粘度表2-4不同温度下乙醇和丙醇的粘度温度600.6010.899800.4950.6191000.3610.444精馏段平均温度：8
6、4.596 提馏段平均温度：93.169 精馏段的粘度：提馏段的粘度：第三章 精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算3.1气液相体积流量的计算已知： 液相质量流量：气相质量流量：液相体积流量：气相体积流量：3.2 塔径 D 初选所设计的精馏塔为中型塔，采用单流型塔板，板间距。液气流动参数 对于常压操作选取板上清液层高度。则板间无液空间由文献（1）查图5-1，以为横坐标可得到校正表面张力为 液泛速度取安全系数为0.70，则空塔速度为 塔径 按标准塔径圆整为 截面积为 实际空塔气速为 3.3精馏塔有效高度的计算 3.4溢流装置采用单溢流，弓型降液管，平形受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。(1)溢流堰长(2)
7、出口堰高 (3)弓形降液管的宽度与降液管的面积降液管的型式：因塔径和流体量适中，故选取弓形降液管查图得： 故 液体在降液管中停留时间， 故降液管可用。（4）降液管底隙高度h0取液体通过降液管底隙的流速，依下式计算降液管底隙高度h03.5塔板布置（1）塔般的分块因，故塔板采用分块式。（2）边缘区宽度确定取溢流堰前安定区宽。（3）开孔区面积计算其中： 故 （4）筛孔数 n 与开孔率 本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 塔板上筛孔数目为 塔板开孔区的开孔率 开孔率在5-15%范围内，符合要求。气体通过筛孔的气速 3.6筛板的流体力学验算3.6.1塔板
8、压降（1）干板阻力计算干板阻力，由查文献（1）中图5-10得 C0=0.84（2）气流穿过板上液层压降相当的液柱高度hl查文献（1）中5-11，得。故 （3）液体表面张力的阻力计算液体表面张力所产生的阻力，气体通过每层塔板的液柱高度气体通过每层塔板的压降为（设计允许值）3.6.2雾沫夹带量ev的验算塔板上鼓泡层的高度故精馏段在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。3.6.3 漏液的验算对筛板塔，漏液点气速为 筛板的稳定性系数： 该值大于1.5且小于2，符合设计要求。故本设计中精馏段在设计负荷下无明显漏液。3.6.4液泛验算为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度乙醇丙醇物系属一般物系，取，则故
9、在设计负荷下不会发生液泛。根据以上塔板的各项流体力学验算，可以认为精馏段塔径和各项工艺尺寸是合适的。3.7塔板负荷性能图3.7.1雾沫夹带线取液沫夹带极限值 依式 式中 整理得： 3.7.2液泛线令 由 故：代入并整理得：3.7.3.液相负荷上限线 取作为液体在降液管中的停留时间的下限，液相负荷上限线在VSLS坐标图上为与气体流量VS无关的垂直线，如图气液负荷性能图。3.7.4漏液线漏液点气速式： 代入漏液点气速式并整理得： 3.7.5液相负荷下限线 对于平直堰，取堰上层高度作为最小液体负荷标准。得 精馏塔负荷性能图见附录二2. 1.（1）在负荷性能图上，作出操作点，与原点连接，即为操作线。由
10、图可知，该塔的操作上线为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得 ， 故弹性操作为第四章 提馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算4.1气液相体积流量的计算 已知： 液相质量流量：气相质量流量：液相体积流量：气相体积流量：4.2 塔径 D 初选所设计的精馏塔为中型塔，采用单流型塔板，板间距。液气流动参数 对于常压操作选取板上清液层高度。则板间无液空间由文献（1）查图5-1，以为横坐标可得到校正表面张力为 液泛速度取安全系数为0.70，则空塔速度为 塔径 按标准塔径圆整为 截面积为 实际空塔气速为 4.3精馏塔有效高度的计算 4.4溢流装置采用单溢流，弓型降液管，平形受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。（1）溢流堰长(2)出口堰高 (3)弓形降液管的宽度与降液管的面积降液管的型式：因塔径和流体量适中，故选取弓形降液管查图得： 故 液体在降液管中停留时间， 故降液管可用。（4）降液管底隙高度h0取液体通过降液管底隙的流速，依下式计算降液管底隙高度h04.5塔板布置（1）塔般的分块因，故塔板采用分块式。（2）边缘区宽度确定取溢流堰前安定区宽。（3）开孔区面积计算其中： 故 （4）筛孔数 n 与开孔率 本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径。筛孔按正三角形排列，取孔中心距 塔板上筛孔数目为 塔
