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1、目录一、前言3二、设计说明书符号表4三、设计方案的确定5四、回收塔的物料衡算5五、回收塔理论板数Nt的确定6六、回收塔工艺条件及有关物性数据计算8七、回收塔主要工艺尺寸计算10八、液体分布器及其他设备简要设计11九、回收塔的辅助设备计算15十、设计计算结果总表18十一、 物性参数十二、参考资料18一前曰乙醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化 工，塑料等领域，用来制造乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是 制取医药、染料、洗涤剂、涂料的重要原料之一。塔设备在一定条件下，将能达到气液共存状态的混合物实现分离,纯化的 单元操作设备。广泛用于炼油，精细化工，环境工程，医药工
2、程和轻纺织工 程等行业和部门中。塔设备与化工工艺密不可分，不管多好的工艺路线，没 有良好的与之匹配的化工设备，就不会达到预期的设计效果，实现不了预期 的设计指标。因此，塔设备是工艺过程得以实现的载体，直接影响生产产品 的质量和效益。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。 生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求大致有下列几方面：（1）生产能 力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小（5）结构简单、设 备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性 质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方 面的因素。板式塔的研究起步
3、较早，其流体力学和传质模型比较成熟，数据 可靠。尽管与填料塔相比效率较低、通量较小、压降较高、持液量较大，但 由于结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点，因而在70年代以前 的很长一段时间内，塔板的研究一直处于领先地位。然而，70年代初期出现 的世界能源危机迫使填料塔技术在近20年来取得了长足进展。由于性能优良 的新填料相继问世，特别是规整填料和新型塔内件的不断开发应用和基础理 论研究的不断深入，使填料的放大技术有了新的突破，改变了以板式塔为主 的局面。在我国，随着石油化工的不断发展，传质分离工程学的研究不断深 入，使填料塔技术及其应用进入了一个崭新的时期，其工业应用与发达国家 并驾齐驱
4、，进入世界先进行列。填料塔由填料，塔内件及筒体构成。填料塔的发展史中最主要的就是填 料的发展史。由早期的碎石发展成为拉西环，弧鞍形填料等新型填料。与板 式塔相比，新型的填料塔性能具有如下优点：生产能力大，分离效率高，压 力降小，操作弹性大，持液量小等优点。本设计综合考虑流程，产量，分离要求，操作控制等因素，采用填料塔 实现乙醇回收目标。二设计说明书符号表L液相摩尔流量，kmol/hoF一进料量流量，kmol/h。V 一汽相摩尔流量，kmol/h。D培顶产品流量，kmol/h。V 一一汽相摩尔流量，kmol/h。W 一塔底残液流量，kmol/hoW 一质量流量，kg/h。x一液相摩尔分数。a一质
5、量百分比。A面积，m2。cD比热容，kJ/kg.K。pd 一 管径，mm。D一 塔径，m。d.iDN 一一圆筒内径，mm。一 公称直径，mm。H d一 塔顶空间高度(不包括封头)，HETP 一等板高度，m。K 一传热系数，W/(m2、C)。l官长，m。L h一液体喷淋量，m3/h。L h,min最小液体喷淋量，m3/h。一摩尔质量，kg/kmol。n 一填料层分层数。nt 一一理论塔板数。P 一一压强，Pa。Ap 压降，Pa。Q一换热器的热负荷，W。Re一雷诺数，无量纲。t温度，C。Atm一对数平均温度差，C。T 绝对温度，K。u 空塔气速，m/s。Uf一 空塔气体泛速，m/s。U 一 喷淋密
6、度，m3/(m2.h)。Ul min最小喷淋密度，m3/(m2.h)。XD一塔顶产品浓度。m。三设计方案的确定本设计任务为分离乙醇-水混合物，从而达到回收乙醇的目的， 采用回收塔操作。设计中采用泡点进料，将原料通过预热器加热 至泡点后送入回收塔内。乙醇常压下的沸点为78.3C，故可采用 常压操作。塔顶上升汽采用全凝器冷凝。因所分离物系的重组分 为水，故选用水蒸气直接蒸汽加热方法，釜液直接排放。选取125Y型金属孔板波纹填料。四.物性参数水和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度20 Ckg / m 3沸 点 (101.33Kp 20 C)比热容(20 C Kg/(kg. C)粘度(20C)m
7、Pa.s导热系数(20C)/(m. C表面张力 (20C)N/m水18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇c2h5oh46.0778978.32.391.150.17222.8常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表常压下乙醇一水系统txy数据如表16所小。表16 乙醇一水系统txy数据沸点t/C乙醇摩尔数/%沸点t/C乙醇摩尔数/%气相液相气相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.90
8、79.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41五回收塔的物料衡算乙醇摩尔质量M乙醇=46g/mol水的摩尔质量MH
9、2O=18g/moln 乙醇=m 乙醇/M 乙醇=100*10.5%*106/46=228260.8696moln m 水/M 水=100*106*89.5%/18=4972222.222moln 总二口 乙醇+n 水=5200483.092molxF=n 乙醇/n 总=0.0459因为泡点进料，故q=1，所以L=F；又因为L=W,所以F=WW=F=n 总/t=5200483.092/(24*3600)=60.191mol/s由物料衡算得F+V0=D+W所以V0=D=V对组分乙醇进行物料衡算得：Fxf=Dxd+WxwxW = (FxF- DxD)/W又因为n = DxD/( FxF) 得 Dx
10、D=n FxF所以 xw= (xF-n FxF)/W=(1-n ) xF=(1-98%)*0.0459=9.18*10-4 由回收塔理论板数的确定 可得：D=V= V0=32mol/s, xD=0.18故 F=W=L=60.191mol/sD= V0=V=32mol/s五回收塔理论板Nt的确定平衡线,5操作线y2=kV(y1-c)/L+b，1=kxw+|xxWxFxD由于液相中乙醇的浓度变化很小，在3.95*10-23.95*10-4之间，此时气液平衡曲线近似为一条直线，该直线方程为y=7.96x+0.008。操作线过点 皿,0)即(3.95*10-4, 0)的直线，其方程y=Fx/V0-Fx
11、w/V0 即为 y=60.191/ V0X-0.068/ V。由数学方法可知，第n块理论板上气相中乙醇浓度为 yn=Kv/L(ync)+b,共有n块理论板。当操作线为 y=60.191x/ V-0.068/ V,平衡线为 y=7.96x+0.008,若共有 n 块理论板，则 y =0.0467 V (y +0.067/ V) =6.63/ V n0n-100因为操作线斜率 xF/( xF- xw)VF/ V0V=0.29/( xF- xw)即(xF- xw)F/0.29 VV0V=( xF- xw)F/xf所以 22.87mol/sVV0=0.0326yi=k xw+b=7.92*10-4+0
12、.005=8.31*10-3y2=k V/L(yc)+b=0.0467 V0(yi+0.067/ V0)=0.0164y3=k V/L(y2-c)+b=0.0467 V0(y2+0.067/ V0)=0.0197y4=k V/L(y3-c)+b=0.0467 V0(y3+0.067/ V0)=0.0254y5=k V/L(y4-c)+b=0.0467 V0(y1+0.067/ V0)=0.0376y6=k V/L(y5-c)+b=0.0467 V0(y1+0.067/ V0)=0.04610.0326故此时理论板数为6进气量的变化与理论板数的关系53.17468.36395.7032U 4U
13、fjy HU lUCb蒸呢逸鼠tkiHoVhi由图可见，在流量达到43.50 kmol/h后，增加气量对理论板数影响不大，且 进气量越大，塔顶汽相组成越小，塔径越大，因此选择理论塔板数NT = 6,进气 量 V0 = 43.50 kmol/h。提馏线方程：y=2.897x-0.0044898六回收塔工艺条件及有关物性数据计算1. 操作温度计算塔顶温度tD=84.2C塔底温度 七二100笆平均温度 t=( tD + t/2=92.1C2. 平均摩尔质量计算由xD=y1=0.16,查平衡曲线得x0.016MVD=y1M 乙醇 + (1-y1)M 水=22.48kg/kmolMld=x1M 乙醇+
14、(1-x1)M 水=18.448kg/kmol由于塔底xw很小，塔底可看成只有主份水，故MVW=M水=MLw=18kg/kmol全塔平均摩尔质量：Mv= (MvD+Mvw)/2=20.24kg/kmolMl= (MLD+MLW)/2=18.224kg/kmol3. 平均密度计算气相平均密度计算：由理想气体状态方程得p v=PMv/(RT)=101.3*20.24/8.314*(92.1+273.15)=0.675kg/m3液相平均密度计算：由于操作过程中乙醇在液相中浓度很小可近似取p V=960kg/m34. 液体平均表面张力计算液体平均表面张力依据5 l=Z xi6 i计算塔顶液相平均表面张力的计算：由匕二82.2笆，查手册得 5 乙醇=1.67*10-
