乙醇水连续精馏塔的设计

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1、-化工原理课程设计任务书一一、设计题目：乙醇精馏塔二、设计任务及条件1、进料含乙醇38.2%，其余为水均为质量分率，下同2、产品乙醇含量不低于93.1%；3、釜残液中乙醇含量不高于0.01%；4、生产能力5000T/Y乙醇产品，年开工7200小时5、操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强：1. 03 atm绝对压强进料热状况：泡点进料；回流比：R=5单板压降：75mm液柱三、设计内容1、流程确实定与说明；2、塔板和塔径计算；3、塔盘构造设计： i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图； ii. 流体力学验算； iii. 塔板负荷性能图。4、其它：i. 加热蒸汽消耗量； ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗

2、量四、设计成果1设计说明书一份；2A4设计图纸包括：流程图、精馏塔工艺条件图。化工原理课程设计任务书(6) (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25%质量分数，下同，其余为水； 2) 产品的乙醇含量不得低于94%； 3) 残液中乙醇含量不得高于0.1%； 4) 生产能力为日产24小时 吨94%的乙醇产品； 5) 操作条件 a) 塔顶压力 4kPa表压 b) 进料热状态 自选 c) 回流比 自选 d) 加热蒸气压力 0.5MPa表压 e) 单板压降 0.7kPa。(三) 塔板类型浮阀塔。(四) 厂址厂址为*地区。(五) 设计内容1、设计说明

3、书的内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数确实定； 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； 5) 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) 精馏塔接收尺寸计算； 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。3.4 浮阀精馏塔设计实例 3.4.1 化工原理课程设计任务书 1 设计题目：别离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨开工率300天/年 原料：乙醇含量为2

4、0%质量百分比，下同的常温液体 别离要求：塔顶乙醇含量不低于95%塔底乙醇含量不高于0.2%建厂地址：* 3.4.2 塔板的工艺设计 1 精馏塔全塔物料衡算 F：原料液流量kmol/s *F：原料组成摩尔分数，下同D：塔顶产品流量kmol/s *D：塔顶组成W：塔底残液流量kmol/s *W：塔底组成 原料乙醇组成：塔顶组成：塔底组成：进料量：物料衡算式：F = D + WF *F= D *D+ W *W联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s， W = 0.2371 kmol/s2 常压下乙醇-水气液平衡组成摩尔与温度关系 在例如中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。

5、 表3-11 乙醇-水气液平衡组成摩尔与温度关系 温度/ 液相 气相 温度/液相 气相 温度/液相 气相 1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.991温度 利用表中数据由拉格朗日插值可求得tF、tD、tWtF ：

6、tF = 87.41tD ：tD = 78.17tW ：tW = 99.82精馏段平均温度：提馏段平均温度：2 密度 ：混合液密度：混合气密度：精馏段： 液相组成*1：*1 = 22.94%气相组成y1：y1 = 54.22%所以 提馏段 液相组成*2：*2 = 3.44%气相组成y2：y2 = 23.37%所以 表3-12 不同温度下乙醇和水的密度 温度/ 乙 水 温度/乙 水 80735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3求得在与下的乙醇和水的密度 ， ， ， 同理：， ， 在精馏段：液相密度： 气相密度：在提馏段：液相密度： 气相

7、密度：3 混合液体外表*力 二元有机物-水溶液外表*力可用以下各式计算 公式： 注： ， ， ， ， ， ， 式中下角标，w,o,s分别代表水、有机物及外表局部，*w、*o指主体局部的分子数，Vw、Vo主体局部的分子体积，w、o为纯水、有机物的外表*力，对乙醇q = 2。 精馏段表3-13 不同温度下的外表*力 温度/ 708090100乙醇外表*力/10-2N/m21817.1516.215.2水外表*力/10-2N/m264.362.660.758.8乙醇外表*力：水外表*力：因为，所以联立方程组 ， 代入求得：， ，1. 提馏段， 乙醇外表*力： 解得： 水外表*力： 解得： 因为，所以

8、联立方程组 ， 代入求得：， 4 混合物的粘度 ，查表得：，查表得： ，精馏段粘度：提馏段粘度：5 相对挥发度 精馏段挥发度：由，得，所以 提馏段挥发度：由，得，6 气液相体积流量计算 根据*-y图得： 取精馏段：，则有质量流量：体积流量：提馏段：因本设计为饱和液体进料，所以：，则有质量流量：体积流量：3 理论塔板的计算 理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。 理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。 根据1.01325105Pa下，乙醇水的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线，即*-y曲线图，泡点进料，所以q = 1，即q为一直线，本平衡具

9、有下凹局部，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，如图图略：*q = 0.0891， yq = 0.3025，所以，操作回流比：精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：在图上作操作线，由点0.8814, 0.8814起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q线交点，直到阶梯与平衡线交点小于0.00078为止，由此得到理论板NT = 26块包括再沸器加料板为第24块理论板。 板效率与塔板构造、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进展的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算。 注： 塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度 L 塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPas1精馏段

10、：，所以：，故块 2提馏段 ：，所以：，故 块 全塔所需实际塔板数：全塔效率：加料板位置在第53块塔板。 4 塔径的初步设计 (1) 精馏段 由，式中C可由史密斯关联图查出： 横坐标数值：取板间距：，则查图可知，横截面积：，空塔气速：(2) 提馏段 横坐标数值：取板间距：，则查图可知，圆整：，横截面积：， 空塔气速：5 溢流装置 (1) 堰长取出口堰高：本设计采用平直堰，堰上液高度按下式计算 近似取精馏段 提馏段 2 弓形降液管的宽度和横截面 查图得： 验算降液管内停留时间： 精馏段：提馏段：停留时间。故降液管可使用。 (3) 降液管底隙高度 精馏段 取降液管底隙的流速，则提馏段 取，取因为不

11、小于20mm，故满足要求。 6 塔板布置及浮阀数目与排列 1塔板分布 本设计塔径，采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。 2浮阀数目与排列 精馏段 取阀孔动能因子，则孔速每层塔板上浮阀数目为： 取边缘区宽度，破沫区宽度计算塔板上的鼓泡区面积，即：其中 所以浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距则排间距：考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一局部鼓泡区面积，因此排间距不宜采用81mm，而应小些，故取，按，以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数288个。 按重新核算孔速及阀孔动能因数 阀孔动能因数变化不大，仍在913*围内 塔板开孔率提馏段 取阀孔动能因子

12、，则每层塔板上浮阀数目为：按，估算排间距，取，排得阀数为244块 按块重新核算孔速及阀孔动能因数 阀孔动能因数变化不大，仍在913*围内 塔板开孔率浮阀数排列方式如下图图略 3.4.3 塔板的流体力学计算 1 气相通过浮阀塔板的压降 可根据计算 (1)精馏段 干板阻力：因，故：板上充气液层阻力 取液体外表*力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为 (2) 提馏段 干板阻力：因，故：板上充气液层阻力 取液体外表*力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度为 2 淹塔 为了防止发生淹塔现象，要求控制降液管中清液高度1精馏段 单层气体通

13、过塔板压降所相当的液柱高度液体通过液体降液管的压头损失 板上液层高度 取，已选定则可见所以符合防止淹塔的要求。 2提馏段 单板压降所相当的液柱高度液体通过液体降液管的压头损失 板上液层高度 取，则可见所以符合防止淹塔的要求。 3 物沫夹带 1精馏段 板上液体流经长度：板上液流面积：查物性系数，泛点负荷系数图对于大塔，为了防止过量物沫夹带，应控制泛点率不超过80%，由以上计算可知，物沫夹带能够满足的要求。 2提馏段 取物性系数，泛点负荷系数图由计算可知，符合要求。 4 塔板负荷性能图 1物沫夹带线 据此可作出负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点率80%计算： 精馏段 整理得：由上式知物沫夹带线为直线，则在操作*围内任取两个值算出提馏段 整理得：表3-14精馏段 Ls (m3/s)0.0020.01Vs (m3/s)4.794.39提馏段 Ls (m3/s)0.0020.01Vs (m3/s)5.835.332 液泛线 由此确定液泛线，忽略式中而精馏段