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1、11课程设计：分离乙醇一水混合液 的筛板精馏塔设计与实现新疆工业高等专科学校课程设计说明书题目名称：分离乙醇水混合液的筛板精馏塔设计系 部：化学工程系专业班级：煤化093 (2)班学生姓名：指导教师：完成日期： 2011-7-7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，
2、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：设计一个生产能力为5000kg/h,原料中乙醇含量为30%（质量分数，以下同）, 分离要求为塔顶乙醇含量不低于95%；塔底乙醇含量不高于0.4%；常压下操作， 塔顶采用全凝器,饱和液体进料的浮阀精馏塔。关键
3、词：精馏塔、浮阀、设计目录1.筛板精馏塔的设计11. 1塔型的选择11.2设计条件的选择 11.3物料衡算11.4相平衡关系11.5塔板数的确定1151确定进料热状态 11.5.2求最小回流比Rmin 2153选择回流比R 21.5.4求取理论板数NT 21.5.5灵敏板的确定21.5.6确定实际板数N 21.6塔板的设计（只设计精馏段） 21.6.1塔径初选与计算 31.6.2塔板详细设计41.7负荷性能图42板塔的工艺设计52.1塔的类型是：板式塔52.2设计条件的选择 52.3精馏塔全塔物料恒算52.4相平衡关系62.5塔板数的确定62.5.1确定进料热状态 62.5.2求最小回流比Rm
4、in 62.5.3选择回流比R 62.5.4相对挥发度 72.5.5求取理论板数NT 72.5.6确定实际板数N 83塔径初选与计算93.1物性数据103.1.1定性温度：103.1.2气相和液相平均摩尔量103.1.3液相轻组分质量分率与气相和液相平均密度113.1.4气相和液相体积流量123.1.5混合液体液表面张力 133.1.6混合液的黏度 153.1.7相对挥发度163.2选取板间距H 163.3液泛气速umax和气速u 163. 4降液管型式与堰长l ，计算塔径D 17w3.4.1降液管型式：单流型173.4.2 堰长 I 17w3.4.3塔径 D 173.5塔板详细设计173.5
5、.1溢流堰的型式和高度h 173.5.2降液管和受液盘的结构及有关尺寸 183.6塔板布置183.7塔板校核193.7.1降液管液泛193.7.2降夜管内停留时间203.7.3液沫夹203.7.4漏液克服液面表面张力的作用引起的压降h 203.8负荷性能图213.8.1气体流量的流体力学上下线21附图1 24附图2 25参考文献 271.筛板精馏塔的设计11 塔型的选择填料、板式（泡罩、浮阀、筛板、舌形、网孔、垂直筛板、多降液管塔板等）1.2 设计条件的选择（1）操作压强（常压、加压、真空）；（2）进料热状态和回流热状态；（3）加热方式（直接、间接）；（4）冷凝与冷却。条件选择的原则：技术上可
6、行、经济上合理。1.3 物料衡算全塔物料横算 F=D+WFx =Dx +WxFDW联立解得：D, W1.4 相平衡关系可认为对本次设计给出的物系，溶液为理想溶液，气体为理想气体。査平衡数据，将t,x,y三个参数同时绘制在一张方格纸上作tA Ax （y）图，然后根据tx （y）图作yx图。1.5 塔板数的确定1.5.1确定进料热状态泡点进料： q 11.5.2求最小回流比 Rmin可用图解法确定ye、xe （q线与平衡线交点）。1.5.3选择回流比 R最适宜回流比的选择原则：总费用最低。R = （1.22.0） Ropt min1. 5.4求取理论板数NT逐板计算法：交替使用平衡方程与操作线方程
7、（也可用图解法）1. 5. 5灵敏板的确定由每块理论板的组成 x ，可查出对应的泡点 t ，作温度分布曲线 tN ） ，可大致确定灵敏板的位置。T然后，再由全塔效率定出灵敏板所对应的实际板位置。156确定实际板数N由Oconnell关联图确定全塔效率E。TN 1实际板数：N =，塔釜为一块理论板ntr为精馏段理论板数。ET N 加料板位置：Nm 一 -eEr+1ET1.6 塔板的设计（只设计精馏段）设计意图：总体逆流、板上错流。克服塔内的非理想流动：液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。克服塔的不正常操作现象：夹带液泛、溢流液泛、严重漏液。）1.6.1塔径初选与计算1)物性数
8、据定性温度：:=2-+tF)，由查取的平衡组成xA，yj密度：， Plb；表面张力：A，B气相平均摩尔量：MV = MAyA + MB(1 _ yA)M 273气相平均密度：p v 22.4 X t + 273273 +1气相体积流量：Vh 二(R + 1)DX22.4x_273_, m3/h液相平均摩尔量：ML = MAxA + MB(1 _ xA)xM液相轻组分质量分率：WA二x M +A(1 _x )MA AA B1 w 1_ w 液相平均密度：亍二PA + P APLPLAPLBM液相体积流量：Lh = RD x L，m3/hp L液相表面张力近似为：Q =G AXA +Q B (1
9、_ XA )选取板间距Ht (预选450 mm)注意：现在一般都采用较大的板间距(3) 求液泛气速umax计算气液两相流动参数(动能因子)F，查取气相负荷因子C。LV 20Q P _ PU二 C-)0-2(-max 20P0.2(4) 设计气速uu=(0.60.8)umax(5) 确定降液管型式与堰长1，计算塔径Dw单流型、双流型、多流型、阶梯流型。弓形降液管，单流型取1w/ D = 0.60.8。注意圆整规则,100 mm进位；200 mm进位。1. 6. 2塔板详细设计(1) 溢流堰的型式和高度hw一般为平堰，堰上溢流高度h W 6 mm时用齿形堰。ow(2) 降液管和受液盘的结构及有关尺
10、寸弓形降液管一般是垂直的。为保证液封，避免堵塞，降液管底部 与塔板的间隙ho为：hw -ho 612 mm(3)塔板布置一般取边缘区宽度Wc =50mm，安定区宽度Ws =70mm4)塔板校核具体参见教材1.7 负荷性能图1)液相下限线 2)液相上限线（3）漏液线（4）过量液沫夹带线（5）溢流液泛线（6）操作点与操作线方格纸上画负荷性能图。V塔的操作弹性：K = vmax沁3，比较理想。min2 板塔的工艺设计2.1塔的类型是：板式塔2.2设计条件的选择（1）操作压强：常压；（2）进料热状态和回流热状态：泡点进料；（3）加热方式：直接；（4）冷凝与冷却。 条件选择的原则：技术上可行、经济上合理
11、。2.3精馏塔全塔物料恒算设计题目：分离乙醇水混合液的浮阀精馏塔设计原始数据及条件：生产能力：年处理乙醇一水混合液5000Kg/h；原料：乙醇含量为30%;分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%（质量分数）；塔底乙醇含量不高于0.4%（质量分数）；F：原料液流量（kmol/s）XF :原料液组成（mo1 %）D：塔顶产量流量(kmol/s)XD :塔顶组成(mO1 %)W：塔底残留液流量(kmol/ s)xw :塔底组成(mo1 %)原料乙醇组成：Xf = 30%塔顶组成：xd 二 95 二8814%0.4 46塔底组成：Xw - 0.4 46 + 99.6 18 0.016%6000查平衡,然后
12、y用图解法确定 exe因为泡点进料，根据y-x曲线图知:二 0.30qF = = 227.27kmol / h进料量：0.3 x 46 + 0.7 x 18物料恒算式：F = D + W+WxD联立代入求解：D= 44.95 kmo1 / h W= 182.32 kmo1 / h2.4相平衡关系可认为对本次设计给出的物系，溶液为理想溶液，气体为理想气体 数据，将t, xA, yA三个参数同时绘制在一张方格纸上作tx (y)图 根据tx (y)图作yx图见附图1。2.5塔板数的确定2.5.1确定进料热状态q 1泡点进料：2.5.2求最小回流比 Rminy = o. 575qRminx - y=D
13、q_y xqq08814-也=1.120.575 - 0.302.5.3选择回流比 R取 R = 2R = 2 x 1.12 = 2.24min2.5.4相对挥发度精馏段挥发度：由Xa = 0-4778y = 0.6469 得X =心,儿=g所以yB* xA0.6469 x 0.52220.3531 x 0.4778提溜段挥发度：由XA = O.0550y a = .3180 得x =0.9450， y =0.6820B，B所以y x x=AB f f yx xx BA03180 X .9450 = 8.010.6820 x 0.05502.5.5求取理论板数NT理论板：指离开这种板的气、液两
14、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，在本次实验设计中可采 用图解法。根据在L。1325 2.01 -1.01 x y1 105pa下，乙醇一水的气、液平衡组成关系可绘制出平衡曲 线，即xy曲线图，泡点进料，所以q=1,即q为一直线，本平衡具有以下凹部 分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，如图（图14）：x = x = 0.1436 qFyq =0.338 ， 所以 Rmin =1.12操作线回流比R=2R =2.24； ； miny = R x + Xd = 0.69x + 0.27已知：精馏段操作线方程n+1R +1 n R +1 ny= x -x = 2.25x -0.0002提溜段操作线方程：m+1L-W m L-W W m精馏段平衡方程：2.01-1.01y；提馏段平衡方程：
