乙醇水精馏塔设计.docx

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1、综合运用“化工原理”和相关选修课程的知识，联系化工生产的实际完成单元操作的化工设计实践，初步掌握化工单元操作的基本程序和方法。熟悉查阅资料和标准、正确选用公式，数据选用简洁，文字和工程语言正确表达设计思路和结果。树立正确设计思想，培养工程、经济和环保意识，提高分析工程问题的能力。二、设计任务及操作条件在一常压操作的连续精储塔内分离乙醇一水混合物。生产能力（塔顶产品）3000kg/h操作周期进料组成塔顶储出液组成 塔底播出液组成 操作压力进料热状况 单板压降： 设备型式 三、设计内容：300天/年25%（质量分数，下同）294%0.1%4kPa（塔顶表压）泡点0.7kPa (4) (6) (8)

2、 筛板精循塔的物料衡算；塔板数的确定：精储塔的工艺条件及有关物件数据的计算;精锚塔的塔体工艺尺寸计算；塔板主要工艺尺寸的计算；塔板的流体力学验算：塔板负荷性能图；精锚塔接管尺寸计算；绘制生产工艺流程图；（10）绘制精储塔设计条件图；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。r设计计算（一）设计方案选定本设计任务为分离水一乙醇混合物。原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热至84C后送入连续板式精锚塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。1精储方式：本设计采用连续

3、精储方式。原料液连续加入精微塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大,因而无须采用特殊精储。2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大,塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定，为减少操作成本采用30度原料冷液进料。5由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。6再沸器，冷

4、凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至65度回流入塔。冷凝冷却器安装在较低的框架上，通过回流比控制期分流后，用回流泵打回塔内，馅出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储槽备稀释其他工段污水排放。(二)精储塔的物料衡算原料液处理量为3000kgh,(每年生产300天)，塔顶产品组成94%(ww)乙醇。原料25%(ww)乙醇水溶液，釜残液含乙醇0.1%(ww)的水溶液。分子量M水=18kg/kmol；M乙醇=46kg/kmolo1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率原料摩尔分数：XF=(0.25/46)/(0.25/46+0.75/78)=0.115

5、4塔顶摩尔分数：XD=(0.94/46)/(0.94/46+0.06/18)=0.860塔釜残液的摩尔分数：xW=(0.001/46)/(0.001/46+0.999/18)=0.0004原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=OJl54*46+(1-0.1154)*18=21.2312kgkmolMD=0.860*46+(l-0.86)*18=42.08kgkmolMW=O.0004*46+(1-0.0004)*18=18.0112kgkmol物料衡算原料的处理量F=3000(300*24)/21.2312=19.63kmol/h总物料衡算I963=D+W乙醇的物料衡算19.63*0.115

6、4=0.86*D+0.0004*W解得：塔顶采出量D=2.626塔底采出量W=17.004(三)精微工艺条件计算1.理论塔板数NT的求取错误!未找到引用源。确定回流比R乙醇一水属于理想物系，可采用图解法求回流比R和理论塔板数。错误!未找到引用源。由手册查得乙醇一水物系的气液平衡数据，绘出x-y图，见下图。常压下乙醇一水溶液的t-x-y图常压下乙爵-水溶液的-y图错误!未找到引用源。求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比，在图1中对角线上，自点G(OI15,0.115)作垂线ec即为进料线,该线与平衡线的交点坐标为y=0.45x=0.l15故最小回流比为Rmin=(0.86-0.45)

7、(0.45-0.115)=1.22取操作的回流比为R=2Rmin=2*1.22=2.44取整R=2.5错误!未找到引用源。求气液相负荷1.=RD=2.5*2.626=6.565V=(R+l)D=3.5*2.626=9.1911.=L+F=6.565+19.63=26.195V=V=9.191错误!未找到引用源。求操作线方程精循段操作线方程为：Y=L*XV+D*XDV=0.714x+0.246提偏段操作线方程为：Y=L*X/V-W*XWV=2.85Xz-0.0007确定理论塔板数。结果见上图，得理论塔板数NT=15块(不包括再沸器)，精锅段12块，提微段3块(不包括再沸器)错误!未找到引用源。确

8、定实际塔板数。精谯段实际塔板数N精=12/0.52=23块提储段实际塔板数N提=3/0.52=6块精播塔工艺参数汇总表精谯塔工艺参数汇总NpN精N提ETNTRRmin292360.52152.51.224.精储塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1操作压力计算4.1.1 塔顶操作压力4.1.2 每层塔板压降4.1.3 进料板压力4.1.4 精储段平均压力PD=101.3+4=105.3kPaP=0.7kPaPF=105.3+0.7*23=121.4kPaPM=(105.3+121.4)/2=113.35kPa4 .2操作温度计算依据据操作压力,由泡点方程通过试差法计算出泡点温度,其中乙醇与水的

9、饱和蒸气压由安托因方程InP*=A-B(T+C)计算,计算过程略.计算结果如下：塔顶温度tD=78.0C进料板温度tF=84.0精储段平均温度温tm=(78.0+82.0)2=81.0C4.3 平均摩尔质量的计算由XD=yl=0.86,查平衡曲线得：Xl=0.825塔顶液相的平均摩尔质量：MVDm=0.8646+(1-0.86)18=42.08kgkmolMLDm=0.825X46+(1-0.825)18=41.1kg/kmolyF =0.415进料板的摩尔质量，由图解理论板得由平衡曲线得：XF=0.25MVFm=0.41546+(1-0.415)18=29.62kgkmolMLFm=0.25

10、46+(1-0.25)18=25kgkmol平均摩尔质量：MVm=(42.08+29.62)/2=35.85kg/kmolMLm=(41.1+25)2=33.05kgkmol4.4 平均密度计算气相平均密度计算PVm=Pm*MVmR*Tm=113.35*35.85/8.314*(81.0+273.15)=1.337kgm3液相平均密度计算塔顶TD=78C查手册P水=973kgm3,P乙醇=744.4kgm3进料TF=820C查手册P水=969kgm3,P乙醇=737.3kgm3塔顶密度PLDH=1/XD/PA(1-XD)/PB=735.3kgm3进料板的液相质量分数：A=XF*MAXF*MA+

11、(1-XF)MB=0.46进料板的液相密度：PLDM=lAPA+(l-A)/PB=833.3kgm3精偏段的平均密度PLDM=(735.3+833.3)/2=784.3kg/m34.5 液体平均表面张力的计算塔顶表面平均张力由T=78C查手册得：。水=62.9mNm,。乙醇=18.46mNmIDm=I8X0.86+62.9X(1-0.86)=24.68mNm进料板的表面张力由T=84C查手册得：。zK=61.8103Nm,。乙醇=17.88X103Nm。lFm=17.880.25+61.8(l-0.25)=50.82mNm精偏段的液相平均表面张力LM=(24.68+50.823)2=37.75

12、mNm5 塔径和塔高的计算5.3 塔径的计算精锚塔的气，液体体积流率为VS=0.07m3s1.s=0.0001m3s由 umax=C查图表 匕（夕=0.027取板间距HT=0.4m板上液层高度hL=0.06m查化工原理课程设计P105图5-1得：C20 = 0.074C = C20=0.074 * = 0.084UmaX = C1.59 m/s取设计的泛点率为07,则空塔气速为:U=0.7Umax=1.113ms塔径D=0.28m圆整得：D=OJm4JTrx9乃=DJ-2塔截面积为：4=4*0.3=o.O7ltn:=lms实际空塔气速为：00715.4 精福塔有效高度的计算精储段的有效高度Z精

13、=(N精-1)HT=(23-l)0.4=8.8m提储段的有效高度Z提=(N提-1)HT=(6-1)0.4=2m在进料板的上方开人孔其高度为=08m,故精馈段的有效高度为：Z=Z精+Z提+0.8=10.6G11m6 .塔板主要工艺尺寸的计算6.3 溢流装置的计算：因塔径和流体量适中，选取单溢流弓形降管。堰长Q取Iw=0.66。=0.2Wi溢流堰高度除由K=选用平直堰，堰上液层高度K,取板上清液层高度%=0.6m故hw=hl-*=0.6-0.0002=0.0598m弓形降液管宽度也和截面积A，上二0.66由。查化工原理课程设计Pl12图5-7得%=0.124?=0.0722D4Af=0.0722*

14、0.071=0.00513m故也=0.124*0=0.124*0.3=0.0372/液体在降液管停留的时间，即1.h0.01*3600故降液管设计合理。降液管底隙高度为h0=U3600O取*=0.08=则hw-h0=0.0598-0.00625=0.0540,006m故降液管底隙高度设计合理6.4 塔板布置边缘宽度的确定，查化工原理课程设计P114取叱=7Wc=0.05m所以开孔的面积AaA-2(xyr2-X2+-sin11180rJx=-Wd-Ws=0.15-0.0372-0.07=0.0428m厂=2-叱.=0.150.05=0.1加2代入式中解得：4=0.08462筛孔的计算筛孔的孔径=5z机，=3mm用中心而t为t=3do=3*0.005=0,015m1.155*0.084Cn=431筛孔的数目为001520=0.907件开孔率为It=10.1%一=”=8.25气体通过阀孔的气速为：40.101*0.084m7s7.塔板流动性能的校核7.1 液沫夹带的校核液沫夹带量ev,即5.7*W6hf=2.5*0.06=0.15w代入得.，