乙醇水精馏塔设计(共18页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上⑴ 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⑵ 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⑶ 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馏塔内分离乙醇－水混合物生产能力（塔顶产品）3000 kg/h操作周期 300 天／年进料组成 25%（质量分数，下同）塔顶馏出液组成 ≥94%塔底馏出液组成 ≤0.1%操作压力 4kPa（塔顶表压）进料热状况 泡点单板压降： ≤0.7 kPa设备型式 筛板三、设计内容：(1) 精馏塔的物料衡算；(2) 塔板数的确定：(3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算；(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) 精馏塔接管尺寸计算；(9) 绘制生产工艺流程图；(10) 绘制精馏塔设计条件图；(11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。

[ 设计计算 ]（一） 设计方案选定本设计任务为分离水－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84℃后送入连续板式精馏塔（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精馏方式：本设计采用连续精馏方式原料液连续加入精馏塔中，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馏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，馏出产品进入储罐。

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） 精馏塔的物料衡算原料液处理量为3000kg/h,（每年生产300天），塔顶产品组成94%（w/w）乙醇原料25%（w/w）乙醇水溶液，釜残液含乙醇0.1%（w/w）的水溶液分子量M水=18 kg/kmol；M乙醇=46 kg/kmol1.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)=0.1154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)=0.00042 原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.1154*46+(1-0.1154)*18=21.2312kg/kmolMD=0.860*46+(1-0.86)*18=42.08kg/kmolMW=0.0004*46+(1-0.0004)*18=18.0112kg/kmol3 物料衡算 原料的处理量 F=3000/（300*24）/21.2312=19.63 kmol/h总物料衡算 19.63=D+W乙醇的物料衡算 19.63*0.1154=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） 精馏工艺条件计算1.理论塔板数NT 的求取⑴ 确定回流比R乙醇—水属于理想物系，可采用图解法求回流比R和理论塔板数。

① 由手册查得乙醇—水物系的气液平衡数据，绘出x-y图，见下图常压下乙醇—水溶液的t-x-y图常压下乙醇—水溶液的t-x-y图 ② 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（0.115，0.115）作垂线ec即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为 y=0.45 x=0.115故最小回流比为Rmin=(0.86-0.45)/(0.45-0.115)=1.22 取操作的回流比为 R=2Rmin=2*1.22=2.44 取整 R=2.5③ 求气液相负荷L=RD=2.5*2.626=6.565V=（R+1）D=3.5*2.626=9.191L′=L+F=6.565+19.63=26.195V′=V=9.191④ 求操作线方程精馏段操作线方程为: Y=L*X/V + D*XD/ V =0.714ⅹ+0.246提馏段操作线方程为: Yˊ= Lˊ*Xˊ/Vˊ - W*XW/ Vˊ =2.85ⅹ′-0.0007⑵ 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），精馏段12块，提馏段3块（不包括再沸器）⑶ 确定实际塔板数。

精馏段实际塔板数 N精 = 12/0.52=23块 提馏段实际塔板数 N提 = 3/0.52= 6块精馏塔工艺参数汇总表精馏塔工艺参数汇总NpN精N提ETNTRRmin292360.52152.51.224．精馏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 PD =101.3　＋　4＝105.3 kPa 4.1.2 每层塔板压降 △P = 0.7　kPa　　 4.1.3 进料板压力　　　PＦ= 105.3 + 0.7 * 23 = 121.4kPa 4.1.4 精馏段平均压力 PM = ( 105.3+121.4)/2= 113.35kPa 4．2 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,其中乙醇与水的饱和蒸气压由安托因方程[㏑P*=A - B /(T +C)] 计算,计算过程略.计算结果如下: 塔顶温度 tD = 78.0℃ 进料板温度 tF = 84 .0℃ 精馏段平均温度温 tm =( 78.0 + 82.0 ) /2 = 81.0℃4.3 平均摩尔质量的计算由XD=y1=0.86，查平衡曲线得：X1= 0.825 塔顶液相的平均摩尔质量： MVDm=0.8646 +(1-0.86)18 = 42.08kg/kmol MLDm= 0.825 46 +(1- 0.825 ) 18 = 41.1 kg/kmol 进料板的摩尔质量，由图解理论板得 yF =0.415 由平衡曲线得：XF =0.25 MVFm=0.41546+（1-0.415）18 = 29.62kg/kmol MLFm=0.2546 +(1-0.25) 18 = 25kg/kmol 平均摩尔质量： MVm=(42.08 + 29.62)/2=35.85 kg/kmol MLm=(41.1 + 25)/2=33.05kg/kmol 4.4 平均密度计算气相平均密度计算ρvm = Pm * MVm / R * Tm =113.35 * 35.85/8.314 * (81.0 + 273.15)=1.337 kg/m3液相平均密度计算塔顶TD=78℃查手册ρ水= 973 kg/ m3, ρ乙醇 = 744.4 kg/m3进料TF=82℃查手册ρ水= 969 kg/ m3, ρ乙醇 = 737.3 kg/m3塔顶密度 ρLDH= 1/[XD/ρA + (1-XD)/ ρB] = 735.3 kg/ m3进料板的液相质量分数： ɑA= XF*MA/[XF*MA+(1-XF)MB] = 0.46进料板的液相密度:ρLDM= 1/[ɑA /ρA + (1-ɑA)/ ρB]= 833.3 kg/ m3精馏段的平均密度ρLDM=(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=78℃查手册得：σ水=62.9mN/m, σ乙醇=18.46mN/mσlDm=180.86+62.9(1-0.86)=24.68mN/m进料板的表面张力由T=84℃查手册得：σ水=61.8103N/m,σ乙醇=17.88 103N/mσlFm=17.880.25＋61.8 (1-0.25)＝50.82mN/m精馏段的液相平均表面张力σLM =（24.68+50.823）/2=37.75mN/m5 塔径和塔高的计算 5.1 塔径的计算精馏塔的气，液体体积流率为VS= 0.07 m3/sLs= 0.0001 m3/s由umax=查图表 =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 = C = 1.59 m/s取设计的泛点率为0.7，则空塔气速为：U = 0.7 Umax = 1.113m/s塔径D= =0.28m圆整得：D=0.3m塔截面积为：=*=0.071实际空塔气速为：5.2 精馏塔有效高度的计算精馏段的有效高度Z精=（N精-1）HT=(23-1)0.4 = 8.8 m提馏段的有效高度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φ=0.8m,故精馏段的有效高度为： Z= Z精+ Z提+0.8=10.6︽11m6. 塔板主要工艺尺寸的计算 6.1 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。

⑴堰长取⑵溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度=0.0002m取板上清液层高度=0.6m故m ⑶ 弓形降液管宽度和截面积由 查《化工原理课程设计》P112图5-7得 故液体在降液管停留的时间，即故降液管设计合理⑷降液管底隙高度 取 m/s，则故降液管底隙高度设计合理 6.2塔板布置⑴边缘宽度的确定，查《化工原理课程设计》P114 取 ，所以开孔的面积代入式中解得：=0.084 ⑵筛孔的计算筛孔的孔径，孔中心距 t为 筛孔的数目为 开孔率为 =10.1％气体通。