乙醇水连续精馏塔的设计

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 4k

2、Pa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20%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

3、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。 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 ：

4、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

5、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,

6、 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 ：，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

7、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，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

8、 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

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