乙醇-水精馏塔设计.doc

该【乙醇-水精馏塔设计 】是由【峰哥】上传分享，文档一共【18】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【乙醇-水精馏塔设计 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。-1-
符号说明:
英文字母
Aa----塔板的开孔区面积;m2
Af----降液管的截面积;m2
AT----塔的截面积m
C----负荷因子无因次
C20----表面张力为20mN/m的负荷因子
do----阀孔直径
D----塔径
ev----液沫夹带量kg液/kg气
ET----总板效率
R----回流比
Rmin----最小回流比
M----平均摩尔质量kg/kmol
tm----平均温度℃
g----
F----阀孔气相动能因子kg1/2/
hl----进口堰与降液管间的水平距离m
hc----与干板压降相当的液柱高度m
hf----塔板上鼓层高度m
hL----板上清液层高度m
h1----与板上液层阻力相当的液注高度m
ho----降液管底隙高度m
how----堰上液层高度m
hW----溢流堰高度m
hP----与克服表面张力的压降相当的液注高度m
H-----浮阀塔高度m
HB----塔底空间高度m
Hd----降液管内清液层高度m
HD----塔顶空间高度m
HF----进料板处塔板间距m
HT·----人孔处塔板间距m
HT----塔板间距m
lW----堰长m
Ls----液体体积流量m3/s
N----阀孔数目
P----操作压力KPa
△P---压力降KPa
△Pp---气体通过每层筛的压降KPa
NT----理论板层数
u----空塔气速m/s
Vs----气体体积流量m3/s
Wc----边缘无效区宽度m
Wd----弓形降液管宽度m
Ws----破沫区宽度m
希腊字母
θ----液体在降液管内停留的时间s
υ----
ρ----密度kg/m3
σ----表面张力N/m
φ----开孔率无因次
X`----质量分率无因次
下标
Max----最大的
Min----最小的
L----液相的
V----气相的
m----精馏段
n-----提馏段
D----塔顶
F-----进料板
W----塔釜
-18-
-18-
-18-
一、概述
乙醇~水是工业上最常见的溶剂;也是非常重要的化工原料之一;是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物..因其良好的理化性能;而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业..近些年来;由于燃料价格的上涨;乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势;且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用..山东业已推出了推广燃料乙醇的法规..
长期以来;乙醇多以蒸馏法生产;但是由于乙醇~水体系有共沸现象;普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好..但是由于常用的多为其水溶液;因此;研究和改进乙醇`水体系的精馏设备是非常重要的..
塔设备是最常采用的精馏装置;无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用;在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的..

本设计依据于教科书理论及查阅教参文献为设计实例;对所提出的题目进行分析并做
出理论计算..

目前;精馏塔的设计方法以严格计算为主;也有一些简化的模型;但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的;我们此次所做的计算也采用严格计算法..

原料:乙醇—水溶液年产量50000吨
乙醇含量:42%质量分数料液初温:45℃
设计要求:塔顶乙醇含量为90%质量分数
%质量分数
物性附表:
表一:乙醇—水汽液平衡数据
摩尔分数x
摩尔分数y
T/℃
摩尔分数x
摩尔分数y
T/℃


100

``
























表二:塔板间距与塔径的关系
塔径D/m
~
~
~
~
~
板间距HT
200~300
250~350
300~450
350~600
400~600

塔型选择:
根据生产任务;若按年工作日300天;每天开动设备24小时计算;产品流量为;由于产品粘度较小;流量较大;为减少造价;降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响;提高生产效率;选用浮阀塔..
操作压力:
由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强;常压下为液态;为降低塔的操作费用;操作压力选为常压
-2-
其中塔顶压强为:0kPa表压
饱和蒸汽压力:
进料状态:
虽然进料方式有多种;但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响;塔的操作比较容易控制;此外;饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同;无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易;为此;本次设计中采取饱和液体进料
加热方式:
精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应;由于乙醇~水体系中;乙醇是轻组分;水由塔底排出;且水的比热较大;故可采用直接水蒸气加热;这时只需在塔底安装一个鼓泡管;于是可省去一个再沸器;并且可以利用压力较低的蒸汽进行加热;无论是设备费用还是操作费用都可以降低..

厂址位于宁夏地区
宁夏地区大气压为:
二、工艺计算
由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准;需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数
原料液的摩尔组成:
同理可得:XD==
原料液的平均摩尔质量:
同理可得:MD==
45℃下;原料液中:
由此可查得塔顶、塔底混合物的沸点;详见表三
表三:原料液、馏出液与釜液的流量与温度
名称
料液XF
馏出液XD
釜液XW
X/%
42
90

X摩尔分数



摩尔质量Kg/Kmol



沸点温度t/℃





由相平衡方程式
根据乙醇—水体系的相平衡数据可以查得表一:
-3-

当进料为饱和液体时:
;则
取
、釜残液量及加热蒸汽量的计算
;每天开车24h计算;进料量
由全塔的物料衡算方程可写出:

塔顶全凝器的热负荷:
由汽液平衡数据查得组成XF=—℃;+45/2=64℃下;由附录查得乙醇与水的相关物性如下:
乙醇的汽化潜热:rA=1000kJ/kg
水的汽化潜热:rB=2499kJ/kg
则可得平均汽化潜热:
精馏段:V=R+1D
则塔顶蒸汽全部冷凝为泡点液体时;冷凝液的热负荷为
-4-
取水为冷凝介质;其进出冷凝器的温度分别为20℃和30℃则平均温度下的比热
;于是冷凝水用量可求得:

以釜残液对预热原料;则将原料加热至泡点所需的热量可记为:
;在进出预热器的平均温度以及的情况下可以查得比热;所以:
釜残液放出的热量:
那么平均温度
查其比热为;因此
可知;;于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点

由上述计算可知
按平衡数据可得平衡曲线如图所示;在对角线上找到a点;该点横坐标为..
由精馏段操作曲线截距;找出b点;连接ab即为精馏段操作曲线;以对角线上f点为起点;因为q=1;所以作与ab的交点为d;由在对角线上确定点c;连接c、d两点可得提馏段操作线;从a点起在平衡线与操作线之间作阶梯;求出总理论板数;由图可知
所需总理论板数为19块;第15块板加料;精馏段需板14块板;提馏段需5块板..

用奥康奈尔法对全塔效率进行估算:
-5-
全塔的平均温度:
在温度下查得
因为;所以可得:
全塔液体的平均粘度:
全塔效率

其中;精馏段的塔板数为:
三、精馏段的工艺条件

塔顶操作压力
每层塔板压降
塔釜操作压降
进料板压降
精馏段平均压降
提馏段平均压降

由乙醇-水体系的相平衡数据可以得到:
塔顶温度
进料板温度
塔釜温度
精馏段平均温度
-6-
提馏段平均温度


精馏段
整理精馏段的已知数据列于下表;由表可得:
位置
进料板
塔顶第一块板
质量分数
摩尔分数
摩尔质量kg/kmol
液相平均摩尔质量:
气相平均摩尔质量:
同理可得:
提馏段
位置
进料板
塔釜
质量分数
摩尔分数
摩尔质量kg/kmol
液相平均摩尔质量:
气相平均摩尔质量:

精馏段
1在平均温度下查得:
液相平均密度为:
-7-
其中;平均质量分数
所以;
2气相平均密度由理想气体状态方程计算;即
同理可得提馏段

1塔顶液相平均表面张力的计算
当乙醇的质量分数为90%时;查得图乙醇-水混合液的表面张力25℃可得
;且乙醇的临界温度为243℃;℃;则混合液体的临界温度为:
将混合液体的临界温度代入可得
解得:
2进料板液相平均表面张力的计算
当乙醇的质量分数为42%时;查得图乙醇-水混合液的表面张力25℃可得
;且乙醇的临界温度为243℃;℃;则混合液体的临界温度为:
将混合液体的临界温度代入可得
解得:
3塔釜液相平均表面张力的计算
%时;查得图乙醇-水混合液的表面张力25℃可得
-8-
;且乙醇的临界温度为243℃;℃;则混合液体的临界温度为:
将混合液体的临界温度代入可得
解得:
所以;精馏段液相平均表面张力:
提馏段液相平均表面张力:
四、塔体工艺尺寸计算

、提馏段的气液相负荷
精馏段的汽液相负荷:
提馏段的汽液相负荷:
塔径计算
1由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大;为便于制造;取两段的塔径相等;根据以上计算结果可得:
汽塔的平均蒸汽流量:
汽塔的平均液相流量:
-9-
汽塔的气相平均密度:
汽塔的液相平均密度:
2由上可知功能参数:
查史密斯关联图得:则可得:
根据他镜系列尺寸圆整为
由此可由塔板间距与塔径的关系表选择塔板间距
此时;精馏段的上升蒸汽速度为:
提馏段的上升蒸汽速度:

精馏塔的塔体总高度不包括裙座和封头由下式决定:
式中:
所以;


-10-