化工水乙醇連續(xù)精餾塔實施方案

1、個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)【設(shè)計計算 】（一）設(shè)計方案地確定本設(shè)計任務(wù)為分離乙醇和水地混合物 . 對于二元混合物地分離，應(yīng)采用常壓下地連續(xù)精餾裝置 . 本設(shè)計采用泡點進(jìn)料，將原料液經(jīng)過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)，塔頂上升蒸汽采用全凝氣冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)， 其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器后送入儲罐. 該物系屬不易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比地 1.6 倍，塔釜采用直接加熱蒸汽加熱， 塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐 . b5E2RGbCAP（二）工藝計算1、物料衡算：原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品地摩爾分?jǐn)?shù)如下.MA=46kg/kmol （乙醇）MB=18kg/kmol （水）x

2、=0.40 / 46F0.40 / 460.60/ 18xD=0.92/ 460.92 / 460.08/18=0.21=0.82又MF=MAxF+（1-x F） MB=46 0.21+(1-0.21) 18=23.88MD=0.82 46+(1-0.82) 18=40.96 qn.D=1.8107 /(33024)=55.48kmol/h0.8246(10.82)18= qn. DxD = 55.480.82 =0.99qn.FxFqn.F0.211/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)qn.F =218.82kmol/hq /qn.F=（x -x）/(x-x)n.DFWDW即55.48/218.8

3、2=0.21xw0.82xwxw=0.00295qn.F xF=qn.D +qn.w xw218.82 0.21=55.48 0.82+q n.w 0.00295qn.w=155.46kmol2、Rmin 地確定y02468101.00100.950.900.850.8080.750.700.650.6060.55y0.500.450.4040.350.300.250.2020.150.100.050.0000.00 0.050.10 0.15 0.200.250.30 0.35 0.400.450.500.55 0.600.650.700.75 0.80 0.850.900.95 1.00x

4、圖 12/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)乙醇水體系為非理想體系，其平衡曲線有下凹部分， 當(dāng)操作線與 q 線地交點尚未落在平衡線上之前，操作線已與平衡線相切， 如圖1. 此時 Rmin可由點（xD，yD）向平衡曲線向切線地斜率求得 . p1EanqFDPw由附圖可見，該切線地斜率為R min= 0.55 0.42 =0.13R min 10.21求得： Rmin=1.625 R=1.6Rmin=2.60由于物料采用泡點進(jìn)料：q=1則有qn.v =qn.v0 =（R+1） qn.D =3.7q n.Dqn.l =qn.l +qn.F =Rqn.D +qn.F3、塔板數(shù)地確定（1）精餾塔地氣、液相負(fù)荷

5、qn.L =R qn.D =2.655.48=144.248kmolqn.L =qn.l +qn.F =144.248+218.82=363.068kmolqn.v =(R+1)qn.D =qn.v =(2.60+1) 55.48=199.728kmolqn.L+q =q +qn.v0n.vn.w qn.v0 =8.34kmol/h（2）回收率乙醇地回收率為：H=qn.DxD100=55.480.82100=99.002Aqn.FxF218.820.21水地回收率為：HB= qn.w(1 xw)qn.v 0 =155.46(1 0.00295) 8.34qn .F (1xF )218.82.(

6、1 0.21)3/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)HB=84.84 （3）操作線方程：精餾段操作線方程為y=2.60x/3.60+x D/3.60即y=0.722x+0.2278提餾段操作線方程為即y=1.749x-0.00221（ 4）圖解法求理論版層數(shù)采用直角階梯法求理論板層數(shù)，如圖 1 所示 . 在塔底或恒沸點附近作圖時需要將圖局部放大. 求解結(jié)果為 DXDiTa9E3d總理論塔板數(shù)N T =13-1=12（不包括再沸器）進(jìn)料板位置 N F =11精餾段理論板層數(shù)N 精 =10提留段理論板層數(shù)N 提 =3（包括進(jìn)料板）（5）實際板層數(shù)地初步求取求得塔平均溫度87.5m 0.85 乙醇 （1-

7、 0.085） 水 =0.085 0.4+（1-0.085） 34.65 10-2 =0.35 ET =0.17-0.616lg m =45%實際塔板數(shù)10（層）3層）N精0.4523N提（70.45N=N精+N提=23+7=23+7=30（6）踏板總效率估算4/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)操作壓力計算塔頂操作壓力：p=p+p當(dāng)?shù)?4+101.3=105.3kpaD表取每層塔板壓強降p=0.7kpa塔底操作壓力pw=105.3+23 0.7=121.4kpa平均操作壓力p=（105.3+121.4 ） /2=113.35kpaM操作溫度： 依據(jù)操作壓力， 由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其

8、中乙醇、水地飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略.計算結(jié)果如下：RTCrpUDGiT塔頂溫度 t D=82.06 塔底溫度tw=105.4131 平均溫度tm=（t D+t w）/2=93.74黏度地計算在 t m=93.74 時，查得 MH2O=0.292mpa.sB=0.36mpa.s則 xi Li =0.144 0.36+ （ 1-0.144） 0.292=0.3018mpa.s 5PCzVD7HxA相對揮發(fā)度計算塔頂相對揮發(fā)度D=pB.D/p H2O.D=117.286/51.476=2.2784塔底相對揮發(fā)度w=pB.W/p H2O.W=271.9499/122.5495=2.21

9、91jLBHrnAILg平均相對揮發(fā)度 =DW= 2.2784 2.2191=2.249塔板總效率地估算根據(jù) ET=0.49 （L）-0.245求得 ET=0.53885/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)且 ET-ET =0.88 (5（s）qV .L0.001010 3600故降液管設(shè)計合理 .10/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)（4）降液管底隙高度 h0h 0=q V.L3600lwu 0取 u0=0.08m/s ，則h0= 36000.001010 =0.019 （m）36000.660.08hw-h 0 =0.0412-0.019=0.0222 （m）0.0006 （m）故降液管底隙高度設(shè)計

10、合理.2、塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥孔動能因數(shù)F0=11，用式（ 347）求孔速 u0，即u0= F0 =11=9.33 （m/s）V 1.389依式（ 348）求每層塔板上地浮閥數(shù)，即N=qV .V=1.026=9220.0392u09.33d044取邊緣區(qū)寬度 Wc=0.06m，泡沫區(qū)寬度 Ws=0.07m 依式（ 345）計算塔板上地鼓泡區(qū)面積，即A=2 xR2x2+R2sin1(x) 180RR=D -Wc=0.5-0.06=0.44 （m）2x= D - （Wd+Ws）=1.0 - （0.12+0.07 ）=0.31 （m）22Aa=2 0.31 0.4420.312 +0.54

11、2sin1 (0.31) =0.611 （m）21800.44浮閥排列方式采用等腰三角形叉排. 取同一橫排地空心距t=75mm=0.075m，則可按下式估算排間距t ，即 dvzfvkwMI1t = Aa =0.611=88.58 （mm）Nt92 0.07511/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)考慮到塔徑地直徑較大， 必須采用分塊式塔板， 而各分塊地支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排列間距不宜采用89mm而應(yīng)小于此值，故取t =65mm=0.065mmrqyn14ZNXI.按 t=75mm，t =65mm以等腰三角形叉排方式作圖（略） ，閥數(shù)130 個.按 N=130重新核算孔速及閥孔動

12、能因數(shù)：u = N=qV .V=1.027=6.62（m/s）0d 02 N0.392 13044F =uV =6.62 1.389 =7.8000塔板開孔率 = u =1.14 100=17.22 u06.62（六）塔板流體力學(xué)驗算1、氣相通過浮閥塔板地壓降可根據(jù)式（ 349）計算塔板壓降，即hp=hc+h1+h（1）干板阻力由式（ 351）計算，即u0c=（ 73.1 ）1/1.825 =( 73.1 ) 1/1.825=8.77(m/s)V1.389由于 u u則 h=19.9u00.175=19.96.62 0.175=0.0338(m)00cc820.25L（2）板上充氣液層阻力 h

13、1本設(shè)備分離乙醇和水地混合液， 即液相為水，可取充氣系數(shù)0=0.5. 依式（ 353）計算，即 EmxvxOtOcoh1=0 hL=0.5 0.05=0.025 （m）（3）克服表面張力所造成地阻力h0因本設(shè)計采用浮閥塔，其h0 很小，可忽略不計 . 因此，氣相流經(jīng)一層浮閥塔板地壓降所相當(dāng)?shù)?2/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)液柱高度為SixE2yXPq5hp=hc+h1=0.0338+0.025=0.0588 （m）單板壓降pp=hpLg=0.0588 820.25 9.81=473pa2、淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象地發(fā)生，要求控制降液管中清夜層高度Hd（HT+hw）. Hd 可用下式計算，即Hd=

14、hp+hL+hd（1）與氣體通過塔板地壓降相當(dāng)?shù)匾褐叨萮p =0.0588m（2）液體通過降液管地壓頭損失hd因不設(shè)進(jìn)口堰，故按式（362）計算，即hd=0.153 （ qV .L ） 2=0.153 （0.001010 ） 2=9.925 10-4l w h00.66 0.019（m）板上液層高度h1取 hL =0.05m，則Hd= h p+hL+hd =0.0588+0.05+0.0009925=0.1098 （m）取=0.5 ，HT=0.45m，hw=0.0412m，則 （HT+hw）=0.5 （0.45+0.0412 ）=0.2456 （m）可見 Hd（HT+hw）, 符合防止淹塔地

15、要求 .3. 霧沫夾帶按式（ 358）及式（ 359）計算泛點率 F1，即V1.36qV .L Z LqV .V1LV100F =KC F Ab或13/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)VqV .VF1=LV1000.78KC F AT板上液體流徑長度ZL=D-2Wd=1-2 0.12=0.76（m）板上液流面積Ab=AT-2Af =0.785-220.05338=0.6782 （ m）水和乙醇可按正常系統(tǒng)按表33 取物性系數(shù) K=1.0，又由圖 310 查得泛點負(fù)荷系數(shù)CF=0.117 ，將以上數(shù)值代入式（ 358），得6ewMyirQFLqV .VV1.36qV . L Z LF1=LV 100

16、KCF Ab1.0261.3891.360.0010100.76820.2539= 100=53.30 10.1170.6782又按式（ 359）計算泛點率，得VqV .VF 1=LV 1000.78KC F AT1.0271.389820.2539 100=10.780.1170.6782=66.72 計算出地泛點率都在80以下，故可知物沫夾帶量能夠滿足eV0.1kg 汽地要求 .（七）塔板負(fù)荷性能圖1、霧沫夾帶線14/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)qV .VV1.36qV . L Z LF1=LVKC F Ab對于一定物系及一定地塔板結(jié)構(gòu)，式中 v、L、Ab、K、Cp 及 ZL 均為已知值，

17、相應(yīng)于 eV=0.1 地泛點率上限值亦可確定，將各已知數(shù)代入上式，便得出 qv.v qV.L, 可作出 負(fù)荷性能圖中地霧沫夾帶線. kavU42VRUs泛點率 =80計算如下1.391.36 qV .L0.76qV .V1.39820.25=0.810.1170.6782整理得： q =1.541-25.09qV.Lv.v霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個qV.L 值，求出相應(yīng)地 qv.v 值.2、液泛線由 （ HT+hw） =hp+hL+hd=hc+hL+h +h1+hd 確定液泛線 . 忽略式中h0項，將式（362）、式（342）、式（350）、式（351）及 hL=hw+h0w代入

18、上式，得到y(tǒng)6v3ALoS89 （H+h ）=5.34V u02+0.153（qV .L2+（1+）h +2.84E）TwL 2gl w h00w1000（ 3600qV .L）2/3 l w因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則H、h 、l 、 、0TwwvL及等均為定值，而u0 與 qV.V 有如下關(guān)系，即M2ub6vSTnP15/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)u =qV .V04d0 2 N3、液相負(fù)荷上限線液體地最大流量應(yīng)保證在降液管中停留液體在降液管中停留時間 = 3600Af H T =35sqV .T求出上限液體流量qV.L 值（常數(shù)），在 qV.VqV.L 圖上，液相負(fù)荷上限線為氣體流

19、量qV.V 無關(guān)地豎直線 . 0YujCfmUCw以 =5s 作為液體在降液管中停留時間地下限，則（qV.L）=A f H T=0.05338 0.45=0.0048（m3/s）max554、漏液線對于 F1 型重閥，依 F0=u0，則0=5，又知 qV.V=2Nu0，ud0V =54V即qV.V=d02N 54V式中 d0、N、 V 均為已知數(shù)，故可由此式求出氣相負(fù)荷地下限值，據(jù)此作出與液相流量無關(guān)地水平漏液線.以 F0 =5 作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷地標(biāo)準(zhǔn)，則（qV.V）min =d0 Nu0=d0 N 52244V=0.03925=0.659（m3/s） 1301.389416/19個人收集

20、整理僅供參考學(xué)習(xí)5、液相負(fù)荷下限取堰上液層高度h0w=0.006m 作為液相負(fù)荷下限條件，依下式h0w地計算式h0w= 2.84 E 3600(qV .L ) min 2/31000l w計算出 qV.L 地下限值，依此作出液相負(fù)荷下限，該線為與氣相流量無關(guān)地豎直直線 .2. 84 E 3600(qV . L ) min 2/3 =0.0061000l w取 E=1，則（q）=（0.00610003/2l w=（0.00610003/20.66=5.59-43）10（m/s ）V.Lmin2.84136002.841360017/19個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片

21、、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理.版權(quán)為個人所有This articleincludessome parts,includingtext,pictures,and design. Copyright is personal ownership.eUts8ZQVRd用戶可將本文地內(nèi)容或服務(wù)用于個人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途， 但同時應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律地規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人地合法權(quán)利. 除此以外，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人地書面許可，并支付報酬 . sQsAEJkW5TUsers may use the contents or services of this article for personal study, research or appreciation, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisions of copyright law and