精餾塔課程設(shè)計(jì)

1、精餾塔課程設(shè)計(jì)安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院乙醇水板式精餾塔設(shè)計(jì)班級(jí)：食品科學(xué)與工程 101姓名：蔣大強(qiáng)學(xué)號(hào)：2301100112指導(dǎo)教師：杜傳來(lái) 張繼武時(shí)間： 2012 年 1 月 6 日摘要精餾是利用物質(zhì)沸點(diǎn)的不同，多次的進(jìn)行混合蒸氣的部分冷凝和混合液的 部分蒸發(fā)的過(guò)程，以達(dá)到分離的目的。塔設(shè)備是煉油和化工生產(chǎn)的重要設(shè)備，其作用在于提供氣液兩相充分接觸 的場(chǎng)所，有效地實(shí)現(xiàn)氣液兩相間的傳熱、傳質(zhì)，以達(dá)到理想的分離效果，因此 它在石油化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)完整的板式塔主要是由圓柱形塔體、塔板、降液管、溢流堰、受液盤 及氣體和液體進(jìn)、出口管等部件組成，同時(shí)考慮到安裝和檢修的需要，塔體上 還要設(shè)置

2、人孔和手孔。平臺(tái)扶梯和吊柱等部件，整個(gè)塔體由塔裙座支撐，在塔 內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)公益要求，裝有多層塔板，為氣液亮相提供接觸的場(chǎng)所，塔板性 能的好壞直接影響傳質(zhì)效果，是塔板塔的核心部件設(shè)計(jì)目的：1 著重加深學(xué)生對(duì)于化工原理理論知識(shí)的掌握。2 積極引導(dǎo)學(xué)生去思考， 培養(yǎng)他們靈活運(yùn)用所 學(xué)知識(shí)去解決問(wèn)題的能力， 以及查閱資料、 處理 數(shù)據(jù)的能力。設(shè)計(jì)任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 24 噸 98% 的乙醇產(chǎn)品，原料中乙醇含量為 25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 以下同）,分離要求為塔頂乙醇含量不低于 95%常壓精餾，塔頂全凝，q取1.2 , R=1.1 Rmin。塔底乙醇含量不高于 0.1%;常壓下操作，塔頂采用全

3、凝器，飽和 液體進(jìn)料的板式精餾塔。關(guān)鍵詞： 精餾塔、板式塔、設(shè)計(jì)一 . 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.1 原始數(shù)據(jù)條件處理能力：生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 24噸 98%的乙醇產(chǎn)品原料：乙醇含量為 25（質(zhì)量百分比，下同）的飽和液體分離要求：塔底含量不超過(guò)0.1 %,塔頂含量高于98% .工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝，q取1.2 , R=1.1 Rmin:水和乙醇的物理性質(zhì)名 稱分子式相對(duì)分子 質(zhì)量密度20 Ckg I m3沸點(diǎn) 101.33kP ac比熱容 (20 C)Kg/(kg.C)黏度(20 C ) mPa.s導(dǎo)熱系弓 數(shù)(20 C )0 /(m. c)表面長(zhǎng)力CIO 3(20 C)N/m水H2O18.0

4、29981004.1831.0050.59972.8乙 醇c2h5oh46.0778978.32.391.150.仃222.8(2)常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)，見(jiàn)表32表3 2乙醇一水系統(tǒng)txy數(shù)據(jù)沸點(diǎn)t/C乙醇摩爾數(shù)/%沸點(diǎn)t/ C乙醇摩爾數(shù)/%氣相液相氣相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.6:42.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.5:61.0270.2998.750.3

5、94.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.6P 75.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.2P 85.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41乙醇相對(duì)分子質(zhì)量：46;水相對(duì)分子質(zhì)量：181.2乙醇和水的不同溫度下的密度。表11不同溫度下乙醇和水的密度乙80735971.885720961.858573

6、0968.6100716958.490724965.31.3乙醇和水的不同溫度下的表面張力表1 2乙醇和水不同溫度下的表面張力溫度廠c7080901002 2乙醇表面張力10 N/m1817.1516.215.264.362.660.758.82 2水表面張力/10 N/m1.4乙醇和水的不同溫度下的黏度。表1 3乙醇和水不同溫度下的黏度溫度/ c708090100乙醇黏度mpa.s0.480.4150.3510.3050.4000.3300.3180.284水的黏度 mpa.s1.5乙醇一水氣、液平衡組成與溫度關(guān)系表11乙醇一水氣、液平衡組成與溫度關(guān)系沸點(diǎn)t/ C乙醇分子/%（液相）乙醇分子

7、/%（氣相）沸點(diǎn)t/ C乙醇分子/%（液相）乙醇分子/%（氣相）100008227.356.4499.90.0040.05381.532.7359.2699.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.739.6561.2299.50.121.5780.642.0962.2299.20.232.9080.148.9264.70990.313.72579.8552.6866.2898.750.394579.850.7965.6497.640.798.7679.751.9865.9995.81.6116.3479.561.0270.2995.51.9017.0079

8、.357.3268.4191.34.1629.9279.265.6472.7189.07.2138.9178.9568.9274.6987.97.4139.6178.7572.3676.9386.79.6643.7578.7474.7278.1585.312.3847.0478.675.9979.2685.212.6447.4978.479.8281.8384.116.6150.8978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.723.3754.4578.1589.4189.4182.325.7555.7478.1589.4389.4382.32

9、6.0855.80設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提留段各段平均溫度tm81.791.1平均流量氣相VSm/s1.3731.377液相Lsm/s0.001441.079實(shí)際塔板數(shù)N塊139板間距HTm0.40.4塔的有效高度Zm5.23.6塔徑Dm1.81.8空塔氣速um/s0.790.79 塔板液流形式單流型單流型溢 流 裝 置溢流管型式弓形弓形堰長(zhǎng)l wm0.650.65堰咼hwm0.04820.0366溢流堰寬度Vdm0.120.12管底與受液盤距 離hom0.03320.0216板上清液層咼度hLm0.060.06孔徑domm5.05.0孔中心距tmm15.015.0孔數(shù)n孔2

10、3782378開(kāi)孔面積A2 m0.4620.462篩孔氣速Uom/s29.5129.60塔板壓降hpkPa1.41.1液體在降液管中停留時(shí)間Ts14.835.59降液管內(nèi)清液層咼度Hdm0.2310.197霧沫夾帶evkg液/kg氣0.08790.0641負(fù)荷上限液沫夾帶控制液沫夾帶控 制負(fù)荷下限液相負(fù)荷下限 控制漏液控制氣相最大負(fù)荷Vs maxm/s1.461.452.精餾塔工藝計(jì)算2.1塔的物料衡算料液及塔頂，塔底產(chǎn)品含乙醇的摩爾分率F:原料液流量（kmol/s） xF: 原料組成（摩爾分率，下同）D：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s） xD:塔頂組成W塔底殘液流量（kmol/s） xW:塔底組

11、成進(jìn)料物料衡算2.2有關(guān)的工藝計(jì)算原料液的平均摩爾質(zhì)量：Mf =xf MCH3cH2OH+（1-x f ）MH2=0.1934 46+（1-0.1934）18=23.4kg/kmol 同理可求得：MD =42.6972kg/kmol M W =18.5544kg/kmol45 C下，原料液中，H2=971.1kg/m3,，注佑2 =735kg/m3由此可查得原料液, 塔頂和塔底混合物的沸點(diǎn)，以上計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。表6原料液 餾出液與釜?dú)堃沟牧髁颗c溫度名稱原料液餾出液釜?dú)堃箈 f /（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）38953x f / （摩爾分?jǐn)?shù)）0.19340.88140.0198摩爾質(zhì)量kg/kmol23.442

12、.697218.5544沸點(diǎn)溫度83.8378.2199.58t/*c2.3最小回流比及操作回流比的確定如圖所示的乙醇-水物系的平衡曲線，具有下凹的部分，當(dāng)操作線與q線的交點(diǎn)尚未落到平衡線上之前，操作線已與平衡線相切，如圖中點(diǎn)g所示。點(diǎn)g附近已出現(xiàn)恒濃區(qū)，相應(yīng)的回流比便是最小回流比。對(duì)于這種情況下的Rmin的求法只能是通過(guò)作圖定出平衡線的切線之后，再由切線的截距或斜率求之。如 圖1-63所示，可用下式算出：Rmin0.8814 一0.37 二 R min =2.889Rmin1 0.8814 -0.1934可取操作回流比R=1.5 2.889=4.3342.4全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量塔頂全凝器的

13、熱負(fù)荷：Qc=(R+1)D(l VD-I LD)可以查得 I VD=1266kJ/kg I LD =253.9kJ/kg,所以QC =(1.612+1)2.0330 (1266-253.9)=5317.45kJ/h取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為 25 C和35 C則平均溫度下的比熱c pC =4.174kJ/kg C,于是冷凝水用量可求WC=Qc=5317.45=127.4kg/hCpc(t2 -切 4.174 (35 -25)4.精餾塔主體尺寸計(jì)算4.3提留段塔徑的計(jì)算t183.83 99.582= 91.705 C查 t-x-y 圖在 91.705c下:Xa = 0.0552 ,

14、 yA = 0.3273Xb =0.9448 , yj =0.6727M L 二 M 1XA M 2 Xb=46 0.055218 0.9448=19.5456 Kg / KmolM g =M iy a +M 2 y b =46 0.3273+18 0.6727=27.1644 kg/kmol汽塔氣相平均密度PMgRT101.325 27.16448.314 (273 91.705)=0.9077 kg/m3X AWM 1XA = 46 0.0552ML 19.5456=0.1299X BW =1-X AW =0.8701汽塔的液相平均密度在91.705c下查表得：a =729.5 kg/m3

15、b =964.3 kg/m31= XAW + XBW = .1299 + .8701 =10804匚 :A訂 0.7295 0.9643 l =925.6kg/m3V=(R+1)D=(4.334+1) 8.057=42.976 kmol/hvM3600 譏42.976 27.16443600 0.9077=0.3573 m/sL=L+qF=8.811+1 10.09=18.901 kmol/hLMl3600 叮=0.1109 10 m3 /s=18.901 19.5456=3600 925.6查化工數(shù)據(jù)手冊(cè)求取:a=16.1 mN/mb =60.05 mN/m5.塔高的確定:Z=（罟-1）H

16、T =（懸-1）0.45=8.02 m塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定:溢流裝置由于塔徑小于800mm,所以采用單溢流弓形降 液管，平行受液盤及平行溢流堰，取堰長(zhǎng) L w=0.66D,即 L w =0.66 0.3=0.198m出 口堰高 HW=H1-HOW, Lwq.66 ,則H ow=誥爲(wèi)/=Q.QQ3mH w =H i - H ow =006-0003=0057m降液管的寬度 W d與降液管的面積A f由 % =Q.66，譽(yù) Q.125 ,牛 0.0700DAW d =0.125 0.3=0.0375mA f =0.07 D2 =Q.Q2m34停留時(shí)間，晉U0Q89F1Q53 = 25.Q3s（ 5S

17、符合要求）降液管底隙高度Hoh o=h w -0.006=0.051m取邊緣寬度取邊緣寬度為W c =0.03m安定區(qū)寬度安定區(qū)寬度為W s=0.050m開(kāi)孔區(qū)面積AX= D ( W d +W S )= 0.3 (0.0375 0.050) =0.0625m2 2R= D W C =0.15-0.03=0.12m2A a =2x R2 X2面R2sin R =0.068m2附圖1精餾塔的工藝流程圖符號(hào)說(shuō)明：英文字母：Aa 塔板開(kāi)孔區(qū)面積 m2 ；AA0 篩孔總面積m2 ；AC0 流量系數(shù)；Cf 獎(jiǎng)液管截面積mrt 塔截面積m2計(jì)算Umax時(shí)的負(fù)荷系數(shù)m/SCs 氣相負(fù)荷因子，m/s；0 篩孔直

18、徑，mE液流收縮系數(shù)T總板效率F氣相動(dòng)能因子,1 1kg /(s );0篩孔動(dòng)能氣象因子,1 1kg2 /(s *m2)hi 進(jìn)口堰與降液管間的水平距離,C與干板上液壓降相當(dāng)?shù)囊褐鵫f 塔板上鼓泡層高度，mh1 與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨? mh2 板上清液層咼度， mh0降液管的底隙該度，mh0w 堰上液層咼度，mhw 出口堰咼度，mhw進(jìn)口堰咼度，mh、.一與克服:的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺H板式塔咼度;mHb塔底空間高度；mHd降液管內(nèi)清液層咼度，mHd 塔頂空間高度，mHf進(jìn)料板處塔板間距，mHp人孔處塔板間距，mHt塔板間距，mK穩(wěn)定系數(shù)Lw堰長(zhǎng)，mLh液體體積流量nf/hLs液體體積流量，m5 /sn篩孔數(shù)目叫一一理論板層數(shù)P操作壓力，Pa P壓力降。Pa Pp氣體通過(guò)母層師板的壓降，PamtU篩孔的中心距，m f泛點(diǎn)氣速。m/sr鼓泡區(qū)半徑，m u空塔氣速，m/s高度，mhd 與液體流過(guò)降液管的壓力降相當(dāng)?shù)囊褐叨?Uo 氣體通過(guò)篩孔的速度。 m/s U o min 漏液點(diǎn)氣速。