精餾塔的設計計算

1、第 2 章 精餾塔的設計計算2.1 進料狀況設計中采用泡點進料，塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡點下回流至塔內該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.7倍。塔釜采用間接蒸汽加熱具體如下：塔型的選擇本設計中采用浮閥塔。»恁潤屬鈔瘞睞楊尻賴。2.2 加料方式和加料熱狀況加料方式和加料熱狀況的選擇：加料方式采用泵加料。雖然進料方式有多種，但是飽和液體進料時進料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設計中采取泡點進料。溝燧

2、金富愛建譴凈。2.3 塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全冷凝器用水冷卻。甲醇和水不反應而且容易冷卻，故使用全冷凝器，塔頂出來的氣體溫度不高冷凝回流液和產品溫度不高無需進一步冷卻，此分離也是為了得到甲醇故選用全冷凝器。殘鷲樓靜鑄腌翻懣菽2.4 回流方式回流方式可分為重力回流和強制回流，對于小型塔冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點是回流冷凝器無需支撐結構，其缺點是回流控制較難。需要較高的塔處理或因為不易檢修和清理，這種情況下采用強制回流. 故本設計采用強制回流。r鋼極鎮(zhèn)檜豬錐。2.5 加熱方式 加熱方式為直接加熱和間接加熱。直接加熱由塔底進入塔內。由于重組分是水故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽對

3、回流有稀釋作用 ,使理論板數(shù)增加，費用增加，間接蒸汽加熱器是塔釜液部分汽化維持原來濃度，以減少理論板數(shù)。本設計采用間接蒸汽加熱。彈貿攝爾霽斃挪專鹵尻。2.6 工藝流程簡介連續(xù)精儲裝置主要包括精儲塔，蒸儲釜（或再沸器），冷凝器，冷卻器, 原料預熱器及貯槽等.原料液經(jīng)原料預熱器加熱至規(guī)定溫度后，由塔中部加入塔內.蒸儲釜（或 再沸器）的溶液受熱后部分汽化，產生的蒸汽自塔底經(jīng)過各層塔上升，與板上 回流液接觸進行傳質，從而使上升蒸汽中易揮發(fā)組分的含量逐漸提高，至塔頂 引出后進入冷凝器中冷凝成液體，冷凝的液體一部分作為塔頂產品，另一部分 由塔頂引入塔內作為回流液，蒸儲釜中排出的液體為塔底的產品。is養(yǎng)技篋

4、iw忘類蔣番第3章設計方案的確定設計（論文）的主要任務及目標（1）設計要求年處理含甲醇50% （質量分數(shù)）的甲醇與水混合液 9萬噸，每年按300天計算。（每天24小時連續(xù)運轉）原料組成：50%勺甲酉1和50%勺水（質量分數(shù)）產品組成：產品含甲醇不低于 95%,殘液中含甲醇不高于2%。當?shù)貕簭姡喊凑?5kpa計算。（2）操作條件塔頂壓強101.3kpa （表壓）；進料熱狀況，自選；回流比，自選；塔釜加熱蒸汽壓力506kPa；單板壓降不大于0.7kPa；塔板形式為浮閥塔。本設計任務為分離甲醇和水混合物。對于二元混合物的分離，本設計采用 連續(xù)操作方式的浮閥式精儲裝置。本設計采用泡點進料，將原料液通過

5、預熱器 加熱至泡點后送入精儲塔內，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下 一部分回流至塔內，其余部分經(jīng)產品冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬易分離 物系，操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產品冷去口后送至儲罐。廈礴懇蹣駢畤賽的J（騷。精儲塔的物料衡算3.1.1 原料液及塔頂、塔釜甲醇的摩爾分數(shù)甲醇的摩爾質量 MA=32kg/kmol ,水的摩爾質量 MB=18kg/kmol原料液甲醇的摩爾分數(shù):塔頂甲醇的摩爾分數(shù)：塔釜甲醇的摩爾分數(shù)：XfXd 二0.5/320.5/32 0.5/18= 0.360.95/320.95/32 0.02/18=0.9640.02/320.

6、02/32 0.95/18= 0.011MF =0.36 32 0.64 18 = 23.04MD =0.964 32 0.036 18 = 31.496MW =0.011 32 0.989 18=18.1543.1.2 原料液及塔頂、塔釜產品的平均摩爾質量原料液產品的平均摩爾質量:塔頂產品的平均摩爾質量：塔釜產品的平均摩爾質量：3.1.3 物料衡算3原料處理量：F =二542.53kmol/h24 300 23.04總物料衡算：542.53 =D W甲醇物料衡算：542.53 0.36 -0.964D 0.011W聯(lián)立解得D =211.2kmol/hW =331.33kmol/h3.2塔板數(shù)

7、的確定3. 2.1理論塔板數(shù)的求解甲醇一水屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。由手冊查得甲醇一水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)（表3-1）,繪出x-y圖，見圖3-1。表3-1甲醇-水物系氣液平衡數(shù)據(jù)txy1000.000.00096.40.020.13493.50.040.23491.20.060.30489.30.080.36587.70.100.41884.40.150.51781.70.200.57978.00.300.66576.00.330.69275.3t/0C摩米號數(shù)摩爾分數(shù)0.72973.10.5x/y0.77971.20.600.82510000100069.30.700.87067.

8、696.4008920.1340.91由2.90.053166.093.50c9040.2340.95890.30.076765.091.2009560.3040.97明8.90.092667.689.3100080.3651.00081.60.131587.70.10.4180.517780.20830.281884.40.1576.73.2.1.1回流比的確:1.70.20.57973.80.3333在圖中對角線上,78點 E 0.Q36Q30.665起做q線（泡點線）72.7亥線與平0.462衡線父點坐標為yq=b.7,用得q螂9平衡線的交點坐標71.3（xq,yq）為0.529273.

9、10.50.779700.5937(0.36,0.7 ),則褊4w選塊網(wǎng)360.825680.684969.30.70.8766.90.8562最小回流比為67.60.80.915660.9斜&958.776650.950.979取回流比 R=1.7Rmin=1.70.776=1.319164.71.20.874113.2.1.2操作線方程1精儲段氣液負荷V=(R+1)D=(1.319+1) 211.2=489.773kmol/hL=RD=1.319=278.573kmol/h提儲段氣液負荷，由于泡點進料，q=1則489.773kmol/h278.573+542.53=821.103

10、kmol/h精微段操作線方程LDy 二 一 x - xDVV提儲段操作線方程176.073335.278159.206x 335.2780.914 =0.525x 0.434L'L'-W649.252649.252 -314.016314.0160.0113 =1.937x-0.011335.2783.2.1.3圖解法確定理論塔板數(shù)圖3-1理論板層數(shù)圖解法由圖3-1可知，總理論塔板數(shù)NT為8塊(包括塔釜)，進料板位置NF為自 塔頂數(shù)起第5塊。3.2.2全塔效率及實際塔板數(shù)3.2.2.1 全塔效率根據(jù)奧康奈爾經(jīng)驗式Et =0.49( i ) “45式中支一塔頂與塔底平均溫度下的相

11、對揮發(fā)度，無因次量，量綱為 1;入一塔頂與塔底平均溫度下的液相黏度，Pa s查相關資料得甲醇-水物系的相對揮發(fā)度為a =4.617，計算得N =0. 3 4 8= 0.437 =43.7% ,全塔效率ET =0.494.617 0.348 -.2453.2.2.2 實際塔板數(shù)精儲段實際塔板數(shù)NpNtET40.437-10提儲段實際塔板數(shù)NpNtEt17 0.437實際總塔板數(shù) N總=17（不含塔釜）3.3精儲塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算3.3.1 操作壓力每層板的壓降 ，P =0.7kPa塔頂操作壓力 PD =101.3kPa進料板壓力 PF =101.3 0.7 10 =108.3kPa

12、 塔底壓力 PW -101.3 0.7 17=113.2kPa精微段平均壓力提儲段平均壓力3.3.2操作溫度Pm =101.3 108.3= 104.8kPa108.3 113.22= 110.75kPa一 ,X 一 X1X2 一 X1,內插法=，查表1得t -11121tl進料板0二g絲，解得 tF -78.076.0 -78.0進料板操作溫度tF= 77.09 C, 同理可得塔頂操作溫度tD= 65.71 C塔底操作溫度品=99.98 C3.3.3 平均摩爾質量Xd =%=0.914,由平衡曲線得 =0.805塔頂平均摩爾質量MVD,m =0.914父32十(10.914)父18 = 30

13、.802kg/kmolM LD,m = 0.805 32 + (1-0.805)父18 = 29.27kg / kmolXf =X2 =0.315,由平衡曲線得、2 =0.678進料板平均摩爾質量M歸m = 0.678父32+(1-0.678)x 18 = 27.492kg / kmolMLF,m = 0.315父 32 + (10.315)m 18 = 22.412kg/kmolXw =0.0113,由平衡曲線得y3 =0.018塔底平均摩爾質量MVw,m =0.018 32 (1 -0.018) 18 = 18.252kg/kmolMLW,m =0.0114 32 (1-0.0114) 1

14、8 = 18.159kg/kmol精微段平均摩爾質量MV,m = 30.82 ；27.492 = 29.147 kg / kmol29.27 22.412M L,m = 25.841kg / kmol_ 、27 492 18 252提儲段平均摩爾質量MV,m = 27.492 18.252 = 22.872kg /kmol222.412 18.159M L,m = 20.286kg / kmol3.3.4 液相和氣相平均密度查相關資料得甲醇與水在個溫度下的密度如表3-2。表3-2甲醇與水在各溫度下的密度t607080901003、p 甲醇(kg/m )7517437347257163、p 水(

15、kg/m )983.2977.8971.8965.3958.43.3.4.1液相平均密度查表2數(shù)據(jù)運用內插法求塔頂液相平均密度:a-751743-751=，65.71 -6070-60：B -983.2 977.8 -983.265.71 -6070-60解得 0A = 746.431kg/m3,解得：B = 980.117kg/m3所以gm0.95/746.431 (1 -0.95)/980.117_3=755.437kg/m同理可得進料板液相平均密度_ _ ._3PLF,m = 850.454kg/m3塔底液相平均密度：LW,m = 951.965kg/m3精儲段液相平均密度PL,m =

16、802.945kg/m3提儲段液相平均密度3.3.4.2氣相平均密度P；,m = 901.209kg/m3由理想氣體狀態(tài)方程計算得精微段氣相平均密度PV ,mPmMv,m102.7 29.161RTm8.314 (71.40 273.15)=1.045kg / m3提儲段氣相平均密度：V,m =''PmM V,m106.9 22.886RTm8.314 (88.54 273.15)= 0.814kg/m33.3.5 液相平均表面張力查資料得甲醇與水在各溫度下的表面張力如表3-3。表3-3甲醇與水在各溫度下的表面張力t60708090100o-甲醇(mN/m)18.7617.82

17、16.9115.8214.89o-水(mN/m)66.264.362.660.758.8n計算式二Lm =' Xi二ii 1查表3-3數(shù)據(jù)運用內插法求塔頂液相平均表面張力二a -18.7665.71 -60二 B-66.217.82 -18.7670 -6064.3 -66.2,解得二 A =18.223rnN/m65.71 -6070 -60,解得 c B =65.115mN/m所以 仃LD,m =0.914M18.223 + (10.914)M65.115 = 22.235mN/m同理可得進料板液相平土表面張力仃LF,m =48.616mN/m塔底液相平均表面張力c-LW,m = 58.305mN / m精儲段液相平均表面張力L,m22.235 48.616 二 35.426mN /m提儲段液相平均表面張力、-L,m48.616 58.305 二 53.461 mN / m3.3.6 液相平均粘度查資料得甲醇與水在各溫度下的表面張力如表3-4。表3-4甲醇與水在各溫度下的黏度t(406080100120l水（mPa。s）0.4390.3440.2770.2280.196L 甲醇(mPa- s)0.5490. 4700.3550.2820.237n計算式Lm二1Xi 口 i查表4數(shù)據(jù)運用內插法求塔底液相平