乙醇-水篩板精餾塔設(shè)計(jì)

.-乙醇-水連續(xù)篩板式精餾塔設(shè)計(jì).-目錄一、概述..........................................................................................................................................31.1設(shè)計(jì)依據(jù)............................................................................................................................31.2技術(shù)來(lái)源............................................................................................................................31.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求................................................................................................................3二、計(jì)算過(guò)程..................................................................................................................................41.塔型選擇..............................................................................................................................42.操作條件的確定..................................................................................................................42.1操作壓力....................................................................................................................42.2進(jìn)料狀態(tài)....................................................................................................................42.3加熱方式....................................................................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4熱能利用....................................................................................................................53.有關(guān)的工藝計(jì)算..................................................................................................................53.1最小回流比及操作回流比的確定............................................................................63.2塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考凹訜嵴羝康挠?jì)算....................................................63.3全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量........................................................................................63.4熱能利用....................................................................................................................73.5理論塔板層數(shù)的確定................................................................................................73.6全塔效率的估算........................................................................................................83.7實(shí)際塔板數(shù)N.........................................................................................................9P4.精餾塔主題尺寸的計(jì)算......................................................................................................94.1精餾段與提餾段的體積流量....................................................................................94.2塔徑的計(jì)算..............................................................................................................114.3塔高的計(jì)算..............................................................................................................135.塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定........................................................................................................135.1塔板尺寸..................................................................................................................135.2弓形降液管..............................................................................................................145.3浮閥數(shù)目及排列......................................................................................................156.流體力學(xué)驗(yàn)算....................................................................................................................166.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降(單板壓降)h..........................................................16p6.2漏液驗(yàn)算..................................................................................................................176.3液泛驗(yàn)算..................................................................................................................176.4霧沫夾帶驗(yàn)算..........................................................................................................187.操作性能負(fù)荷圖................................................................................................................187.1霧沫夾帶上限線......................................................................................................187.2液泛線......................................................................................................................187.3液體負(fù)荷上限線......................................................................................................197.4漏液線......................................................................................................................197.5液相負(fù)荷下限線......................................................................................................197.6操作性能負(fù)荷圖......................................................................................................19.-一、概述乙醇~水是工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、感謝閱讀無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被感謝閱讀廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇精品文檔放心下載燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車(chē)行業(yè)精品文檔放心下載內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇~水體系有共沸現(xiàn)象，普通謝謝閱讀的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因感謝閱讀此，研究和改進(jìn)乙醇`水體系的精餾設(shè)備是非常重要的。塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無(wú)論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過(guò)程感謝閱讀中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程謝謝閱讀和應(yīng)注意的事項(xiàng)是非常必要的。1.1設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)依據(jù)于教科書(shū)的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。感謝閱讀1.2技術(shù)來(lái)源目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡(jiǎn)化的模型，但是嚴(yán)格謝謝閱讀計(jì)算法對(duì)于連續(xù)精餾塔是最常采用的，我們此次所做的計(jì)算也采用嚴(yán)格計(jì)算法。精品文檔放心下載1.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求原料：丁烯-丙烯板式精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：塔板類(lèi)型：篩板或浮閥塔；飽和液體進(jìn)料，進(jìn)料丁烯含量xF=38%（摩爾分?jǐn)?shù)）；感謝閱讀塔頂丁烯含量xD=97%，釜液丁烯含量xW≤6% 總板效率0.6；精品文檔放心下載處理量88kmol/h；回流比R/Rmin=1.1；塔頂操作壓力1.65MPa(表壓)。.-表1丁烯-丙烯t-x-y數(shù)據(jù)t/℃xyt/℃xy95.021660059.507160.550.7415791.271350.050.0963456.914940.60.7808687.614270.10.1862954.418830.650.816984.05720.150.2699252.014690.70.8499880.605390.20.3473849.698410.750.8803777.262220.250.418947.465510.80.9083274.029670.30.4847845.311680.850.9340570.90820.350.5453543.232410.90.9577967.897220.40.6009541.223440.950.9797164.995070.450.6519539.280281162.199360.50.69871二、計(jì)算過(guò)程塔型選擇根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，產(chǎn)品流量為88kmol/h，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減謝謝閱讀少造價(jià)，降低生產(chǎn)過(guò)程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用浮閥感謝閱讀塔。操作條件的確定2.1操作壓力由于乙醇~水體系對(duì)溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)謝謝閱讀用，操作壓力選為常壓其中塔頂壓力為1.65MPa2.2進(jìn)料狀態(tài)雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和感謝閱讀前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和謝謝閱讀提餾段的塔徑相同，無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，感謝閱讀為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料。.-2.4熱能利用精餾過(guò)程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進(jìn)感謝閱讀入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量謝謝閱讀熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用精品文檔放心下載塔釜?dú)堃簩?duì)原料液進(jìn)行加熱。有關(guān)的工藝計(jì)算丁烯的的摩爾質(zhì)量：M=28kg/kmol丙烯的的摩爾質(zhì)量：M=42kg/kmol0.38F0.97Dx0.06w料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：Mx

M

1x

M

=0.3828(10.38)42=36.68kg/kmol謝謝閱讀F

F

A

F

BMx

M

1x

M

=0.9728(10.97)42=28.42kg/kmol謝謝閱讀D

D

A

D

BM x

M

1x

M

=0.0628(10.06)42=41.16kg/kmol謝謝閱讀W W

A

W

B25℃下，原料液中

998.7Kg/m3,

785Kg/m3H2O

CH2CH2OH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2。感謝閱讀表2原料液、餾出液與釜?dú)堃旱牧髁颗c溫度名稱原料液餾出液釜?dú)堃簒/%35930.5fx(摩爾分?jǐn)?shù))0.17400.77900.0002f摩爾質(zhì)量kg/kmol22.339.8118.1沸點(diǎn)溫度t/℃83.8378.6299.38.-3.1最小回流比及操作回流比的確定由于是泡點(diǎn)進(jìn)料，xx0.174，過(guò)點(diǎn)e(0.174,0.174)做直線x0.174交平qf衡線于點(diǎn)d，由點(diǎn)d可讀得y0.516，因此：qRxy0.7790.5160.769dqmin(1)yx0.5160.174q過(guò)點(diǎn)a(0.779,0.779)作平衡線的切線，切點(diǎn)為g，讀得其坐標(biāo)為x'0.55,y'0.678，因此：精品文檔放心下載q qxDyq'0.7790.6780.789min(2)y'x'0.6780.55精品文檔放心下載q q所以，R R 0.789min min(2)可取操作回流比R1(R/R 1.27)謝謝閱讀min3.2塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考凹訜嵴羝康挠?jì)算以年工作日為330天，每天開(kāi)工24小時(shí)計(jì)，進(jìn)料量為：感謝閱讀6500103F3302422.3368kmol/h謝謝閱讀由全塔的物料衡算方程可寫(xiě)出：VFDW y0(蒸汽) D65.85kmol/h精品文檔放心下載0 0VyFxDxWx W364.85kmol/h精品文檔放心下載0 0 f D WWL'LqFRDqF q1(泡點(diǎn)) V131.7kmol/h謝謝閱讀03.3全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量塔頂全凝器的熱負(fù)荷：Q(R1)D(I I )精品文檔放心下載C VD LD可以查得I 1266kJ/kg,I 253.9kJ/kg，所以感謝閱讀VD LD.-(11)65.8539.81(1266253.9)5.306106kJ/h感謝閱讀C取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為25℃和35℃則謝謝閱讀平均溫度下的比熱c4.174kJ/kgC，于是冷凝水用量可求pcWQ5.306106C127120kg/hCc(tt)4.174(3525)pc213.4熱能利用以釜?dú)堃簩?duì)預(yù)熱原料液，則將原料加熱至泡點(diǎn)所需的熱量 Q可記為：感謝閱讀fQWc(t t )f f pf f2 f1其中t 83.832554.4oCfm 2在進(jìn)出預(yù)熱器的平均溫度以及t 54.5oC的情況下可以查得比熱謝謝閱讀fm4.275kJ/kg.oC，所以，Rf650001034.07(83.8325)1.965106kJ/h精品文檔放心下載33024f釜?dú)堃悍懦龅臒崃縌Wc (t t )w w pw w1 w2若將釜?dú)堃簻囟冉抵羣 40oCw那么平均溫度t 99.384069.69oC精品文檔放心下載wm 2其比熱為c 4.08kJ/kgoC，因此，感謝閱讀pw364.854.191(99.3855)1.228106kJ/h精品文檔放心下載w可知，QQ，于是理論上可以用釜?dú)堃杭訜嵩弦褐僚蔹c(diǎn)精品文檔放心下載w f3.5理論塔板層數(shù)的確定精餾段操作線方程：yRxxD0.5x0.39n1R1nR1n.-提餾段操作線方程：y WxWx2.77x0.0054謝謝閱讀n1 V m V w m0 0q線方程：x0.174在y~x相圖中分別畫(huà)出上述直線，利用圖解法可以求出謝謝閱讀18塊(含塔釜)T其中，精餾段13塊，提餾段5塊。3.6全塔效率的估算用奧康奈爾法(O'conenell)對(duì)全塔效率進(jìn)行估算：感謝閱讀x可得y(x1)由相平衡方程式y(tǒng)1(1)xx(y1)根據(jù)乙醇~水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：yx0.779x0.741(塔頂?shù)谝粔K板)1D1y0.516x0.174(加料板)ffx0.002y0.026(塔釜)ww因此可以求得：1.232,5.06,13.321fw全塔的相對(duì)平均揮發(fā)度：331.2325.0613.324.36m1fw全塔的平均溫度：tttt78.6283.8399.3887.30CDfWm33在溫度t下查得0.327mPas,0.38mPasmH2OCH3CH2OH因?yàn)閤LiLi所以，0.1740.38(10.174)0.3270.336mPasLf.-全塔液體的平均粘度：()/3(0.3270.380.327)/30.344mPasLmLfLDLW全塔效率E0.49()0.4910.245(4.360.344)0.245TL3.7實(shí)際塔板數(shù)NPNN/E18/0.4540塊(含塔釜)感謝閱讀P T T其中，精餾段的塔板數(shù)為：13/0.4529塊感謝閱讀精餾塔主題尺寸的計(jì)算4.1精餾段與提餾段的體積流量4.1.1精餾段整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表3(見(jiàn)下頁(yè))，由表中數(shù)據(jù)可知：感謝閱讀液相平均摩爾質(zhì)量：MMM22.338.730kg/kmolf122液相平均溫度：ttftD83.8378.6281.2Cm22表3精餾段的已知數(shù)據(jù)位置進(jìn)料板塔頂(第一塊板)x'0.35y'x'0.9質(zhì)量分?jǐn)?shù)f1Dy'0.732x'0.885f1x0.174yx0.779摩爾分?jǐn)?shù)f1Dy0.516x0.41f1摩爾質(zhì)量/kg/kmolM22.3M38.7Lf Lf.-MVf32.45MVl39.81溫度/℃83.8378.62在平均溫度下查得 971.1kg/m3, 735kg/m3精品文檔放心下載H2O CH3CH2OH液相平均密度為：1x'1x'LmLmLmCH3CH2OHH2O其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)x'0.350.8850.603Lm2所以， 814kg/m3Lm精餾段的液相負(fù)荷LRD65.85kmol/h感謝閱讀LM65.85302.43m3/h814n感謝閱讀Lm同理可計(jì)算出精餾段的汽相負(fù)荷。精餾段的負(fù)荷列于表4。表4精餾段的汽液相負(fù)荷名稱汽相液相平均摩爾質(zhì)量/kg/kmol3036.13平均密度/kg/m38141.251體積流量/m3/h2.43(0.000625m3/s)3804(1.056m3/s)4.1.2提餾段整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表5，采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提謝謝閱讀.-餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表6。表5提餾段的已知數(shù)據(jù)位置 塔釜 進(jìn)料板質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾質(zhì)量/kg/kmol溫度/℃名稱平均摩爾質(zhì)量/kg/kmol平均密度/kg/m3體積流量/m3/h4.2塔徑的計(jì)算

x'0.005x'0.35Wfy'0.065y'0.732Wfx0.002x0.174Wfy0.026y0.516WfM18.1M22.3LWLfM18.7M32.45LVVf99.3883.83表6提餾段的汽液相負(fù)荷液相 汽相20.2 25.6911 0.8168.09(0.00225m3/s) 4132(1.15m3/s)感謝閱讀由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的?jì)算結(jié)果可以知道：精品文檔放心下載汽塔的平均蒸汽流量：V(VV)1.0561.15/sSJST1.103m3S22汽塔的平均液相流量：L(L)0.0006750.002250.00146m3/sSJSTS22.-汽塔的汽相平均密度：1.2510.816VJVT1.0335kg/m3V22汽塔的液相平均密度：LJLT814911863kg/m3感謝閱讀22L塔徑可以由下面的公式給出：D 4VSu由于適宜的空塔氣速u(mài)

(0.6~0.8)u

，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速u(mài)

。max

maxuCLVmaxV取塔板間距H0.4m，板上液層高度h60mm0.06m，那么分離空間：T1h0.40.060.34m1L0.00146863功能參數(shù)：(S)L1.1030.0382V1.0335SV從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：C0.073，由于CC()0.2，需先求平均表面張202020力：全塔平均溫度TTT76.283.8399.38DFW86.5C，在此溫度下，乙330.7410.1740.002醇的平均摩爾分?jǐn)?shù)為 0.307，所以，液體的臨界溫度：精品文檔放心下載T

xT

0.307(273243)(10.307)(273342.2)感謝閱讀

609Kc

iic設(shè)計(jì)要求條件下乙醇~水溶液的表面張力 26dyn/m2精品文檔放心下載1平均塔溫下乙醇~水溶液的表面張力可以由下面的式子計(jì)算：精品文檔放心下載(TT，[609(27386.5)]1.22619.95dyn/cm2mc2)1.2TT2609(27325)1mc1所以：C0.073(1920.9)0.20.073精品文檔放心下載.-uC0.0738631.0335LV2.11m/smax1.0335V0.72.111.476m/sD41.1030.951m1.476根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為D1000mm此時(shí)，精餾段的上升蒸汽速度為：uJ4V41.0561.345m/sSJ提餾段的上升蒸汽速度為：u4V1.464m/sSTTD24.3塔高的計(jì)算塔的高度可以由下式計(jì)算：ZH(N2S)HSHHH感謝閱讀P T T F W已知實(shí)際塔板數(shù)為N40塊，板間距H0.4m由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常謝謝閱讀T清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目S為：謝謝閱讀40個(gè)S814取人孔兩板之間的間距H0.6m，則塔頂空間H1.2m，塔底空間TD2.5m，進(jìn)料板空間高度H0.5m，那么，全塔高度：精品文檔放心下載W F1.2(4024)0.440.60.52.520.2m感謝閱讀塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定5.1塔板尺寸由于塔徑大于800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板。謝謝閱讀取無(wú)效邊緣區(qū)寬度W40mm，破沫區(qū)寬度W70mm，感謝閱讀C S.-查得l 705mmW弓形溢流管寬度W146mmd弓形降液管面積A0.0706m2f/A0.0706/0.78540.09謝謝閱讀f TRD/2W0.50.040.46m感謝閱讀CxD/2WW0.50.1460.070.284m精品文檔放心下載d S驗(yàn)算：液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間AfHT0.07060.441.8s5s感謝閱讀L0.000675JSJ液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間TAH0.07060.412.6s5sfTST5.2弓形降液管5.2.1堰高采用平直堰，堰高h(yuǎn)hhw 1 ow取h60mm,h 10mm，則h601050mm感謝閱讀1 ow w5.2.2降液管底隙高度h0若取精餾段取h15mm，提餾段取為25mm，那么液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的精品文檔放心下載0流速為精餾段：u0lL0.0006750.0643m/s'SJ0.-提餾段：u0L0.002250.129m/s'ST0u'的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為0.07~0.25m/s精品文檔放心下載05.2.3進(jìn)口堰高和受液盤(pán)本設(shè)計(jì)不設(shè)置進(jìn)口堰高和受液盤(pán)5.3浮閥數(shù)目及排列采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm。精品文檔放心下載5.3.1浮閥數(shù)目4V浮閥數(shù)目NS2u00氣體通過(guò)閥孔時(shí)的速度uF0v取動(dòng)能因數(shù)F11，那么u01110.82m/s，因此1.03551.1034N0.039210.8286個(gè)感謝閱讀5.3.2排列由于采用分塊式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同一橫排的閥孔中心距精品文檔放心下載t75mm，那么相鄰兩排間的閥孔中心距t'為：謝謝閱讀計(jì)t計(jì)A'at.-A2[xR2x2R2sin1x]a180R2[0.2840.4620.28420.462sin10.284]1800.46=0.487m2t'0.48775.5mm計(jì)860.075t'80mm時(shí)畫(huà)出的閥孔數(shù)目只有60個(gè)，不能滿足要求，取t'65mm畫(huà)謝謝閱讀出閥孔的排布圖如圖1所示，其中t75mm,t'65mm精品文檔放心下載圖中，通道板上可排閥孔41個(gè)，弓形板可排閥孔24個(gè)，所以總閥孔數(shù)目為謝謝閱讀4124289個(gè)5.3.3校核氣體通過(guò)閥孔時(shí)的實(shí)際速度：u4V10.38m/sS0d2N0實(shí)際動(dòng)能因數(shù)：F010.381.033510.55(在9~12之間)精品文檔放心下載開(kāi)孔率：閥孔面積100%d2N100%(0.039)28913.5%0T開(kāi)孔率在10%~14之間，滿足要求。流體力學(xué)驗(yàn)算6.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降(單板壓降)hp謝謝閱讀氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降(單板壓降)h hhh謝謝閱讀p c 1 6.1.1干板阻力hc浮閥由部分全開(kāi)轉(zhuǎn)為全部全開(kāi)時(shí)的臨界速度為u：oc1.82573.1/1.82573.1/1.033510.32m/s感謝閱讀oc V.-因?yàn)閡 u10.38m/soc o所以h5.34u25.341.033510.382V00.0367mc2g28639.81L6.1.2板上充氣液層阻力h1取板上液層充氣程度因數(shù)0.5，那么：hh0.50.060.03m精品文檔放心下載1 L6.1.3由表面張力引起的阻力h由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來(lái)說(shuō)都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以：精品文檔放心下載hp0.03670.030.667m0.6678639.81564.7Pa感謝閱讀6.2漏液驗(yàn)算動(dòng)能因數(shù)F5，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷V 為：0 SminVd2NuSmin400min其中u F 5/ 1.03354.92m/s謝謝閱讀0min V所以V 0.0392894.920.523m3/s1.103m3/s感謝閱讀Smin 4 0可見(jiàn)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。6.3液泛驗(yàn)算溢流管內(nèi)的清液層高度Hhhhh謝謝閱讀d p d L 其中，h0.0667m,h0.06m謝謝閱讀p L所以，H0.6670.060.0030.1297m感謝閱讀d為防止液泛，通常H(Hh)，取校正系數(shù)0.5，則有：感謝閱讀d T w.-(Hh)0.5(0.40.05)0.225m精品文檔放心下載T w可見(jiàn)，H(Hh)，即不會(huì)產(chǎn)生液泛。精品文檔放心下載d T w6.4霧沫夾帶驗(yàn)算V1.36LZVSSL泛點(diǎn)率=LVKCAF b查得物性系數(shù)K1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)C0.097謝謝閱讀FD2W120.1460.708m精品文檔放心下載L dAA2A0.785420.07060.6442m2謝謝閱讀b T f所以，1.0335