乙醇水混合液浮阀精馏塔设计

河 西 学 院Hexi University化 工 原 理 课 程 设 计题 目: 乙醇- 水混合液浮阀精馏塔设计 学 院: 化学化工学院 专 业: 化学工程与工艺 学 号: 2014210035 姓 名: 张苗 指导教师: 魏玉娟 2016 年 11 月 29 日 化工原理课程设计任务书一、设计题目乙醇水混合液筛板(浮阀)精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力 100000 吨/年， （进料量） t/h操作周期 小时/年（年工作 330 天检修一月）进料组成 30% （乙醇质量分率，下同）塔顶产品组成 94%（乙醇）塔底产品组成 0.5%（乙醇）单板压降 700Pa 2.操作条件操作压力 塔顶 4kPa (表压) 进料热状态 自选 （料液初温 20） 加热蒸汽 0.25MPa (表压) 3.设备型式 筛板或浮阀塔板 4.厂址 山东地区 三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.塔的工艺计算3.主要设备工艺尺寸设计（1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4.辅助设备选型与计算5.设计结果汇总6.绘制生产工艺流程图及精馏塔设计条件图7.设计评述河西学院化学化工学院课程设计I目 录摘要： .11 前言 .11.1 精馏原理及其在化工生产上的应用 .11.2 精馏塔对设备的要求 .11.3 常用板式塔类型及本设计的选型 .21.4 本设计所选塔的特性 .21.5 流程的确定和说明 .22 塔的工艺设计 .32.1 精馏塔全塔物料衡算 .32.2 温度的计算 .32.3 密度的计算 .42.4 液体的平均表面张力的计算 .62.5 混合物黏度的计算 .72.6 相对挥发度 .82.7 气、液相体积流量计算 .82.8 理论板数 NT的计算以及实际板数的确定 .102.9 塔经的初步设计 .122.10 溢流装置 .132.10.1 堰长 .132.10.2 溢流堰高度 ： .13Wh2.10.3 弓形降液管的宽度 和横截面 .14dfA2.10.4 降液管底隙高度： .142.11 塔板布置及浮阀数目与排列 .142.11.1 塔板分布 .142.11.2 浮阀数目与排列 .153 塔板的流体力学计算 .17河西学院化学化工学院课程设计II3.1 气相通过浮阀塔板压降 .173.2 淹塔 .173.3 物沫夹带线 .193.4 塔板的负荷性能图 .203.4.1 物沫夹带线 .203.4.2 液泛线 .203.4.3 液相负荷上限 .213.4.4 漏液线 .213.4.5 液相负荷下限 .214 浮阀塔工艺设计计算结果 .235 塔附件设计 .245.1 接管 .245.1.1 进料管 .245.1.2 回流管 .245.1.3 塔釜出料管 .255.1.4 塔顶蒸气出料管 .255.1.5 塔釜进气管 .255.1.6 法兰 4.255.2 筒体与封头 .255.2.1 筒体 .255.3 除沫器 .265.4 裙座 .265.5 吊柱 .265.6 人孔 .265.7 塔高计算 .275.8 冷凝器的选择 .275.8.1 热负荷 .27CQ5.8.2 冷却水的用量 .271mq河西学院化学化工学院课程设计III5.8.3 平均温差 .27mt5.8.4 换热系数 .285.8.5 换热面积 .28A5.9 再沸器的选择 .285.9.1 热负荷 .28BQ5.9.2 加热蒸气用量 .282mq5.9.3 平均温差 .28t5.9.4 换热系数 .285.9.5 换热面积 .28A6 总结 .29参考文献: .29致 谢 .30河西学院化学化工学院课程设计1乙醇-水溶液浮阀精馏塔设计张苗摘要：本设计是以乙醇-水的物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇和水。浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系乙醇-水的精馏问题展开。通过图解法得出理论板数为 11 块，回流比为 3.78，算出塔板效率 42.3%，实际板数为 26 块，进料位置为第 11块，在浮阀塔主要工艺尺寸的设计计算中得出：塔径 2 米，总塔高 19.9 米，每层浮阀数目为300 个。通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。同时还对精馏塔的辅助设备进行了选型计算。本次设计过程正常，操作合适。关键词：乙醇 水 连续精馏 浮阀塔1 前言1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，汽化和部分冷凝是同时进行的。对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏出液(气相冷却而成)是沸点低的 B 物质，而残液是沸点高的 A 物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯的低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。1.2 精馏塔对设备的要求精馏设备及其所用的设备之间相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和浮阀塔两类，通称为塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。 效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 结构简单，造价低，安装检修方便。 能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。河西学院化学化工学院课程设计21.3 常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。 浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。1.4 本设计所选塔的特性浮阀塔的优点是： 生产能力大，由于塔板上浮阀的安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。 操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30%。 但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上） ，所以一般采用不锈钢制成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。1.5 流程的确定和说明本设计任务为分离乙醇-水溶液的混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其河西学院化学化工学院课程设计3中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇和水的分离。2 塔的工艺设计2.1 精馏塔全塔物料衡算F:进料量 ：进料组成 D:塔顶产品流量 塔顶组成W：塔底残液流量 ：塔底组成 乙醇的摩尔质量 M 乙 =46水的摩尔质量 M 水 =18= =14.36%18/70463= =85.98%9= =0.19%18/5.46/.0进料量 F= =0.175236024018.总物料衡算 F=D+W 0.1752=D+W易挥发组分物料衡算 F=D+W 0.175214.36=85.98D+0.19W联立求解得 D=0.0289 W=0.14362.2 温度的计算表 1 常压下乙醇水气液平衡与温度的关系 5温度T液相中乙醇的摩尔分数%气相中乙醇的摩尔分数 %温度T液相中乙醇的摩尔分数 %气相中乙醇的摩尔分数 %10095.589.086.701.907.219.66017.0038.9143.7581.580.779.879.732.7339.6550.7951.9859.2661.2265.6465.99河西学院化学化工学院课程设计485.384.182.782.312.3816.6123.3726.0847.0450.8954.4555.8079.378.7478.4178.1557.3267.6374.7289.4368.4173.8578.1589.43利用上表 1 中的数据由拉格朗日插值可求得 得 16.34856.-2385Ft得 9774917D： 得 wt 0-.t0-5w精馏段平均温度： = 1t 81.47278432DF 提馏段平均温度： = 1t 95.DF2.3 密度的计算已知：混合液密度 (为质量分率， 为平均相对分子质量） ，不BALM同温度下醇和水的密度见下表混合气密度： 0v4.2TPM精馏段=81.471t液相组成 ： , 1x65.39807-1439.65-2780x32.9%1x气相组成 ， ：1y2y51 5y1所以 =460.3299+18(10.3299)=27.241LM河西学院化学化工学院课程设计5=460.5933+18(10.5933)=34.611VM提馏段92.4t液相组成 ： 2x7.21-x89047.21-89054.6%x2气相组成 ： 2y3y32 83y2所以 =460.0464+18(10.0464