精馏塔设计流程

常压操作的连续精馏塔分离水-乙醇混合物。 已知原料的处理量为2000吨，组成为36% (乙醇的质量分数，以下相同)，要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。设计条件如下：操作压力5kPa (塔顶表压)供热情况自由回流比自由单板电压降0.7kPa；根据上述工艺条件，进行了筛板塔的设计计算。【设计计算】(一)设计方案的确定；本设计任务是分离水-乙醇混合物。 二元混合物的分离采用连续精馏工艺。设计中采用气泡进料，用预测器将原料液加热到气泡点后送入精馏塔。 塔顶上升的蒸汽在全冷凝器中冷凝，冷凝液在泡点下回流到一部分塔内，其馀的部分被制品冷却器冷却后送入罐中。 该物质系统是容易分离的物质系统，因为最小回流比较小，所以操作回流比为最小回流比的1.5倍。 塔釜用间接蒸汽加热，塔底产品冷却后送入罐中。(2)精馏塔的材料平衡计算1 .原料液及塔顶、塔底制品摩尔分数乙醇摩尔质量=46.07kg/kmol水摩尔质量=18.02kg/kmol=2 .原料液及塔顶、塔底制品平均摩尔质量=0. 1846.07 (1-0. 18 ) 18.02=23.07千克/千克=0. 6446.07 (1-0. 64 ) 18.02=35.97千克/千克=0. 02446.07 (1-0. 024 ) 18.02=18.69千克/千克3 .物料平衡计算我每年工作250天，每天工作12小时原料处理量=kmol/h料号馀额总计28.90=水资料平衡28.900.18=0.64D 0.024联立解=7.32kmol/h=21.58kmol/h(3)架数的确定1 .求理论板层数的水乙醇为理想物系，可用图式解法求理论板层数。用手册调查水-乙醇系的气液平衡数据，如图所示绘制x-y图。求出最小回流比和操作回流比。用作图法求最小回流比。 在图中的对角线上，从点e(0.18、0.18 )垂下垂线ef时成为馈线(q线)，该线与平衡线的交点坐标为=0.52=0.18最小回流比为=3取操作回流比=1.50.353=0.53求出精馏塔的气液相负荷=kmol/h=(0.53 1)kmol/h=5.17 28.90=34.07 kmol/h=11.20kmol/h求操作线方程式精馏段操作线方程=馏段操作线方程式=3.042-0.046图式解法求理论板的层数用图式解法求出理论板的层数，如图1所示。 解决的结果是总理论板层数=16 (包括重沸器)进料板位置=52 .实际板层数的计算精馏段实板层数=馏段实际板层数=(4)精馏塔的工艺条件和相关物性数据的计算以精馏级为例进行计算。1 .操作压力计算塔顶操作压力=101.3 5=106.3kPa每层楼层电压降=0.7kPa进料板压力=106.3 0.720=120.3kPa精馏段平均压力=(106.3 120.3)/2=113.3kPa2 .操作温度计算根据操作压力，由泡点方程用试验差法计算泡点温度，其中水和乙醇的饱和蒸汽压用安东尼方程计算，省略了计算过程。 计算结果如下塔顶温度=79.3C进料板温度=95.4C精馏段平均温度=C3 .平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算=0.64，检查平衡曲线(参照图1 )，得到=0.714=0. 6446.07 (1-0. 64 ) 18.02=35.97千克/千克=0. 71446.07 (1-0. 714 ) 18.02=38.05 kg/kmol进料板的平均摩尔质量计算由图解理论板(参照图1 )得到=0.52检查平衡曲线(参见图1 )=0.2=0. 5246.07 (1-0. 52 ) 18.02=32.61千克/千克=0. 246.07 (1-2) 18.02=23.63千克/千克精馏段平均摩尔质量=(35.97 32.61 )/2=34.29千克/千克=(38.05 23.63 )/2=30.84千克/千克4 .平均密度计算(1)气相平均密度的计算根据理想气体状态方程计算，即=kg/m3(2)液相平均密度计算液相平均密度通过下式计算塔顶液相平均密度的计算=79.3C，根据手册3得出=741.6公斤/m3=971.8公斤/m 3kg/m3进料板液相平均密度的计算=95.4C，检查手册=731.5公斤/m3=961.9公斤/m 3kg/m3进料板液相质量分数=kg/m3精馏段液相平均密度kg/m35 .液体平均表面张力的计算液体平均表面张力通过下式计算塔顶液相平均表面张力的计算=79.3C，检查手册18.3mN/m 62.5mN/mmN/m进料板液相平均表面张力的计算=95.4.0C，查看文档16.53mN/m 59.78mN/mmN/m精馏段液相平均表面张力mN/m6 .液体平均粘度计算液体平均粘度通过下式计算lg=塔顶液相平均粘度的计算=79.3.0C，查看文档0.436 0.355试着解开进料板液相平均粘度的计算=95.4C，检查手册0.386 0.299解0.315精馏段液相平均粘度(5)精馏塔塔体工艺尺寸计算1 .塔径的计算精馏段气液相体积流量0.082m3/s0.000055 m3/s由式中的c计算中的C20在化工原理课程设计 P105图5-1中调查，图的横轴为0.0239取板间隔m、板液高度m时m检查图5-1中的C20=0.074m/s如果将安全系数设为0.7，则空塔风速为m/sm用标准塔径四舍五入，D=0.3m塔截面积为0.0707 m2实际的空塔风速m/s2 .精馏塔有效高度的计算精馏段的有效高度为m馏段有效高度为m在进料板上开孔，高度为0.8m精馏塔的有效高度5.7 2.7 0.8=9.2m(6)搁板主要工艺尺寸的计算1 .溢流装置的计算由于塔径D=0.3m，可选择单溢流弓形下降液管，采用凹形受液盘. 各项计算如下：(1)堰长取m(2)溢流堰高度由选择直堰，堰上的液层高度按下式计算若设E=1，则近似为0.0027m板上清夜层的高度mm已故的m(3)弓形下降液管宽度和截面积由图5-7、获得因此，0.0051m20.0372 m米用下式来管理液体在下降管中滞留的时间27.8s5s因此，下行管是合理设计的。(4)下行管的底隙高度取m/s0.00066m米0.05664米0.006米因此，下行管下间隙的高度是合理设计的。选择凹形受液盘、深度mm。2 .架子的布置(1)架子块因此，搁板采用块式，查看表，搁板分为3块。(2)边缘区域宽度的确定获得化工原理课程设计 p 114，0.07米，0.05m米。(3)开孔区域面积计算开孔区域面积通过下式计算其中mm0.0162m2(4)网格计算及其排列正题处理的没有腐蚀性，可以选择mm碳钢板，取网径mm。网格排列成正三角形，孔的中心距离为mm网格的数量个开孔率为%气体通过阀孔气体速度m/s(7)屏幕的流体力学管理1 .搁板电压降(1)干板电阻计算干板电阻用下式计算调查化工原理课程设计根据图5-10故m液柱(2)气体通过液层的阻力的计算气体通过液层的阻力按下式计算m/s图5-11获得。故m液柱(3)液体表面张力的阻力计算液体表面张力引起的阻力按下式计算m液柱气体通过各层搁板的液柱高度可通过下式计算m液柱煤气通过各层架子压力下降了pa 0.7kpa (设计容许值)2 .液面落差滤网塔的液面落差小，而且问题的塔径和液体流量也小，因此液面落差的影响可以忽略不计。3 .液体胶带液体泡沫胶带按下式计算m所以kg液/kg气体0.1kg液/kg气体4 .漏液在筛板塔中，漏液点的气体速度可以用下式计算m/s实际孔速m/s稳定系数为2因此，本设计没有明显的漏液。5 .液体溢出为了防止液体溢出塔内，下降液管内的液体高度应遵循下式的关系水-乙醇系是不易起泡的系统，如果取下的话m然后呢板上不设11堰，可按下式计算m液柱m液柱因此，本设计不会发生液体泛滥现象。(8)搁板负荷性能图1 .漏液线由得到整理好在操作范围内取几个值，按照上式计算值，计算结果如表5-4所示。表5-4，0.00060.00150.00300.0045，0.01550.01650.01740.0184可根据上表的数据制作漏液线1。2 .液体砂线以kg液/kg气体为限度，求出以下关系由整理好在操作范围内取几个值，按照上式计算值，计算结果如表5-5所示。表5-5，0.00060.00150.00300.0045，0.62070.46280.25940.0885可根据上表的数据制作漏液线2。3 .液相负荷下限线关于直堰，以堰上液高度m为最小液负荷基准。 由下式得出去取m3/s由此，能够与气体流量无关地制作垂直液相负荷下限线3 .4 .液相负荷上限线设s为液体停留在下降管中下限，则可以通过下式得到故m3/s由此，能够与气体流量无关地制作垂直液相负荷上限线4 .5 .液体泛线令自由时间组成联合忽略，将and、and、and的关系式代入上式，进行整理式中把数据带来事故或者在操作范围内取几个值，按照上式计算值，计算结果如表5-6所示。表5-6，0.00060.00150.00300.0045，3.0672.8022.2511.515根据上表的数据可以制作漏液线5。根据以上的各线式，如图5-20所示，能够制作屏幕塔的负荷性能图。在负荷性能图中，制作操作点a，连接OA后制作操作线4。 由图可知，该屏幕的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。 在图5-20中查看m3/s m3/s操作的