精馏塔课程设计

1、安徽科技学院食品药品学院乙醇一水板式精储塔设计班级：食品科学与工程101姓名： 蒋大强学号： 2301100112指导教师：杜传来张继武2012 年 1 月 6 日摘要精储是利用物质沸点的不同，多次的进行混合蒸气的部分冷凝和混合液的 部分蒸发的过程，以达到分离的目的。塔设备是炼油和化工生产的重要设备，具作用在于提供气液两相充分接触 的场所，有效地实现气液两相间的传热、传质，以达到理想的分离效果，因此它 在石油化工生产中得到广泛应用。一个完整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘 及气体和液体进、出口管等部件组成，同时考虑到安装和检修的需要，塔体上还 要设置人孔和手孔。平台扶梯

2、和吊柱等部件，整个塔体由塔裙座支撑，在塔内， 根据生产公益要求，装有多层塔板，为气液亮相提供接触的场所，塔板性能的好 坏直接影响传质效果，是塔板塔的核心部件设计目的：1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资 料、处理数据的能力。设计任务或主要技术指标：生产能力为日产24吨98%的乙醇产品，原料中乙醇含量为25% （质量分数， 以下同）,分离要求为塔顶乙醇含量不低于 95%常压精储，塔顶全凝，q取1.2 , R=1.1 Rmin。塔底乙醇含量不高于 0.1%;常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和 液体进料的板式精储塔。关键词

3、：精储塔、板式塔、设计一.设计的基础数据1.1 原始数据条件处理能力：生产能力为日产 24吨98%的乙醇产品原料：乙醇含量为25% （质量百分比，下同）的饱和液体分离要求：塔底含量不超过0.1 %,塔顶含量高于98%.工艺操作条件：常压精储，塔顶全凝，q取1.2, R=1.1 Rmin。:水和乙醇的物理性质相对分子密度沸点比热容黏度导热系表面 张力名称分子式质量20 ckg / m3101.33kPaC(20 C) Kg/(kg. C)(20 C ) mPa.s数(20 C) /(m.C)(20 C) N/m水H2O18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇C2H50H4

4、6.0778978.32.391.150.17222.8(2)常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表 32表3一2 乙醇一水系统txy数据沸点t/c乙醇摩尔数/%沸点t/c乙醇摩尔数/%气相液相气相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.6P 42.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678

5、.9568.9274.6995.81.6116.3478.75F 72.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.2P 85.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41乙醇相对分子质量：46;水相对分子质量：181.2 乙醇和水的不同温度下的密度。表11不同温度下乙醇和水的密度温度/ c乙水温度/ c乙水80735971.885720961.8585730968.6100716958.4907

6、24965.31.3 乙醇和水的不同温度下的表面张力表1 一2乙醇和水不同温度下的表面张力/708090100乙醇表面张力10 2 N / m21817.1516.215.222水表面张力/10 2 N/m264.362.660.758.81.4 乙醇和水的不同温度下的黏度。表1一3乙醇和水不同温度下的黏度/708090100乙醇黏度mpa.s0.480.4150.3510.305水的黏度mpa.s0.4000.3300.3180.2841.5 乙醇一水气、液平衡组成与温度关系表1 -1乙醇一水气、液平衡组成与温度关系沸点t/ C/%（液相）/%（气相）沸点t/ C/%（液相）/%（气相）10

7、0008227.356.4499.90.0040.05381.532.7359.2699.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.739.6561.2299.50.121.5780.642.0962.2299.20.232.9080.148.9264.70990.313.72579.8552.6866.2898.750.394579.850.7965.6497.640.798.7679.751.9865.9995.81.6116.3479.561.0270.2995.51.9017.0079.357.3268.4191.34.1629.9279.265.64

8、72.7189.07.2138.9178.9568.9274.6987.97.4139.6178.7572.3676.9386.79.6643.7578.7474.7278.1585.312.3847.0478.675.9979.2685.212.6447.4978.479.8281.8384.116.6150.8978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.723.3754.4578.1589.4189.4182.325.7555.7478.1589.4389.4382.326.0855.80设计结果一览表项目符号单位计算数据精储段提留段各段

9、平均温度tmc81.791.1平均流量气相VSm/s1.3731.377液相lSm/s0.001441.079实际塔板数N块139板间距HTm0.40.4塔的有效高度Zm5.23.6塔径Dm1.81.8空塔气速um/s0.790.79 '塔板液流形式单流型单流型溢 流 装 置溢流管型式弓形弓形堰长wm0.650.65堰图hwm0.04820.0366溢流堰宽度Wm0.120.12管底与受液盘距 离hom0.03320.0216板上清液层局度hLm0.060.06孔径domm5.05.0孔中心距tmm15.015.0孔数n孔23782378开孔回积A02 m0.4620.462筛孔气速U

10、om/s29.5129.60塔板压降hPkPa1.41.1液体在降液管中停留时间Ts14.835.59降液管内清液层图度Hdm0.2310.197雾沫夹带eVkg液/kg气0.08790.0641负荷上限液沫夹带控制液沫夹带控1制负荷卜限液相负荷卜.限 控制漏液控制气相最大负荷VS maxm/s1.461.452.精储塔工艺计算2.1 塔的物料衡算2.1.1 料液及塔顶，塔底产品含乙醇的摩尔分率F：原料液流量（kmol/s ） xF:原料组成（摩尔分率，下同）D:塔顶产品流量（kmol/s ） xD:塔顶组成W塔底残7流量（kmol/s ） xW:塔底组成2.1.2 进料2.1.3 物料衡算2

11、.2 有关的工艺计算2.2.1 原料液的平均摩尔质量：Mf =x f MCH3cH 20H +（1-x f ）MH2O =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HO=971.1kg/m3,CH3cH20H =735kg/m3由此可查得原料液,塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表6。表6原料液、储出液与釜残夜的流量与温度名称原料液储出液釜残夜x f /（质量分数）38953x f / （摩尔分数）0.19340.88140.0198摩尔质量 kg/kmol

12、23.442.697218.5544沸点温度t/ C83.8378.2199.582.3 最小回流比及操作回流比的确定如图所示的乙醇-水物系的平衡曲线，具有下凹的部分，当操作线与 q线的 交点尚未落到平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图中点g所示。点g附近已出现恒浓区，相应的回流比便是最小回流比。对于这种情况下的Rmin的求法只能是通过作图定出平衡线的切线之后，再由切线的截距或斜率求之。如图 1-63所示，可用下式算出：Rmin=2.889Rmin = 0.8814 0.37短1 0.8814 0.1934可取操作回流比 R=1.5 2.889=4.3342.4 全凝器冷凝介质的消耗量塔顶

13、全凝器的热负荷：Qc=(R+1)D(I 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取水为冷凝介质，具进出冷凝器的温度分别为25 C和35 C则平均温度下的比热c pc =4.174kJ/kg C,于是冷凝水用量可求WC = QC=5317.45 =127.4kg/h c”(t2 L) 4.174 (35 25)4 .精微塔主体尺寸计算4.3提留段塔径的计算tF t D283.83 99.58291.705 C查 t-x-y 图在 91.705 C 下:xA

14、0.0552 , y 0.3273xB 0.9448 ,达 0.6727Ml Mixa M2XB46 0.0552 18 0.944819.5456Kg /KmolM g=M 1y a+M 2yB =46 0.3273+18 0.6727=27.1644 kg/kmol汽塔气相平均密度PMg101.325 27.1644V_RT 8.314 (273 91.705)=0.9077 kg/m 3MiXa 46 0.0552xAW =0.1299M l 19.5456x bw =1-x aw =0.8701汽塔的液相平均密度在91.705 C下查表得:A =729.5 kg/m 3B =964.3

15、 kg/m 33l =925.6 kg/mxaw Xbw 0.1299 0.8701+ =+=1.0804A b 0.7295 0.9643vMgV b =3600 vV=(R+1)D=(4.334+1)8.057=42.976 kmol/h42.976 27.1644=0.3573 m/s3600 0.9077L =L+qF=8.811+110.09=18.901 kmol/hLMl 18.901 19.54563 3L 3 =0.1109 10 m /s3600L 3600 925.6查化工数据手册求取:A =16.1 mN/mB =60.05 mN/m5 .塔高的确定:z二(NtEt-1

16、) HT=(5-1) 0.45=8.02 m0.7968塔板结构尺寸的确定:溢流装置由于塔径小于800mm，所以采用单溢流弓形降液管，平行受液盘及平行溢流堰,0.3=0.198m取堰长 L w =0.66D,即 L w =0.66则How2.841000出 口堰高 HW=H1-HOW,0.66,21 (0.2412)30.0198,0.003mH w=H l - H OW =0.06-0.003=0.057m降液管的宽度Wd与降液管的面积A由. 0.66, wd 0.125, Af- 0.0700DDAtWd =0.125 0.3=0.0375m23A f =0.07 D 0.02m4Af H

17、t0.005 0.45停留时间 3 25.03s( 5s符合要求)Ls0.0899 10 3降液管底隙高度Hoho=h w-0.006=0.051m取边缘宽度取边缘宽度为WC=0.03m安定区宽度安定区宽度为 WS=0.050m开孔区面积AD ,0.3 X= ( Wd +Ws)=一 (0.0375 0.050) =0.0625m22R= WC =0.15-0.03=0.12m2A a =2xR2x2R2 sin1801 =0.068m 2R附图1精储塔的工艺流程图符号说明：英文字母：Aa 塔板开孔区面积m2;AA。一筛孔总面积m2;AC0 流量系数；CCs一气相负荷因子，m/s；dD 塔径，m

18、ieE液流收缩系数E11F一气相动能因子，kg"(s ?m')；11kg2/(s ?m2)hi 一进口堰与降液管间的水平距离，m；f一奖液管截面积m2T一塔截面积m2一计算Umax时的负荷系数m/S0一筛孔直径，mv一液沫液带量kg(液)/kg(气)t 一总板效率F0一筛孔动能气象因子，hc一与干板上液压降相当的液柱高c度，mhd 与液体流过降液管的压力降相当的液柱高度,hf 塔板上鼓泡层高度，m；h度， mh2 板上清液层高度，m；hh 0w 堰上液层高度，m；hh w 进口堰高度，m；h高度， mH板式塔高度；mHHd 降液管内清液层高度, mHHf 进料板处塔板间距，mHHT 塔板间距， mKL w 堰长， mLL s 液体体积流量，m3 /snNt 理论板层数 P P压力降。Pa降， Par 鼓泡区半径， mtu空塔气速，m/sU1 与板上液层阻力相当的液柱高0 降液管的底隙该度， mw 出口堰高度， m与克服 的压降相当的液柱b 塔底空间高度； md 塔顶空间高度 ,m人孔处塔板间距， m p稳定系数h 液体体积流量m3 /h筛孔数目操作压力， Pa P p 气体通过每层筛板的压 p筛孔的中心距， mf 泛点气速。 m/so min 漏液点气速。m/s