乙醇水溶液连续板式精馏塔设计

-.z1设计内容及任务设计内容乙醇-水溶液连续板式精馏塔设计设计任务处理能力：3.6万吨/年，每年按300天计算，每天24小时连续运转。原料乙醇-水溶液：7.4%组成〔乙醇的质量分数〕产品要求：塔顶产品组成〔质量分数〕：≥38.2%塔底的产品组成〔质量分数〕：≤0.1%塔型选择根据生产任务，假设按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为265.3kmol/h,由于产品黏度较小，流量增大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选择浮阀塔。操作条件操作压力：塔顶压强为常压101.3kPa单板压降：0.7KPa进料状况：30°回流比：自选加热方式：间接蒸汽加热冷却水进口温度：30塔的工艺计算a1工艺过程物料衡算工艺过程1.1物料衡算=7.4%=38.2%F=265.3kmol/h=0.0303塔底产品流量：1.1表1物料衡算数据记录F265.3kmol/h0.0303D36.66kmol/h0.1948W228..64kmol/h0.00039由图(在?化工原理?〔第三版，王志魁〕页)查出组成的乙醇-水溶液泡点为95.7°C，在平均温度为〔95.7+30〕/2=61.35下，由?化工原理?〔第三版，王志魁〕附录查得乙醇与水的有关物性为：〔数值为在*围内的一个估值〕乙醇的摩尔热容：乙醇的摩尔汽化潜热：水的摩尔热容：水的摩尔汽化潜热：比拟水与乙醇的摩尔汽化潜热可知，系统满足衡摩尔流的假定。加料液的平均摩尔热容：加料液的平均汽化热：r=1.2最小回流比及操作回流比确实定由于产品纯度不高，故可采取塔顶进料，无回流，只有提留段操作，从而到达节约本钱的目的。1.3理论及实际塔板数确实定〔1〕由相平衡方程式，可得根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：因此可以求得：平均相对挥发度的求取：用逐板法计算理论板数相平衡方程包括塔釜共四块(2)根据乙醇-水体系的相平衡数据可以查得：塔顶：，°C塔釜：,°C塔顶和塔釜的算术平均温度：t=91.5由?化工原理?〔第三版，化学工业，王志魁〕书中附表12查得：在91.5°C下，，根据公式得由奥康奈尔关联式：C求解实际塔板数取N=81.4塔的构造设计塔径的计算查得有关乙醇与水的安托因方程：乙醇：得:水：得：将代入进展试差，求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度：塔顶：，试差得塔釜压力：塔釜：，试差得求得塔内的平均压力及温度：平均摩尔质量的计算：塔顶：塔釜：平均摩尔质量：表2平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量塔釜平均密度的计算：汽相平均密度计算：汽相平均密度：液相平均密度计算：塔顶：，塔釜：，，得：液相平均密度：表3液相平均密度的计算塔顶塔釜0.03119精馏段液相平均密度液体平均外表*力计算液体平均外表*力按下式计算：塔顶：，由?化工原理?〔第三版，化学工业，王志魁〕附录二十，塔釜：，查附录：，液体外表平均*力：表4液体平均外表*力计算塔顶塔釜液体外表平均*力液体平均黏度计算：液体平均黏度按下式计算：塔顶：，查由?化工原理?〔第三版，化学工业，王志魁〕附录十二，得：塔釜：，查附录：，得：液体平均黏度：表5液体平均黏度计算塔顶塔釜液体平均黏度气液相体积流率计算：汽相体积流率：液相体积流率：表6气液相体积流率计算塔径确实定塔径确实定，需求=，C由下式计算：由Smith图查取。取板间距，板上液层高度，则精馏段塔径确实定：图的横坐标为查smith图，smith图得0.062==2.29m/s取平安系数为0.75，则空塔气速为：则塔径按标准塔径圆整后，(故采取整块式塔板构造)塔截面积：实际空塔气速为：塔的有效高度的计算有效高度：塔顶间距：H1=(1.5~2.0)HT,取H1=2×0.35=0.7m塔底空间高度：H2=1.5m塔高：H=0.7+1.5+2.45=4.65m2塔板主要工艺尺寸的计算2.1溢流装置计算因塔径D=0.5m，可选用单溢流弓形降液管A.堰长lw单溢流：lw=〔0.6~0.8〕D，取lw=0.6×0.5=0.3mB.溢流堰高度hw因为hl=hw+how选用平直堰，堰上液层高度how可用Francis计算，即液体收缩系数计算图=0.00122×3600=4.392m3/h，得E=1.15，则h′OW=(2.84/1000)×1.15×〔4.392/0.3〕2/3=0.0170m取板上清夜层高度hL=0.05m,故h′W=0.05-0.0170=0.033m2.2降液管降液管高度和截面积因为，查以下图〔弓形降液管参数图〕得：,所以，弓形降液管参数图依下式验算液体在降液管中的停留时间：,故降液管勉强符合设计要求。降液管底隙高度降液管底隙高度依下式计算：取则，即故降液管底隙高度设计合理。2.3塔板布置边缘区宽度确定溢流堰前的安定区宽度：WS=0.07m边缘区宽度：WC=0.035m开孔区面积计算开孔区面积按下式计算：其中故浮阀塔计算及其排列采用F1型重阀，重量为33g，孔径为39mm浮法数目浮法数目按下式计算：气体通过阀孔的速度：取动能因数F=11则精段：，，取20开孔率：开孔率在10%~14%之间，且实际动能因数F0在9~12间，满足要求。B.排列由于采取整块式塔板构造，故采用正三角形叉排3流体力学验算3.1气体通过浮阀塔板的压力降〔单板压降〕单板压降：hp=hc+hl+hσ阀片全开前阀片全开后:取板上液层充气因数ε0=0.5，则hL=ε0(hw+how)=ε0hL=0.5×0.05=0.025m气体克制液体外表*力所造成的阻力可由下式计算：但由于气体克制液体外表*力所造成的阻力通常很小，可忽略不计。故hp=hc+hl+hσ=0.0329+0.025=0.0579m3.2漏液验算气体通过阀孔时的速度：3.3液泛验算降液管内泡沫液层高度可按下式计算：Hd=hp+hw+how+Δ+hd=hp+hL+hd≤φ〔HT+hw〕浮法塔的页面落差一般不大，常可忽略不计hp=0.0579m,hL=0.05m塔板上不设进口堰时：Hd=0.0579+0.05+0.0000525=0.107953m取φ=0.5，φ〔HT+hw〕=0.5×〔0.35+0.033〕=0.1915mHd<φ〔HT+hw〕3.4雾沫夹带验算泛点百分率可取以下两式计算，取计算结果中较大的数值：,ZL=D-2Wd，Ab=AT-2Af4操作性能负荷4.1气相负荷下限线4.2液相负荷下限线得：4.3液泛负荷上限线5各接收尺寸确实定5.1进料管进料体积流量;取适宜的输送速度uf=3.0m/s,故经圆整选取热轧无缝钢管(GB8163-87)，规格：φ38×5mm实际管内流速：5.2釜残液出料管釜残液的体积流量：取适宜的输送速度：uf=3m/s,则经圆整选取热轧无缝钢管，规格：φ32×3mm实际管内流速：5.3塔顶上升蒸汽管塔顶上升蒸汽的体积流量：取适宜速度uV=10m/s，则经圆整选取拉制黄铜管，规格：φ260×5mm实际管内流速：辅助设备的计算及选型1冷凝器热负荷按泡点回流设计，即饱和蒸汽冷凝且饱和回流，采用25℃的水作为冷却剂，逆流操作，则Q=Wr1r1=VMVDr查液体的汽化潜热图，可知塔顶温度92.7℃乙醇汽化潜热：rA=850KJ/kg水的汽化潜热：rB=2375KJ/kgr1=∑ri*i=850×0.1948×46+〔1-0.1948〕×2375×18=42038.98KJ/Kmol故Q=36.66×42038.98/3600=428.09KJ/s又由于Q=KAΔtm因为K=750J/s·(m2·K)所以2再沸器热负荷采用饱和水蒸气间接加热，逆流操作，则Q=Wh2r2查得塔釜温度103.57℃乙醇汽化潜热rA=800KJ/kg水的汽化潜热：rB=2250KJ/kgr2=∑ri*i=800×0.00032×46+〔1-0.00032〕×2250×18=40498.82KJ/Kmol故Q=〔L′-W〕Mflr=(265.3-228.64)×40498.82=1484.66KJ/s又由于Q=KAΔtm℃因为K=900J/s·(m2·K)所以3泵的选用进料泵：选用离心泵，泵入口温度为常温，取为30℃产品泵：单机离心泵，入口温度为常温，流量较小，扬程较低；塔底泵：单机离心泵，流量变动*围大，流量较大，泵入口温度高，一般大与100℃，故塔底不须冷凝器。三、附录：参考文献1王志魁编,化工原理.：化学工业.2005.012贾绍义，柴诚敬编.化工原理课程设计.**：**大学.2003.123华东理工大学化工原理教研室编.化工过程开发设计.**：华南理工大学.1996.024*道德编.化工设备的选择与设计.**：中南大学.2003.045袁惠新编.别离过程与设备.：化学工业.2003.03符号说明-.z一一塔板开口面积,一一降液管截面积,一一筛孔总面积,一一塔截面积,一一流量系数,无因此一一计算时负荷系数,一一筛孔直径,m一一塔径,m一一筛孔气相动能因子一一重力加速度,9.81一一进口堰与降液管间的水平距离,m一一与干板压降相当的液柱高度,m一一与液体流过降液管的压降相当的液柱高度,m一一塔板上鼓泡高度,m一一板上清液层高度,m一一降压管的底隙高度,m一一堰上液层高度,m一一出口堰高度,m一一与克制外表*力的压降相当的液柱高度,m一一降液管内清夜层高度,m一一湿润速度,一一液体体积流量,一一液体体积流量,P一一操作压力,Pa一一气体通过每层筛板的压降,