化工原理课程设计-乙醇-异丁醇分离过程浮阀精馏塔设计

1xxxxxx大学乙醇-异丁醇分离过程浮阀精馏塔设计：设计一座乙醇-异丁醇连续精馏塔，混3)回流比自选2xxxxxx大学1.1乙醇-异丁醇-----------------------------------------------------11.2设计方案制定----------------------------------------------------12.1物料衡算-------------------------------------------------------13.1温度-----------------------------------------------------------23.2气相组成-------------------------------------------------------23.3液相密度-------------------------------------------------------33.4混合物的粘度---------------------------------------------------43.5相对挥发度-----------------------------------------------------43.6表面张力-------------------------------------------------------44.1理论塔板的计算-------------------------------------------------54.2实际板数的确定-----------------------------------------------54.3精馏塔的压力--------------------------------------------------64.4气相平均密度---------------------------------------------------65.1气液相体积流量的计算-------------------------------------------65.2精馏段塔径-----------------------------------------------------75.3提馏段塔径-----------------------------------------------------7第6章溢流装置W6.1堰长l-----------------------------------------------------------------8W6.2弓形降液管的宽度和横截面积------------------------------------9第7章塔板分布、浮阀数目与排列7.1浮阀数目排列---------------------------------------------------10第8章塔板流体力学计算8.1气相通过浮阀塔板的压降-----------------------------------------118.2淹塔-----------------------------------------------------------118.3雾沫夹带-------------------------------------------------------12第9章塔板负荷性能图9.1雾沫夹带线-----------------------------------------------------139.2液泛线--------------------------------------------------------139.3液相负荷上限---------------------------------------------------139.4漏液线--------------------------------------------------------149.5液相负荷下限线------------------------------------------------14第10章浮阀塔工艺设计计算结果10.1浮阀塔工艺设计计算结果---------------------------------------1411.1接管---------------------------------------------------------1511.2法兰---------------------------------------------------------153xxxxxx大学11.3筒体、封头与裙座----------------------------------------------1612.1塔的顶部空间高度---------------------------------------------1612.2塔的底部空间高度---------------------------------------------1612.3塔总体高度---------------------------------------------------1613.1冷凝器热量衡算---------------------------------------------1613.2冷凝器的选择------------------------------------------------1714.1物性参数图---------------------------------------------------1814.2图解法求理论板图---------------------------------------------2514.3Smith关联图-------------------------------------------------2514.4塔板符合性能图-----------------------------------------------2614.4精馏塔装配图(另附图纸)------------------------------------2614.5工艺流程图(另附图纸)--------------------------------------2615.1参考文献----------------------------------------------------26第一章前言1.乙醇:乙醇-异丁醇分离过程浮阀精馏塔设计：设计一座乙醇-异丁醇连续精馏塔5万分比，下同)的乙醇-异丁醇混合溶液。分离要求：塔顶乙醇含量不低于97%，塔底异丁醇含量不大2.0％。操作压力:4kPa。每层塔板压降:△p=0.7kpa4xxxxxx大学F料量(kmol/s)ᵌF:原料组成(摩尔分数，下同)D：塔顶产品流量(kmol/s)ᵌD:塔顶组成W：塔底残液流量(kmol/s)ᵌw:塔底组成乙醇的摩尔质量M=46kg/kmolA异丁醇的摩尔质量M=74kg/kmolB50⁄4650/74塔顶组成：ᵌD=97/4650⁄4650/74塔顶组成：ᵌD=97/46=98.11%97⁄46+3/74塔底组成：ᵌw==3.18%M=0.6167×46+0.3833×74=56.7324kg/kmolFM=0.9811×46+0.0189×74=46.5292kg/kmolDM=0.0318×46+0.9682×74=73.1096kg/kmolW3.物料衡算F×ᵌF=D×ᵌD5×107=122.41kmol⁄h=0.034kmol/s300×24×56.7342W×ᵌWWkmol/s第3章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算乙醇—异丁醇汽液平衡组成(摩尔)与温度的关系645498802801899336温CxAyA(1)tF87.585.0(2)tD80.077.5twt∴tF=86.41℃∴t∴tD=∴tw=106.08℃5xxxxxx大2(4)精馏段平均温度:=tF+tD=82.23℃2(5)提馏段平均温度:=tFtw=96.25℃DF(1)精馏段DFWMM(2)提馏段12212222 pppABALABp为异丁醇的密度)B根据在不同温度下乙醇和异丁醇的密度求得在t、t、t下乙醇和异丁醇的密FDWt=86.41oC查表得：p=727.0p=744.0F乙醇异丁醇6xxxxxx大学10.500.50则进料液混合液的密度：=+Ft=78.04oC查表得：p=736.0p=752.0D乙醇异丁醇10.970.03则混合液的密度：=+DFDW乙醇异丁醇10.020.98则混合液的密度：=+：p=723.59p724WWL122L22212 (1)精馏段粘度：=x+(1x)1乙醇1异丁醇1 (2)提馏段粘度：=x+(1x)2乙醇2异丁醇2xFDDDWWW2FD??F??7xxxxxx大学σLD=0.9811×18.2×10−3+(1−0.9811)×18.4×10−3=18.2×10−3N/m2.进料板液相表平均面张力：由tF=86.41℃，σA=17.3×10−3N/m,σB=17.6×10−3N/mσLF=0.6167×17.3×10−3+(1−0.6167)×17.6×10−3=17.4×10−3N/mmBNmσLW=0.0318×16.5×10−3+(1−0.0318)×16.4×10−3=16.4×10−3N/mσLm=(18.2×10−3+17.4×10−3)/2=17.8×10−3N/mσLn=(17.4×10−3+16.4×10−3)/2=16.9×10−3N/mqqFqq最小回流比取较大的一个，则操作回流比:R=1.8Rmin=1.8*0.654=1.178Rx代入数据得yx+D代入数据得(2)提馏段操作线方程为8Txxxxxx大学Tq'qL+q•FWy=n,Lxn,W•x=nx•xn+1q'nq'WL+q•FWnL+q•FWWn,Vn,Vnn即L'Wn+1V'nV'WnnTTLL相粘度 (1)精馏段：?=3.14，=0.49MPa•s1L1N4则N=T=PE0.441则N=T=PE0.441 L2N6-1ENT块T2PE0.423TN101N101N22P操作压力:塔顶操作压力:a每层塔板压降:进料板压力:pF9=98.3kpa塔底压力:pW=98.3+0.7×13=107.4kpa9p=735.95kg/m3L1xxxxxx大学p=735.95kg/m3L1精馏段平均压降:提馏段平均压降:pm92+98.3)/2=95.15kpapn107.4)/2=102.85kpa V22.4p0 气相平均密度由理想气体状态方程计算，即精馏段ρVmminminkmolsL1L1Mp=1.558kg/m3 L1.27体积流量：L=1==1.726103m3/sL1Sp1.558 xxxxxx大学L3.804体积流量：L=2==5.215103m3/sL2maxLVmaxLVpV由附图Smith关联图查的TLL0.05m~0.08；m对于减压塔常取为0.025m~0.03，m此处为常压塔)TL20C=C20()0.2=0.083ppxLVxVmaxD=S1=(41.413)/(3.141.26)=1.195m11T1uS1==0.92m/sTLTL20ppxLxVxxxxxx大学2T222第6章溢流装置W流型)查得：塔径D=1.4m时，l=917mm(对WW2.84L出口堰高：本实验采用平直堰，堰上液高度：h=E(h)2/3，L为塔内液OWlhWWLOWWLOW弓形降液管的宽度用W表示，截面积用A表示，设计中可根据堰长与塔径之DF比l/D查得WWFTDFDxxxxxx大学1.降液管底隙高度(降液管下端与塔板间的距离)h=Ln3600u'LW0W0(2)提馏段：W0F取阀孔能动因子F=12，则孔速：u=0=12/1.558=9.61m/s01pV14001取边缘区的宽度W=0.06m，破沫区的宽度W=0.010m。CSD1.42C2D1.42SD2所以A=2(0.5190.6420.5192+0.642arcsin)=1.16m2a1800.64V2A1.16t取阀孔能动因子F=12，则孔速u=02Fpp1360.075u第8章塔板流体力学计算可根据h=h+h+h，p=hpg计算pclppLcL pgL1l1Lp11p1L1 L2xxxxxx大学l2Lp2L2为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清液高度H≤(H+h)，即H=hdTWdp+h+hLddLdpH：板间距Th：出口堰高W(1)单层气体通过塔板的压降相当的液柱高度h=0.088mp1(2)液体通过降液管的压头损失(3)板上液层高度h=0.07m，则H=0.088+0.00136+0.07=0.15936mLd1取=0.5，已选定H=0.45m，h=0.060m，TW则(H+h)=0.5(0.060+0.45)=0.255，可见H≤(H+h)，所以符合防止淹TWdTW段(1)单板压降所相当的液柱高度：h=0.089m(2)液体通过降液管的压头损失：(3)板上液层高度h=0.07m，则H=0.089+0.029+0.07=0.188mLd2hTWTWxxxxxx大学(0.049+0.45)=0.2495，可见H≤(H+h)dTWVp/(pp)+1.36LVV1L1V1S1L×100%KCAFbLdbTFF2.提馏段取物性系数K=1.0，泛点负荷系数C=0.115，则F1.3482.065/(729.502.065)+1.36×5.215×1.058×10-3泛点率为×100%=52.13%<80%，所以符合要求第9章塔板负荷性能图V泛点率Sp(pp)+1.36LV泛点率Sp(pp)+1.36LZKCAFbV (1)精馏段：0.8=SV (1)精馏段：0.8=SSS(H+h)=h+h+h=h+h+h+h+h，由此确定液泛线，忽略式中h，TWpLdclLdxxxxxx大学(H+h)=5.34pVu+0.153(LS)2+(H)[h+]TW2pgl.h0W1000lLW0W0π0dN400.255=5.34S1+0.153(S)2+1.5[0.060+×1(S1)3]S1SS液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于3~5s，停留时间9=AFHTLSAH0.1077×0.45(L)=FT==0.0097m3/sSmax55π对于F型重阀，依F=5作为规定气体最小负荷的标准，则V=d2Nu10S400π所以：(V)=×0.0392×124×5/1.558=0.593m3/sS1min4OWms溢流弓形降液管mmsDHTuxxxxxx大学.124.734制lWhWhLh0Nu0F0tpHdSmaxSminmmmmsmmm%m3/sm3/sπuπuFLF2.回流管RRxxxxxx大学WW PDHG8gg (2)回流管接管法兰：P6D50HG5010-58gg (3)塔底出料管法兰：P6D50HG5010-58gg (4)塔顶蒸汽管法兰：P6320HG5010-58g (5)塔釜蒸气进气法兰：P6D320HG5010-58gg2.封头：采用椭圆形封头，查得(D=1.4m)曲面高度h=360mm，直边高度h=40