化工原理课设技术说明书1(1)

1、目录一 精馏塔的设计1. 设计方案的确定2. 精馏塔的物料衡算3. 塔板数的确定4. 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的算5. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算6. 塔板主要工艺尺寸的计算7. 筛板的流体力学验算8. 塔板负荷性能图一精馏塔的设计设计条件如下：操作压力 4kPa（塔顶表压）；进料热状况 泡点进料（q=1）单板压降 0.7kPa全塔效率 ET=60%建塔地址 秦皇岛年产量3万吨乙醇回收率98% 产品浓度94% 原料浓度 35%因此，每小时需要生产4吨（1） 设计方案的确定本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡

2、点后送入精馏塔内塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 (二)精馏塔的物料衡算1. 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量 MA=46kg/kmol水的摩尔质量 MB=18kg/kmol2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.174046+（10.1740）18=22.872kg/kmolMD=0.86046（10.860）18=42.084kg/kmol3. 物料衡算D=4000/42.08=95.057kmol/h由公式、 F = D + W 、得：F = 479.

3、410kmol/h W=FD = 384.353kmol/h（三）塔板数的确定1. 理论板层数的NT的求取求操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1. 操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.3+4=105.3kPa每层塔板压降 P=0.7kPa进料板压力 PF=105.3+0.714=115.1kPa精馏段平均压力 PM=（105.3+115.1）/2=110.2kPa2.操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙醇、水的饱和蒸汽压由t-x-y图查得塔顶温度 tD=81.33 进料板温度 tF=9

4、5.48 塔底温度 tw=103.011精馏段平均温度 tm=（81.33+103.011）/2=92.215查p-t图 P乙醇=177.3046kpa P水=76.544kpa根据相对挥发度与温度表得为 2.31643.由逐板计算法计算理论板数 Xq=Xf=0.1740xf0.174p乙醇177.305XW0.004341p水76.544F479.41D95.057W384.325q1XD0.86R42.316380121Xn0.164Yn0.312435733Xq0.174y10.86x10.726171515精馏段y0.752937212Y20.7529372120.5681565010

5、.6265252010.6265252010.4200258670.5080206940.5080206940.3083338770.4186671010.4186671010.2371708820.3617367050.3617367050.1965749770.3292599820.3292599820.174864010.3118912080.3118912080.163652599提馏段y0.2924720910.2924720910.1514320050.2703699240.2703699240.1379107310.2459153490.2459153490.1234104650

6、.2196901660.2196901660.1083720710.1924917270.1924917270.0933072530.1652454970.1652454970.0787312880.1388834070.1388834070.065094780.1142204180.1142204180.0527327910.0918625250.0918625250.0418421520.0721657160.0721657160.0324868470.0552457110.0552457110.0246230780.0410232990.0410232990.0181328240.029

7、2850250.0292850250.0128565460.0197423490.0197423490.0086196390.0120794790.0120794790.0052508540.0059866940.0059866940.0025933270.001180292所以第九块板改为提留段操作线所以塔板数为24块，精馏段为8块求得总理论板层数 NT = 24（包括再沸器）进料板的位置 NF =94.实际板层数的求取精馏段实际板层数 N精=8/0.6=14 N提=16/0.6=273.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由查平衡曲线得 MVDm = 0.86046 + （1-0.860）

8、18 = 42.08 kg/kmolMLDm = 0.72646 + （1-0.726）18 = 38.328 kg/kmol进料板平均摩尔质量计算由图解理论板，得 查平衡曲线得 MVFm = 0.312446+(1-0.3124)18 = 26.747kg/kmolMLFm = 0.16446+(1-0.164)18 = 22.592kg/kmol精馏段平均摩尔质量MVm =（42.08+26.747）/2 = 33.4135kg/kmol MLm =（38.328+22.592）/2 = 30.46kg/kmol4.平均密度计算（1）气相平均状态方程计算，即(2) 液相平均密度计算，即 1

9、/Lm = i/i顶液相平均密度计算的计算由tD = 81.33，查手册画图得 A = 733.67kg/m B = 970.936kg/m 进料板液相平均密度的计算由tF = 95.48 ，查手册得 A = 719.62kg/m B = 961.552 kg/m进料板液相的质量分率精馏段液相平均密度为 Lm = （744.602+864.4836）/2 = 804.5431kg/m5. 液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算由，查手册得由，查手册得精馏段液相平均表面张力为6. 液体平均粘度计算 液相平均粘度依下式计算，即lgLm = Xilgi塔顶液

10、相平均粘度的计算，即由tD = 81.33，查手册得 A = 0.43202 mPas B = 0.3497 mPas lgLDm = 0.860 lg（0.432）+（1-0.860）lg（0.3497） LDm =0.4194 mPas 进料板液相平均粘度计算由tF = 95.48，查手册得 A = 0.35808 mPas B = 0.29704 mPas lgLFm = 0.164 lg（0.35808）+ （1-0.164）lg （0.29704） LFm = 0.30628mPas 精馏段液相平均粘度为 Lm =（0.4194+0.30628）/2 = 0.36284 mPas （

11、5） 精馏塔的塔体工艺尺寸计算1. 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为式中C由式计算，其中的C20 由图查询，图的横坐标为取板间距HT = 0.45m ， 板上液层高度hL = 0.05m ，则 HT -hL = 0.45 -0.05 = 0.40 m 查图得 C20 = 0.085 取安全系数为0.7，则空塔气速为 按标准塔径圆整后为 D = 1.8 m 塔截面积为 AT = D /4 = 2.545 m实际空塔气速为2. 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为 Z精 = （N精 1）HT =（14 1）0.45 = 5.85m提馏段有效高度为 Z提 = （N提 1）HT =（27 1）0.

12、45= 11.7 m在进料板上方开一人孔，其高度为0.8 m故精馏塔的有效高度为Z = Z精 + Z提 + 0.8 7= 5.85+ 11.7 + 0.8 6= 22.35m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1. 溢流装置计算因塔径D = 1.8 m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：（1）堰长 取 =0.66D = 0.66 1.8 = 1.188 m（2）溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度how 由式子计算，即近似取E = 1 ，则取板上清液层高度 hL = 50mm 故 hw = 0.050.014983 = 0.035017m（3）弓形降液管宽度和截面积由 查图，得

13、 故依式验算液体在降液管中停留时间，即 故降液管设计合理（4）降液管隙高度h0 故降液管底隙高度设计合理。 (大塔)选用凹形受液盘， 深度。2. 塔板布置（1） 塔板的分块 因D 800 mm，故塔板采用分块式。查表得，塔板分为 5 块。（2） 边缘区宽度确定 （3） 开孔区面积计算 开孔区面积Aa按式5-12计算，即 故 Aa = 1.847186（4） 筛孔计算及其排列 所处理的物系无腐蚀性，可选用 = 4 mm碳钢板，取筛孔直径d0 = 10 mm。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为t = 3d0 = 30 mm 筛孔的数目n为开孔率为气体通过阀孔的气速为（7） 筛板的流体力学验算1.塔

14、板压降 （1）干板阻力hc计算干板阻力hc由5-19计算，即 = 10/4 = 2.5 查图 5-10 得， = 0.750校正=1.15=1.150.750=0.8625hc = 0. 039479m 液柱（2） 气体通过液层的阻力h1计算 气体通过层的阻力h1 由式 5 - 20 计算，即 查图5-11，得 = 0.58故 （3） 液体表面张力的阻力计算 液体表面张力所产生的阻力 由式5-23计算，即 气体通过每层塔板的液柱高度hp 可按下式计算，即 hp =0.039479+0.029+0.00192016 = 0.070339m 液柱气体通过每层塔板的压降为 （设计允许值）2. 液面落

15、差 对于筛板塔，液面落差很小，且本设计的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。3. 液沫夹带 液沫夹带量由式5-24 计算，即 故 = 0.0219kg液/kg气0.1kg液/kg气故在本设计中液沫夹带量允许的范围内。4. 漏液 对筛板塔，漏液点气速0，min 可由式5-25计算，即实际孔速 稳定系数为 故在本设计中无明显漏液。5. 液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液层高Hd 应服从式 5-32 的关系，即 乙醇-水物系属一般物系，取 =0.7 ，则 = 0.7（0.45+0.035017）=0.3395m而 板上不设进口堰， 可由式5-30计算，即 = 0.153（） =0.0022

16、032m 液柱 = 0.070339+0.05+0.0022032=0.1225m 液柱 故在本设计中不会发生液泛现象。（8） 塔板负荷性能图 1. 漏液线 由 整理 得 Vs，min = 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于表中 Ls，/s 0.001 0.003 0.005 0.007 0.009Vs，/s 1.717159 1.78605 1.838089 1.882253 1.921463由上表数据即可作出漏液线1。2. 液沫夹带线以= 0.1kg液/kg气为限，求Vs - Ls 关系如下：由 故 整理得 在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs 值，计

17、算结果列于下表Ls，/s 0.001 0.003 0.005 0.007 0.009Vs，/s 6.2559 5.9669 5.7444 5.54439 5.3658由上表数据即可作出液沫夹带线2 。3. 液相负荷下限线 对于平直堰，去堰上液层高度how =0.006m 作为最小液体负荷标准。由式5-7得取 E = 1 ，则 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3 。 4.液相负荷上限线 以 = 10s 作为液体在降液管中停留时间的下限，由式 5-9 得 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。5.液泛线令由 联立得 忽略，将与，与，与的关系式代入上式，并整理得 式中 将有关的

18、数据代入，得 a=0.0029825 b=0.2843 c=137.7821 d= 0.93965故 0.0029825 Vs = 0.2843 - 137.7821Ls-0.93965Ls或在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs 值，计算结果列于下表Ls，/s 0.001 0.003 0.005 0.007 0.009Vs，/s 9.59648 9.39287 9.215315 9.027555 8.826984由上表数据即可作出液泛线5。 根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能在负荷性能图上，作出操作点A ，连接OA，即作出操作线。由 图课看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为

19、漏液控制。由图查得 Vs，max = 5.6466 m3/s Vs，min = 1.7485m3/s故操作弹性为 所设计筛板的主要结果汇总于表中。序号项目数值1平均温度 tm,92.2152平均压力 Pm，kpa110.2kpa3气相流量 Vs，(m/s)3.6391m/s4液相流量 Ls, (m/s)0.003999m/s5实际塔板数 N精 N提N精=14 N提=276有效段高度 Z,mZ精=5.85m Z提=11.7m7塔径 D，m1.8m8板间距 Ht，m0.450m9溢流形式单溢流10降液管形式弓形11堰长 Iw,m1.188m12堰高 hw,m0.0035017m13板上液层高度 h

20、l,m0.05m14堰上层液高度 how,m0.01498315降液管底隙高度 ho,m0.02805m16安定区宽度Ws, m0.08m17边缘区宽度Wc,m 0.05 m18开孔区面积 Aa，m1.84716819筛孔直径do,mm10 mm20筛孔数目 n2371个21孔中心距t,mm3022开孔率10.077%23空塔气速u，m/s1.74041m/s24筛孔气速u0,m/s19.550 m/s25稳定系数 k1.9826每层塔板压降 Pp，kPa555.630Pa27负荷上限液泛控制28负荷下限漏液控制29液沫夹带 ev,(kg液/kg气)ev = 0.00219kg液/kg气0.1kg液/kg气30气相负荷上限5.6466m/s 31气相负荷下限0.2863m3/s32操作弹性19.7227三制备燃料乙醇的方法（查阅文献）燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是雅津甜高粱等加工而成的可再生能源。燃料乙醇是一种可再生能源，可在专用的乙醇发动机中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。