分离乙醇水混合液的浮阀精馏塔设计25页Word格式.docx
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100
82.7
23.37
54.45
79.3
57.32
68.41
95.5
1.90
17.00
82.3
26.08
55.80
78.74
67.63
73.85
89.0
7.21
38.91
81.5
32.73
59.26
78.41
74.72
78.15
86.7
9.66
43.75
80.7
39.65
61.22
89.43
85.3
12.38
47.04
79.8
50.79
65.64
84.1
16.61
50.89
79.7
51.98
65.99
1温度
利用表中数据由拉格朗日插值可求得
①：
②：
③：
④精馏段平均温度：
℃
⑤提馏段平均温度：
2密度
已知：
混合液密度：
（a为质量分数，为平均相对分子质量）
混合气密度：
⑴精馏段：
液相组成
气相组成
所以
⑵提馏段
由不同温度下乙醇和水的密度
80
735
971．8
85
730
968．6
90
724
965．3
95
720
961．85
716
958．4
求得在t1与t2下的乙醇和水的密度（单位：
）。
同理：
在精馏段：
液相密度：
汽相密度:
在提馏段：
汽相密度：
3混合液体表面张力
二元有机物-水溶液表面张力可用下列公式计算
公式：
注：
lg（）,
,
式中，下角标w、o、s分别代表水，有机物及表面部分；
、指主体部分的分子数；
、指主体部分的分子体积；
、为纯水、有机物的表面张力；
对乙醇q=2
①精馏段℃
由不同温度下乙醇和水的表面张力
乙醇表面张力/（）
水表面张力/（）
70
18
64.3
17.15
62.6
16.2
60.7
15.2
58.8
乙醇表面张力：
水表面张力：
，
因为,所以
联立方程组，
代入求得，
精馏段℃
因为所以
代入求得，,
（4）混合物的粘度
，查表得：
，
，
精馏段粘度：
提馏段粘度：
（5）相对挥发度
①精馏段挥发度：
由，
②提馏段挥发度：
由
所以
（6）气液相体积流量计算
由于泡点进料，,所以
（7）根据x-y图得：
取，
则有质量流量：
体积流量：
②提馏段：
因本设计为饱和液体进料，所以
3理论塔板的计算
理论板：
指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。
理论板的计算方法：
可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。
根据下，乙醇—水的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线，即x-y曲线图，q=1，即q为一直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，如图（图略）：
,所以，操作回流比
精馏段操作线方程：
提馏段操作线方程：
在图上作操作线，由点（0.8814,0.8814）起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q线交点，直到阶梯与平衡线交点小于0.00078为止，由此得到理论板NT=26块（包括再沸器）加料板为第24块理论板。
=N理/N实=0.5，N实=26/0.5=52块，加料板在第50块。
板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。
板效率可用奥康奈尔公式计算。
其中：
——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度；
L——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度
⑴精馏段
所以：
故块
全塔所需实际塔板数：
块
全塔效率：
加料板位置在第53块塔板。
4塔径的初步设计
（1）精馏段
由，，式中C可由史密斯关联图查出：
横坐标数值：
取板间距：
，，则
查图可知，
横截面积：
，空塔气速：
（2）提馏段
圆整：
，横截面积：
5溢流装置
（1）堰长
取
出口堰高：
本设计采用平直堰，堰上液高度按下式计算
近似取
①精馏段
②提馏段
（2）弓形降液管的宽度和横截面
查图得：
,则:
验算降液管内停留时间：
精馏段：
提馏段：
停留时间。
故降液管可使用。
（3）降液管底隙高度
取降液管底隙的流速，则
因为不小于20mm，故满足要求。
6塔板布置及浮阀数目与排列
（1）塔板分布
本设计塔径，采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。
（2）浮阀数目与排列
取阀孔动能因子，则孔速
每层塔板上浮阀数目为：
取边缘区宽度，破沫区宽度
计算塔板上的鼓泡区面积，即：
其中
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距t=75mm
则排间距：
考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用81mm，而应小些，故取=65mm=0.065m，按t=75mm，=65mm，以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数288个。
按重新核算孔速及阀孔动能因数
阀孔动能因数变化不大，仍在范围内
塔板开孔率
取阀孔动能因子，则
按=75mm，估算排间距，
取=80mm，排得阀数为块
按块重新核算孔速及阀孔动能因数
浮阀数排列方式如图所示（图略）
3.4.3塔板的流体力学计算
1气相通过浮阀塔板的压降
可根据计算
（1）精馏段
①干板阻力：
因，故：
②板上充气液层阻力
③液体表面张力所造成的阻力
此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为
②板上充气液层阻力取
此阻力很小，可忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度为
2淹塔
为了防止发生淹塔现象，要求控制降液管中清液高度
①单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度
②液体通过液体降液管的压头损失
③板上液层高度,则
取，已选定
则
可见所以符合防止淹塔的要求。
（2）提馏段
①单板压降所相当的液柱高度
取，则
3物沫夹带
板上液体流经长度：
板上液流面积：
查物性系数，泛点负荷系数图
对于大塔，为了避免过量物沫夹带，应控制泛点率不超过80%，由以上计算可知，物沫夹带能够满足的要求。
取物性系数，泛点负荷系数图
由计算可知，符合要求。
4塔板负荷性能图
（1）物沫夹带线
据此可作出负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点率80%计算：
整理得：
由上式知物沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值算出
表3-14
精馏段
Ls（m3/s）
0.002
0.01
Vs（m3/s）
4.79
4.39
提馏段
L′s（m3/s）
V′s（m3/s）
5.83
5.33
（2）液泛线
由此确定液泛线，忽略式中
而
在操作范围内任取若干个值，算出相应得值：
表3-15
0.001
0.003
0.004
0.007
7.15
6.86
6.93
6.23
8.07
7.83
7.72
7.42
（3）液相负荷上限
液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于，液体降液管内停留时间
以作为液体在降液管内停留时间的下限，则
（4）漏液线
对于F1型重阀，依作为规定气体最小负荷的标准，则
（5）液相负荷下限
取堰上液层高度作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。
由以上作出塔板负荷性能图（图略）
由塔板负荷性能图可以看出：
①在任务规定的气液负荷下的操作点（设计点）处在适宜操作区内的适中位置；
②塔板的气相负荷上限完全由物沫夹带控制，操作下限由漏液控制；
③按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷上限，气相负荷下限。
精馏段操作弹性，提镏段操作弹性
表3-16浮阀塔工艺设计计算结果
项目
符号
单位
计算数据
备注
精馏段
塔径
1.6
板间距
0.45
塔板类型
单溢流弓形降液管
分块式塔板
空塔气速
1.54
1.58
堰长
1.04
堰高
0.0573
0.0470
板上液层高度
0.07
降液管底隙高
0.02
0.05
浮阀数
288
244
等腰三角形叉排
阀孔气速
11.24
11.34
同一横排孔心距
浮阀动能因子
12.11
12.47
相邻横排中心距离
临界阀孔气速
9.78
11.72
孔心距
0.075
排间距
0.065
0.08
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