分离乙醇正丙醇二元物系浮阀式精馏塔设计Word下载.docx
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精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。
在现代的工业生产中已经广泛地应用于物系的分离、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。
其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是浮阀塔。
精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。
提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。
所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。
精馏广泛应用于石油,化工,轻工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法。
本次课程设计是分离乙醇—正丙醇二元物系。
在此我选用连续精馏浮阀塔。
具有以下特点：
（1）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20～40％，而接近于筛板塔。
（2）操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。
（3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
（4）压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660N/m2。
（5）液面梯度小。
（6）使用周期长。
粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。
（7）结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％。
本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完整的精馏设计过程。
精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。
通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。
本次设计结果为：
理论板数为25块，塔效率为48.0%，精馏段实际板数为17块，提馏段实际板数为33块，实际板数50块。
进料位置为第19块板，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.4米，设置了个人孔，塔高28.58米，通过浮阀板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。
关键词：
浮阀精馏塔、物料衡算、流体力学检验
第二章精馏塔相关计算
2.1精馏塔全塔物料衡算
F:
进料量（Kmol/s）XF:
原料组成
D:
塔顶产品流量（Kmol/s）XD:
塔顶组成
W:
塔底残液流量（Kmol/s）XW:
塔底组成
原料乙醇组成:
XF==51.63%
塔顶组成:
XD==94.54%
塔底组成:
XW==0.013%
进料量:
F=25千吨/年=
=0.0183Kmol/s=65.88Kmol/h
物料衡算式:
F=D+W
FXF=DXD+WXW
联立代入求解:
D=0.010Kmol/s=36Kmol/h
W=0.0083Kmol/s=29.88Kmol/h
2.2精馏段和提馏段的工艺条件及有关物性数据的计算
表2.1乙醇～正丙醇混合液的t-x-y关系
（x表示液相中乙醇摩尔分率，y表示气相中乙醇摩尔分率）
t
97.60
93.85
92.66
91.60
88.32
86.25
84.98
84.13
83.06
80.50
78.38
x
0.126
0.188
0.210
0.358
0.461
0.546
0.600
0.663
0.884
1.0
y
0.240
0.318
0.349
0.550
0.650
0.711
0.760
0.799
0.914
表2.1的平衡数据摘自：
J.Gmebling,U.onkenVapor-liquidEquilibriumDataCollection-OrganicHydroxyCompounds:
Alcohols（p.336）。
乙醇沸点：
78.3℃；
正丙醇沸点：
97.2℃。
2.2.1操作温度的确定
利用上表中数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW
进料温度：
塔顶温度：
塔釜温度：
精馏段平均温度：
提馏段平均温度：
表2.2塔顶产品、塔底产品、进料液的泡点温度以及相对挥发度
塔顶产品
塔底产品
进料液
xD=0.9454
xW=0.00013
xF=0.5163
tD=79.38℃
tW=97.60℃
tF=85.42℃
αD=1.365
αW=2.000
αF=2.084
（1）塔顶：
塔顶温度：
tD=79.38℃
气相组成yD:
进料温度：
气相组成yF:
塔釜：
塔釜温度：
tW=97.60℃
气相组成yW:
（2）精馏段平均液相组成
:
精馏段平均汽相组成
2.2.2密度
（1）精馏段
液相组成:
气相组成:
所以
（2）提馏段
液相组成：
所以
表2.3醇类密度表
温度t,℃
7
754.2
742.3
730.1
717.4
704.3
759.6
748.7
737.5
726.1
714.2
已知:
混合液密度:
（为质量分数）
混合气密度:
由不同温度下乙醇和丙醇的密度,内差法求tFtDtW下的乙醇和丙醇的密度：
所以
2.2.3混合液体平均表面张力
表2.4醇类液体表面张力mN/m
名称
温度，℃
60
80
100
乙醇
20.25
18.28
16.29
正丙醇
21.27
19.40
17.50
塔顶液相平均表面张力的计算:
进料板液相平均表面张力的计算:
=17.73
塔底液相平均表面张力的计算:
（1）精馏段的平均表面张力：
（2）提馏段的平均表面张力：
2.2.4混合物的粘度
表2.5醇类液体粘度
不同温度下乙醇和丙醇的粘度mPa.s
温度
0.51
0.480
0.426
0.410
0.370
0.345
0.325
0.85
0.750
0.685
0.640
0.565
0.495
0.460
利用表4中的数据利用数值插入法确定进料温度tF、塔顶温度tD塔釜温度tW下的乙醇和正丙醇的粘度。
（1）混合液体粘度
精馏段的平均温度为：
该温度下
乙醇的粘度为：
正丙醇的粘度为：
精馏段混合液的粘度为：
（2）提馏段的平均温度为：
提馏段混合液的粘度为：
2.2.5气液相体积流量计算
kmol/s
（1）精馏段
已知：
kg/kmolkg/kmol
质量流量：
体积流量：
（2）提馏段饱和液体进料q=1
已知：
质量流量：
2.3理论塔板数的计算
相对挥发度
（1）精馏段的平均相对挥发度:
（2）提留段的平均相对挥发度:
取操作回流比R=5
精馏段操作线方程为:
y=
精馏段气液平衡方程
提馏段操作线方程为
提馏段气液平衡方程
采用逐板计算法，运用Excel快捷、准确地计算出理论塔板数。
其Excel表格设计原理如下：
精馏段理论塔板数的计算（交替使用相平衡方程和精馏操作线方程）：
相平衡操作线相平衡操作线
xD=y1x1y2x2y3…xn-1
计算到xn-1<
xF则第n-1块板即为进料板。
提馏段理论塔板数的计算（交替使用相平衡方程和提馏操作线方程）：
.......
计算到xN<
xW则理论塔板数为N块。
由Excel计算结果见表2.6：
表2.6逐板法计算理论塔板数结果
x编号
x的值
y编号
y的值
x1
0.909401348
y1
0.9454
x2
0.86250499
y2
0.915404143
x3
0.804216111
y3
0.876325408
x4
0.73585993
y4
0.827753286
x5
0.660957052
y5
0.77079208
x6
0.58474433
y6
0.708375511
x7
0.512828845<
0.5163
y7
0.644867451
x8
0.407139227
y8
0.583735074
x9
0.297239675
y9
0.463428582
x10
0.200259182
y10
0.338329922
x11
0.126316619
y11
0.227937027
x12
0.075979653
y12
0.143768207
x13
0.044300271
y13
0.086469639
x14
0.025337855
y14
0.050408998
x15
0.01432633
y15
0.02882408
x16
0.008044174
y16
0.016289662
x17
0.004496327
y17
0.009138683
x18
0.002504151
y18
0.005100169
x19
0.001389116
y19
0.002832475
x20
0.00076615
y20
0.001563231
x21
0.000418453
y21
0.000854109
x22
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