乙醇水溶液连续筛板精馏塔设计Word格式文档下载.docx
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（5）流体力学的计算及其有关水力性质的校核，作负荷性能图。
（6）绘制工艺流程图、PID图及精馏塔的设备图。
1.5设计成果
（1）设计说明书一份。
（2）设计图纸包括流程图，PID图，塔盘布置图，塔工艺条件图。
2.概述
2.1精馏塔对塔设备的要求
精馏所进行的是气液两相之间的传质。
而作为气液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。
但是，工业生产对塔板的要求不只限于高效率，塔设备还应具备下列基本要求：
（1）通过能力大，即气、液处理量大。
（2）操作稳定，操作弹性大。
（3）塔板压降低。
（4）结构简单，成本低，制造和安装容易。
（5）耐腐蚀、不易堵塞，方便操作、调节和检修。
（6）塔内的滞留量要小。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，且上述要求中有些也是互相矛盾的。
不同的塔型各有独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。
2.2板式塔类型
气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。
精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。
板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。
筛板塔作为传质过程常用的塔设备，其主要优点有：
（1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
（2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。
（3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
（4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。
缺点是：
（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
（2）操作弹性较小（约2～3）。
（3）小孔筛板容易堵塞。
2.3精馏塔的设计步骤
本设计按以下几个阶段进行：
（1）设计方案确定和说明。
根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。
（2）精馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。
（3）塔板设计：
计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算,并画出塔的操作性能图。
（4）编写说明书。
（5）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。
本设计任务为分离乙醇和水的混合物。
采用连续常压精馏流程，设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至贮罐。
该物系属于易分离物系，最小回流比比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。
塔底采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至贮罐。
3.物料衡算
乙醇和水的物理性质（表一）
项目
分子量
沸点/°
C
临界温度/°
临界压强/Kpa
乙醇
水
46.07
18.01
78.3
100
240.77
373.91
6.148
22.05
3.1计算原料液及其塔顶产品的摩尔分数
乙醇的摩尔质量为：
水的摩尔质量为：
料液组成（质量分数）：
；
塔顶产品组成（质量分数）：
塔顶易挥发组成回收率：
处理量：
年工作生产时间：
则：
3.2计算原料液及其塔顶产品的平均摩尔质量
又
根据回收率：
则有：
全塔物料衡算：
得出：
对轻组分（乙醇）作物料衡算得:
得出:
4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
4.1平均粘度的计算
液相平均粘度依下式计算
精馏段平均温度
根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得：
乙醇：
水：
精馏段平均液相组成：
精馏段粘度：
提馏段平均温度
提馏段平均液相组成：
提馏段粘度：
乙醇和水的黏度（表二）
温度
/°
20
30
40
50
60
70
80
90
110
水/mpa.s
乙醇/mpa.s
1.002
1.22
0.802
1.00
0.662
0.83
0.592
0.69
0.469
0.38
0.400
0.48
0.330
0.415
0.318
0.351
0.248
0.305
0.259
0.262
4.2平均表面张力的计算
乙醇和水的表面张力（表三）
温度/°
水/mN
乙醇/mN
72.7
22.3
71.0
21.2
69.3
20.4
67.7
19.8
66.0
18.8
64.3
18.0
62.7
17.3
60.1
16.2
58.4
15.2
56.8
14.4
液相平均表面张力依下式计算
4.2.1塔顶液相平均表面张力的计算
由根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得
乙醇A：
水B：
4.2.2进料版液相平均表面张力的计算
由根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得
4.2.3塔底液相平均表面张力的计算
由根据乙醇，水粘度数据表使用内插法计算得
则精馏段液相平均表面张力：
提馏段液相平均表面张力：
4.3操作温度的计算
因,根据化工设计书乙醇—水相平衡数据表3-13使用内插法计算得：
进料温度
塔顶温度
塔釜温度
故，精馏段平均温度
提馏段平均温度
4.4气相组成的计算
塔顶温度：
汽相组成：
进料温度：
塔釜温度：
精馏段平均汽相组成：
提馏段平均汽相组成：
4.5相对挥发度的计算
由=0.221，=0.538，
由=0.881，=0.886，
由=0.00146，=0.01322，
精馏段的平均相对挥发度：
提馏段的平均相对挥发度：
得
4.6回流比的确定
（泡点进料）
5.塔板数确定
5.1理论塔板数的确定
5.1.1计算精馏段、提馏段操作线方程
精馏段操作线方程；
提馏段操作线方程：
5.1.2逐板法计算理论塔板数
由Excel计算得精馏塔各板液相气相摩尔分数，见下表。
理论塔板数（表四）
X
Y
N
0.8810
0.6852
1
0.7357
0.4498
2
0.5609
0.2728
3
0.4295
0.1810﹤0.221
4
0.3202
0.1215
5
0.2146
0.0743
6
0.1308
0.0423
7
0.0740
0.0230
8
0.0397
0.0120
9
0.0202
0.0060
10
0.0095
0.00282
11
0.0039
0.00141<
0.00146
12
得：
第4块板进料
精馏段理论塔板数为3块，提馏段理论塔板数为8块
5.2实际塔板数确定
精馏段：
已知：
块
提馏段已知：
全塔所需实际塔板数：
全塔效率:
6.精馏塔的热量衡算
精馏段:
提馏段:
因则，
6.1蒸汽用量
6.1.1预热器热蒸汽的用量
取原料液进预热器的入口温度，出口温度为
在下，由液体的比热容数据表得，
即混合液体的平均比热容
预热器的热负荷为：
热量衡算得：
查液体的汽化热共线图，得时水的汽化热
则
6.1.2再沸器加热蒸汽用量
查水的饱和蒸汽表，得时水的汽化
查液体的汽化热共线图，得时乙醇的汽化热;
再沸器的热负荷为：
6.2冷却水用量
操作回流比，产品产出速率
则出塔顶蒸汽流量
6.2.1冷凝器冷却水用量
设冷凝水入口温度，出口温度在下，查水的物理性质得
在塔顶温度下，查得水的汽化热为
乙醇的汽化热为。
则的乙醇的汽化热为
冷凝器的热负荷为
6.2.2冷却器冷却水用量
已知冷却水入口温度，设出口温度；
已知产品进冷却器的温度，设产品出口温度为。
在乙醇水溶液被冷却的平均温度时，查得
在冷却水的平均温度时，查得
冷却器的热负荷为：
7.精馏塔的塔体工艺尺寸计算
7.1精馏段与提馏段的体积流量
液相平均温度：
此时
液相平均密度：
其中，平均质量分数：
所以
精馏段液相负荷：
液相质量流量：
液相体积流量：
精馏段的气相负荷：
根据克拉佩龙方程以及得，带入以上数据可得气体的平均密度：
气相体积流量：
精馏段物性数据（表五）
位置
进料板
塔顶
质量分数
摩尔分数
摩尔质量
沸点温度/°
提馏段：
平均密度为：
提馏段气液相负荷：
提馏段物性数据（表六）
塔釜
C
7.2塔径的计算
由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，取两端的塔径相等
由以上的计算结果可知：
塔中的平均蒸汽流量：
塔中的平均液相流量:
塔中的气相平均密度：
塔中的液相平均密度：
适宜的空塔气速：
取塔板间距：
板上液层高度：
分离空间：
两相流动参数：
查10-42泛点关联图（化工原理下册）
平均表面张力:
全塔平均温度：
根据表3，插入法可得：
液泛气速：
取
所需气体流通面积：
按表10-2（化工原理下册）选择单流型塔板，并取堰长
由图10-40查得溢流管面积和塔板总面积之比：
则塔截面积:
又由:
将D圆整到D=2.0，作为初选塔径，则有
降液管面积：
实际气速：
实际堰长：
实际液泛百分率：
塔高的计算：
8.塔板主要工艺尺寸的计算
8.1溢流装置计算
因塔径所以可选取单溢流弓形降液管，采用平行受液盘（此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被广泛使用
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