1、浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备,此设计针对二元物系乙醇水的精馏问题进行分析,选取,计算,核算,绘图等,是较完整的精馏设计过程。通过逐板计算得出理论板数为16块,回流比为3.531,算出塔效率为0.518,实际板数为32块,进料位置为第11块,在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1M,有效塔高13.6M,浮阀数(提馏段每块76)。通过浮阀塔的流体力学验算,证明各指标数据均符合标准。本次设计过程正常,操作合适。关键词:乙醇、水、二元精馏、浮阀连续精馏精馏塔、提馏段第1章 前言1.1精馏原理及其在化工生产上的应用实际生产中,在精馏柱及精馏塔中精馏时,上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。对
2、理想液态混合物精馏时,最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质,而残液是沸点高的A物质,精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区,温度最高;塔顶温度最低。精馏结果,塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分,纯高沸点组分则留在塔底。1.2精馏塔对塔设备的要求精馏设备所用的设备及其相互联系,总称为精馏装置,其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类,通称塔设备,和其他传质过程一样,精馏塔对塔设备的要求大致如下: 一:生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流 动。二:效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。三:流体阻力小:流体通过塔设备时阻力
3、降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。四:有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动,而且不会使效率发生较大的变化。五:结构简单,造价低,安装检修方便。六:能满足某些工艺的特性:腐蚀性,热敏性,起泡性等。1.4常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型有很多,如:筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。而浮阀塔具有很多优点,且加工方便,故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛,是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备,浮阀塔多用不锈钢板或合金 。实际操作表明,浮阀在一定程度的漏夜状态下,使其操作板效率明显下降
4、,其操作的负荷范围较泡罩塔窄,但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔,浮阀塔的突出优点是结构简单,造价低,制造方便;塔板开孔率大,生产能力大等。乙醇与水的分离是正常物系的分离,精馏的意义重大,在化工生产中应用非常广泛,对于提纯物质有非常重要的意义。所以有必要做好本次设计1.4本设计所选塔的特性浮阀塔的优点是:1生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大 20%40%,与筛板塔接近。2操作弹性大,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,因此维持正常操作而允许
5、的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。3塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,故气液接触时间较长,而雾沫夹带量小,塔板效率高。4气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压降及液面落差比泡罩塔小。5塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%,但是比筛板塔高 20%30。但是,浮阀塔的抗腐蚀性较高(防止浮阀锈死在塔板上),所以一般采用不锈钢作成,致使浮阀造价昂贵,推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展,各种新型填料,高效率塔板的不断被研制出来,浮阀塔的推广并不是越来越广。近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入,生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完
6、整,因此设计浮阀塔比较合适第二章流程的确定和说明2.1设计思路首先,乙醇和水的原料混合物进入原料罐,在里面停留一定的时间之后,通过泵进入原料预热器,在原料预热器中加热到泡点温度,然后,原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点,混合物中既有气相混合物,又有液相混合物,这时候原料混合物就分开了,气相混合物在精馏塔中上升,而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中,这些气相混合物被降温到泡点,其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中,停留一定的时间然后进入乙醇的储罐,而其中的气态部分重新回到精馏塔中,这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中,一部分进入再
7、沸器,在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程,而进料口不断有新鲜原料的加入。最终,完成乙醇和水的分离。2.1设计流程乙醇水混合液经原料预热器加热,进料状况为汽液混合物q=1 送入精馏塔,塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,一部分入塔回流,其余经塔顶产品冷却器冷却后,送至储罐,塔釜采用直接蒸汽加热,塔底产品冷却后,送入贮罐(附流程图)。第三章 精馏塔的工艺计算一、全塔物料衡算3.1.1原料液及塔顶,塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔质量 水的摩尔质量 原料加料量 F100kmol/h进料组成 xF0.275馏出液组成 xD0.843釜液组成 xw0.0133.1.2物料衡
8、算精馏塔二元系物料解得:D=31.6 W=68.4精馏段:L=RD=2.3631.6=74.51 kmol/h V=(R+1)D=(2.36+1)31.6=106.08kmol/h提馏段: =L+qF=74.51+100=174.51 kmol/h=V+(q1)F=V=106.08 kmol/h3.2回流比的确定3.2.1平均相对挥发度的计算查1由相平衡方程 得由常压下乙醇-水溶液的平衡数据x0.180.20.250.30.350.4y0.510.5250.5510.5750.5950.610.450.550.50.60.650.70.6350.6780.6970.7250.755由道尔顿分压
9、定律 及得 将上表数据代入 得:序号123453.68153.15692.72542.35012.12636789101.91551.72281.54081.41961.3207则 则 平衡线方程:3.2.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定xF0.275 xD0.843xw0.012 =3.04 因为q=1所以Xe= xF0.275由相平衡方程=0.536最小回流比操作回流比取最小回流比的1.6倍=1.6=2.363.3板数的确定3.3.1精馏塔的气液相负荷31.6=106.08 kmol/h3.3.2精馏段与提馏段操作线方程精馏段操作线方程:提馏段操作线方程:3.3.3逐板法确定理论板数及
10、进料位置对于甲醇水属物系,可采用逐板计算法求理论板层数。根据求得的相对挥发度可知相平衡方程为 因为泡点进料,q=1, 第一块板上升的蒸汽组成 第一块板下降的液体组成由式(c )求取由第二块板上升的气相组成用(a)式求取:由第二块板下降的液体组成如此反复计算: ,因第5块板上升的气相组成由提馏段操作方程(b):计算,=0.013根据以上求解结果得: 总理论板数为 9 (包括再沸器) 进料板位置为 4 精馏段理论板数 3 提馏段理论板数 6 3.3.4全塔效率由进料组成 经查表 得 泡点温度在此温度下 查文献 得 :则进料液再该温度下的平均粘度为:则板效率E 由计算=0.401则 实际塔板数: 精
11、 馏 段:提 馏 段:3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.4.1操作温度的计算1.)塔顶温度计算查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.70和0.80时,其沸点分别为78.778.4塔顶温度为,则由内插法:, 2.)进料板温度查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.20和0.30时,其沸点分别为83.2和81.7设塔顶温度为,则由内插法:3.)塔釜的温度查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.00和0.05时,其沸点分别为100和90.6设塔顶温度为,则由内插法:则 精馏段的平均温度: 提馏段的平均温度:3.4.2操作压强塔顶压强:PD=100 kpa取每层塔板压降:P=0.7kpa 则
12、进料板压力: 塔釜 压力: 则 精馏段的平均操作压强: 提馏段的平均操作压强:3.4.3塔内各段气液两相的平均分子量 乙醇的摩尔质量 由公式 得 1.)对于塔顶 , 对于气相平均分子量: 对于液相平均分子量:2.)对于进料板对于气相平均分子量。对于液相平均分子量:3.)对于塔釜 对于气相平均分子量:则 精馏段的平均分子量。 气 相:液 相 :提馏段的平均分子量。3.4.4精馏塔各组分的密度1.)气相平均密度 由 计算: 精馏段的气相平均密度:提馏段的气相平均密度:2.)液相的平均密度 由 计算 (1.)对于塔顶查文献 , 质量分率 则 (2.)对于进料板 查文献 ,(3.)对于塔釜 则 精馏段的液相平均密度: 提馏段的液相平均密度:3.4.5液体表面张力的计算(1.)对于塔顶则精馏段的液体平均表面张力: 提馏段的液体平均表面张力:3.4.6液体平均粘度的计算
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