乙醇水连续浮阀式精馏塔的研究设计文档格式.docx

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