塔设计例题汇总.docx

1、塔设计例题汇总1、设计题目：年产8000吨乙醇板式精馏塔工艺设计2、已知条件：A.进料 F=6kmol/h q=0 Xf=0.45 B.压力： p顶=4KPa单板压降0.7KPa C.采用电加热，塔顶冷凝水采用12深井水 D.要求：Xd=0.88Xw=0.01 E.选定 R/Rmin=1.63、设计要求（1）物料流程图，塔版图，塔体工艺图（2）各接口尺寸（3）加热剂及冷却剂用量。二、 设计方案选定2.1 精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。

2、2.2 操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。2.3 塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降教低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。2.4 加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。由于原料温度稳定，为减少操作成本采用30度原料冷液进料。2.5 由于蒸汽质量不易保证，采用间接，蒸汽加热。2.6 再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至65度回流入塔。冷凝冷却器安装在较低的框架上，通过回流比控制期分流后，用

3、回流泵打回塔内，馏出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储槽备稀释其他工段污水排放。三、总体设计计算3.1汽液平衡数据（760mm Hg）乙醇%（mol)温度 液相X 气相Y 0.00 0.00 100 1.90 17.00 95.5 7.21 38.91 89.0 9.66 43.75 86.712.38 47.04 85.316.61 50.89 84.123.37 54.45 82.726.08 55.80 82.332.73 58.26 81.539.65 61.22 80.750.79 65.64 79.851.98 65.99 79.757.32 68.41

4、 79.367.63 73.85 78.7474.72 78.15 78.4189.43 89.43 78.153.2 物料衡算3.2.1已知：A.进料：F=6 kmol/h q=0 Xf=0.45B.压力：p顶=4KPa单板压降0.7KPaC.采用电加热，塔顶冷凝水采用12深井水D.要求：Xd=0.88 Xw=0.01E、选定：R/Rmin=1.6D=(Xf-Xw)/(Xd-Xw)F =(0.45-0.01)/(0.88-0.01)6=3.03 kmol/hW=F-D=6-3.03=2.97 kmol/h查y-x图得 Xd/(Rmin+1)=0.218Rmin=3.037 R=1.6Rmin

5、=4.859饱和蒸汽进料 q=0L=RD=4.8593.03=14.723 kmol/hV=(R+1)D=(4.859+1)3.03=17.753 kmol/hL=L+qF=14.723+06=14.723 kmol/hV=V-(1-q)F=17.753-(1-0)6=11.753 kmol/h1.3操作线及塔板计算1.精馏段操作线：Y=RX/(R+1)+Xd/(R+1)Y=0.829X+0.1503.2.2.提馏段操作线：Y=(L/V)X-(W/V)Xw Y=1.253X-0.000253.3.理论塔板的计算利用计算机制图取得理论板数Nt=29.33块, 其中精馏段塔板Nt1=26.85块,

6、第27块为加料板,提馏段Nt2 =2.48块。3.4全塔Et%和Np的计算3.4.1.精馏段：t=(t顶+t进)=(79.25+87.32)/2=83.285Xa=0.34 Xb=1-Xa=0.66Ya=0.59 Yb=1-Ya=0.41查得液体粘度共线图 a=0.382 cp, b=0.592 cpL=YaXbL/XaYb=1.454查得：Et1%=0.49(L) -0.245=0.5471Np1=Nt1/Et1=49.083.4.2. 提馏段：t=(t底+t进)/2=(99.9+87.32)/2=93.61Xa=0.045 Xb=1-Xa=0.955Ya=0.27 Yb=1-Ya=0.73

7、0查得液体粘度共线图 a=0.468cp,b=0.532cpL=Xii=0.0450.468+0.9550.532=0.5291L=YaXbL/XaYb=4.15查得：Et2%=0.49(L) -0.245=0.346Np2=Nt2/Et2=7.17Np=Np1+Np2=49.08+7.17=56.25圆整为57块 其中精馏段49块，提馏段8块。四、混合参数计算4.1混合参数计算溶质 C2H5OH 分子量 ： Ma=46.07 kg/kmol 溶剂 H2O分子量：Mb=18.016 kg/kmola=0.789 g/ml b=1.000 g/ml4.1.1精馏段：进料板液体温度 ：t进=87.

8、32 塔顶温度：t顶=79.25 tm=(87.32+79.25)/2=83.285Xm=0.34 Ym=0.59a=0.382cp b=0.592cpMl=XmMa+(1-Xm)Mb=0.3446.07+(1-0.34)18.016=2*5 kg/kmolMg=YmMa+(1-Ym)Mb=0.5946.07+(10.59)18.016=34.56 kg/kmol质量分率: Wa=XmMa/Ml=0.3446.07/2*5=0.6855 Wb=1-Wa=1-0.6855=0.31451/l= Wa/a+Wb/b=0.6855/0.789+0.3145/1.00l=845.1 kg/m3 P=1

9、05325Pav=PMg/RT=10532534.56/(8314 (273.15+79.25)v=1.2424 kg/m34.1.2提馏段：t进=87.32t底=99.9tm=93.61 Xm=0.045 Ym=0.27 Ml=XmMa+(1Xm)Mb=0.04546.07+(10.045)18.016=19.278 kg/kmolMg=YmMa+(1-Ym)Mb=0.2746.07+(1-0.27)18.016=25.59 kg/kmol质量分率: Wa=XmMa/Ml=0.04546.07/19.278=0.1275 Wb=1-Wa=1-0.1275=0.87251/l= Wa/a+Wb

10、/b=0.1275/0.789+0.8725/1l=1.0341 kg/m3 P=105325Pav=PMg/RT=10532525.59/(8314 (273.15+93.16)v=0.8839 kg/m3 a=58.46 dyn/cm ,b=18.4 dyn/cm=X=0.68858.46+(1-0.688)18.4 =45.96 dyn/cm4.2塔径计算4.2.1精馏段：Ls=LMl/(3600l)=442.032*5/(3600845.1)=0.004 m/sVs=VMv(3600v)=543.3934.56/(36001.1952)=4.365m/s tm=83.285此温度下液体

11、的表面张力a=18.2 dyn/cm b=67.3 dyn/cm=Xma+(1-Xm)b=0.3418.2+0.6667.3=50.606两相流动参数：Flv=Ls/Vs(l/v) 0.5=0.00013/0.137(845.1/1.2424) 0.5=0.0247初设 板间距HT=0.5 m 清液层高度HL=0.06mHT-HL=0.44 m查得： Cf,20 = 0.093 液气气相负荷因子：Cf = (/20)0.20 Cf,20 =0.112气体气速：un,f = Cf (l-v)/v 0.5=0.112(845.1-1.2424) / 1.24240.5 = 2.919 m/s空速：

12、 un=0.7un,f=0.72.919=2.0433 m/s初估塔径：D=(Vs/(0.785un) 0.5=(0.137/(0.7852.0433) 0.5=0.292 m圆整为D=0.3 muf=vs/(0.785D2)=0.137/（0.7850.32）=1.939 m/s实际泛点百分率：uf/un,f=1.939/2.919=0. 66434.2.2提馏段：Ls=LMl/(3600l)=14.72319.278/(36001034.1)=0.000076 m/sVs=VMv(3600v)=11.75325.59/(36000.8839)=0.0945 m/stm=93.61此温度下液

13、体的表面张力a=18.2 dyn/cm b=67.3 dyn/cm=Xma+(1-Xm)b=0.04518.2+0.95567.3=65.091两相流动参数：Flv=Ls/Vs(l/v) 0.5=0.000076/0.0945(1034.1/0.8839) 0.5=0.0275初设 板间距HT=0.5 m 清液层高度HL=0.06mHT-HL=0.44 m查得： Cf,20=0.0947液气气相负荷因子：Cf=(/20) 0.20Cf,20=0.1199气体气速：un,f=Cf(l-v)/v 0.5=0.1199(1034.1-0.8839)/0.8839 0.5=4.099 m/s空速： un=0.7un,f=0.74.099=2.869 m/s初估塔径：D=(Vs/(0.785un) 0.5=(0.0945/(0.7852.869) 0.5=0.205 m圆整为D=0.25 muf=vs/(0.785D2)=0.0945/（0.7850.252）=1.926 m/s实际泛点百分率：uf/un,f=1.926/4.099=0.4704.3塔板的详细计算4.3.1.流动型式: