1、安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院乙醇水板式精餾塔設(shè)計(jì) 班級(jí)：食品科學(xué)與工程101姓名： 蔣大強(qiáng)學(xué)號(hào)：2301100112指導(dǎo)教師：杜傳來(lái) 張繼武 時(shí)間：2021年1月6日摘 要精餾是利用物質(zhì)沸點(diǎn)的不同，屢次的進(jìn)行混合蒸氣的局部冷凝和混合液的局部蒸發(fā)的過(guò)程，以到達(dá)別離的目的。塔設(shè)備是煉油和化工生產(chǎn)的重要設(shè)備，其作用在于提供氣液兩相充分接觸的場(chǎng)所，有效地實(shí)現(xiàn)氣液兩相間的傳熱、傳質(zhì)，以到達(dá)理想的別離效果，因此它在石油化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)完整的板式塔主要是由圓柱形塔體、塔板、降液管、溢流堰、受液盤(pán)及氣體和液體進(jìn)、出口管等部件組成，同時(shí)考慮到安裝和檢修的需要，塔體上還要設(shè)置人孔和手孔。平臺(tái)扶梯和吊柱等部

2、件，整個(gè)塔體由塔裙座支撐，在塔內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)公益要求，裝有多層塔板，為氣液亮相提供接觸的場(chǎng)所，塔板性能的好壞直接影響傳質(zhì)效果，是塔板塔的核心部件設(shè)計(jì)目的：1著重加深學(xué)生對(duì)于化工原理理論知識(shí)的掌握。2積極引導(dǎo)學(xué)生去思考，培養(yǎng)他們靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決問(wèn)題的能力，以及查閱資料、處理數(shù)據(jù)的能力。設(shè)計(jì)任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：生產(chǎn)能力為日產(chǎn)24噸98%的乙醇產(chǎn)品，原料中乙醇含量為25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同，別離要求為塔頂乙醇含量不低于95%，常壓精餾，塔頂全凝，q取1.2，R=1.1 Rmin。塔底乙醇含量不高于0.1%；常壓下操作，塔頂采用全凝器，飽和液體進(jìn)料的板式精餾塔。 關(guān)鍵詞：精餾塔、板式塔、設(shè)計(jì)一.設(shè)計(jì)

3、的根底數(shù)據(jù)1.1原始數(shù)據(jù)條件處理能力：生產(chǎn)能力為日產(chǎn)24噸98%的乙醇產(chǎn)品原料：乙醇含量為25質(zhì)量百分比，下同的飽和液體別離要求：塔底含量不超過(guò)0.1,塔頂含量高于98.工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝，q取1.2，R=1.1 Rmin。：水和乙醇的物理性質(zhì)名稱(chēng)分子式相對(duì)分子質(zhì)量密度20沸 點(diǎn)101.33kPa比熱容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s導(dǎo)熱系數(shù)(20)/(m.)外表張力(20)N/m水18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇46.0778978.32.391.150.17222.82常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)，見(jiàn)表32表32 乙醇水系統(tǒng)txy

4、數(shù)據(jù)沸點(diǎn)t/乙醇摩爾數(shù)/%沸點(diǎn)t/乙醇摩爾數(shù)/%氣相液相氣相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.268

5、7.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41乙醇相對(duì)分子質(zhì)量：46；水相對(duì)分子質(zhì)量：181.2乙醇和水的不同溫度下的密度。表11 不同溫度下乙醇和水的密度溫度/溫度/808590735730724971.8968.6965.385100720716961.85958.41.3乙醇和水的不同溫度下的外表張力。 表12 乙醇和水不同溫度下的外表張力溫度/708090100乙醇外表張力1817.1516.215.2水外表

6、張力/64.362.660.758.81.4乙醇和水的不同溫度下的黏度。表13 乙醇和水不同溫度下的黏度溫度/708090100乙醇黏度mpa.s0.480.4150.3510.305水的黏度mpa.s0.4000.3300.3180.2841.5乙醇水氣、液平衡組成與溫度關(guān)系表11 乙醇水氣、液平衡組成與溫度關(guān)系沸點(diǎn)t/乙醇分子/%液相乙醇分子/%氣相沸點(diǎn)t/乙醇分子/%液相乙醇分子/%氣相10099.999.899.799.599.29998.7597.6495.895.591.389.087.986.785.385.284.183.7582.782.382.300.0040.040.05

7、0.120.230.310.390.791.611.904.167.217.419.6612.3812.6416.6117.4123.3725.7526.0800.0530.510.771.572.903.725458.7616.3417.0029.9238.9139.6143.7547.0447.4950.8951.6754.4555.7455.808281.581.380.780.680.179.8579.879.779.579.379.278.9578.7578.7478.678.478.2778.278.1578.1527.332.7333.2439.6542.0948.9252.68

8、50.7951.9861.0257.3265.6468.9272.3674.7275.9979.8283.8785.9789.4189.4356.4459.2658.7861.2262.2264.7066.2865.6465.9970.2968.4172.7174.6976.9378.1579.2681.8384.9186.4089.4189.43 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表工程符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提留段各段平均溫度81.791.1平均流量氣相VSm3/s1.3731.377液相LSm3/s0.001441.079實(shí)際塔板數(shù)N塊139板間距HTm0.40.4塔的有效高度Zm5.23.6塔徑Dm1.81.

9、8空塔氣速u(mài)m/s0.790.79塔板液流形式單流型單流型溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長(zhǎng)lwm0.650.65堰高h(yuǎn)wm0.04820.0366溢流堰寬度Wdm0.120.12管底與受液盤(pán)距離hom0.03320.0216板上清液層高度hLm0.060.06孔徑domm5.05.0孔中心距tmm15.015.0孔數(shù)n孔23782378開(kāi)孔面積m20.4620.462篩孔氣速u(mài)om/s29.5129.60塔板壓降hPkPa1.41.1液體在降液管中停留時(shí)間s14.835.59降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.2310.197霧沫夾帶eVkg液/kg氣0.08790.0641負(fù)荷上限液沫夾帶控制液沫夾帶

10、控制負(fù)荷下限液相負(fù)荷下限控制漏液控制氣相最大負(fù)荷VS·maxm3/s1.461.452.精餾塔工藝計(jì)算2.1塔的物料衡算料液及塔頂，塔底產(chǎn)品含乙醇的摩爾分率F:原料液流量kmol/s xF:原料組成摩爾分率，下同D：塔頂產(chǎn)品流量kmol/s xD:塔頂組成W：塔底殘液流量kmol/s xW:塔底組成進(jìn)料物料衡算2.2有關(guān)的工藝計(jì)算原料液的平均摩爾質(zhì)量：M=xM+(1-x)M=0.193446+(1-0.1934)18=23.4kg/kmol 同理可求得：M=42.6972kg/kmol M=18.5544kg/kmol45C下，原料液中=971.1kg/m,=735kg/m由此可查得

11、原料液，塔頂和塔底混合物的沸點(diǎn)，以上計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。表6 原料液餾出液與釜?dú)堃沟牧髁颗c溫度名稱(chēng)原料液餾出液釜?dú)堃箈/(質(zhì)量分?jǐn)?shù))38953x/摩爾分?jǐn)?shù)0.19340.88140.0198摩爾質(zhì)量kg/kmol23.442.697218.5544沸點(diǎn)溫度t/C83.8378.2199.582.3 最小回流比及操作回流比確實(shí)定如下圖的乙醇-水物系的平衡曲線，具有下凹的局部，當(dāng)操作線與q線的交點(diǎn)尚未落到平衡線上之前，操作線已與平衡線相切，如圖中點(diǎn)g所示。點(diǎn)g附近已出現(xiàn)恒濃區(qū)，相應(yīng)的回流比便是最小回流比。對(duì)于這種情況下的R的求法只能是通過(guò)作圖定出平衡線的切線之后，再由切線的截距或斜率求之。如圖1-63

12、所示，可用下式算出： = R=2.889可取操作回流比R=1.52.889=4.3342.4 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量塔頂全凝器的熱負(fù)荷：Q=(R+1)D(I-I)可以查得I=1266kJ/kg I=253.9kJ/kg,所以Q=(1.612+1)2.0330(1266-253.9)=5317.45kJ/h取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為25C和35C那么平均溫度下的比熱c=4.174kJ/kgC,于是冷凝水用量可求W=127.4kg/h4.精餾塔主體尺寸計(jì)算4.3提留段塔徑的計(jì)算查t-x-y圖在91.705下： , , M=My+My=460.3273+180.6727=27.1644

13、 kg/kmol汽塔氣相平均密度=0.9077 kg/mx=0.1299x=1-x=0.8701汽塔的液相平均密度在91.705下查表得：=729.5 kg/m =964.3 kg/m =+=+=1.0804 =925.6 kg/mV=(R+1)D=(4.334+1)8.057=42.976 kmol/hv= =0.3573 m/sL=L+qF=8.811+110.09=18.901 kmol/hL=0.110910m/s查化工數(shù)據(jù)手冊(cè)求取：=16.1 mN/m =60.05 mN/m5.塔高確實(shí)定：Z=-1H=(-1)0.45=8.02 m塔板結(jié)構(gòu)尺寸確實(shí)定：l 溢流裝置l 由于塔徑小于80

14、0mm,所以采用單溢流弓形降液管，平行受液盤(pán)及平行溢流堰， 取堰長(zhǎng)L=0.66D,即L=0.660.3=0.198m 出口堰高HW=H1-HOW, 那么H=H=H- H=0.06-0.003=0.057m降液管的寬度W與降液管的面積A 由,0.0700 W=0.1250.3=0.0375m A=0.07停留時(shí)間5S符合要求降液管底隙高度Hoh=h-0.006=0.051m取邊緣寬度取邊緣寬度為W=0.03m安定區(qū)寬度安定區(qū)寬度為W=0.050m開(kāi)孔區(qū)面積AX= W+W)=0.0625mR=W=0.15-0.03=0.12mA=2xsin=0.068m附圖1精餾塔的工藝流程圖符號(hào)說(shuō)明：英文字母：

15、A塔板開(kāi)孔區(qū)面積m； A獎(jiǎng)液管截面積mA篩孔總面積m； A塔截面積mC流量系數(shù)； C計(jì)算u時(shí)的負(fù)荷系數(shù)m/sC氣相負(fù)荷因子，m/s； d篩孔直徑，mD塔徑，m； e液沫夾帶量kg(液)/kg(氣)E液流收縮系數(shù) E總板效率F氣相動(dòng)能因子，kg/(sm); F篩孔動(dòng)能氣象因子，kg/(sm)h進(jìn)口堰與降液管間的水平距離，m； h與干板上液壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺h與液體流過(guò)降液管的壓力降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺；h塔板上鼓泡層高度，m； h與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺h板上清液層高度，m； h降液管的底隙該度，mh堰上液層高度，m； h出口堰高度，mh 進(jìn)口堰高度，m； h與克服的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺H板式塔高度;m H塔底空間高度；mH降液管內(nèi)清液層高度, m H塔頂空間高度,mH進(jìn)料板處塔板間距，m H人孔處塔板間距，mH塔板間距，m K穩(wěn)定系數(shù)L堰長(zhǎng)，m L液體體積流量m/hL液體體積流量，m/s n篩孔數(shù)目N理論板層數(shù) P操作壓力，PaP壓力降。Pa P氣體通過(guò)每層篩板的壓降，Par鼓泡區(qū)半徑，m t篩孔的中心距，mu空塔氣速，m/s U泛點(diǎn)氣速。m/sU氣體通過(guò)篩孔的速度。m/s U漏液點(diǎn)氣速。m/sU液體通