化工課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)15000噸乙醇精餾塔

1、化工原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)15000噸乙醇精餾塔設(shè)計(jì)人員：所在班級：成績：指導(dǎo)老師日期：12年11月 目錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4摘 要6第一章前言61.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用61.2精餾塔對塔設(shè)備的要求71.3常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型71.4乙醇的性質(zhì)和用途81.5本設(shè)計(jì)所選塔的特性8第2章 概述 9第3章 設(shè)計(jì)方案的確定103.1操作壓力113.2進(jìn)料狀況113.3回流比 113.4加熱方式12 3.5選擇塔板類型12 3.6熱能的利用12 3.7再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備的安排13 3.8設(shè)計(jì)的依據(jù)與技術(shù)來源13第四章 流程的確定和說明 134.1設(shè)計(jì)思路134.2

2、設(shè)計(jì)流程14第五章 精餾塔設(shè)計(jì)物料計(jì)算 145.1查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)155.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率X16 5.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量175.1.3易揮發(fā)組分的物料衡算 17最小回流比及操作回流比的確定195.2.2精餾段和提餾段操作線的確定 205.2.3理論及實(shí)際塔板數(shù)的確定 20第六章塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 226.1.1精餾塔塔徑的計(jì)算 22平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算23平均密度的計(jì)算256.3. 液相平均密度的計(jì)算266.3.1液體平均表面張力計(jì)算 26 6.4液體平均黏度計(jì)算27 6.5氣液相體積流率計(jì)算28第七章精餾塔有效高度的計(jì)算29第八章 塔板主要工

3、藝尺寸的計(jì)算 318.1溢流裝置計(jì)算 318.2降液管 318.2.1降液管高度和截面積 328.2.2降液管底隙高度 338.3塔板布置 348.3.1塔板的分塊 34邊緣區(qū)寬度確定348.3.3開孔區(qū)面積計(jì)算 348.4浮閥塔計(jì)算及其排列348.5校核358.6流體力學(xué)驗(yàn)算 35氣體通過浮閥塔板的壓力降378.6.2漏液驗(yàn)算 378.7霧沫夾帶驗(yàn)算378.7.1液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間 388.8操作性能負(fù)荷圖 398.9接管尺寸確定 42 8.9.1 進(jìn)料管尺寸428.9.2釜?dú)堃汗艹叽?42總結(jié)45致謝46參考文獻(xiàn)47化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1、 設(shè)計(jì)題目：乙醇-水連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)二、設(shè)

4、計(jì)任務(wù)及操作條件（1）進(jìn)精餾塔的料液含乙醇45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為水；（3）塔頂易揮發(fā)組分回收率為99%；（4）生產(chǎn)能力為15000噸/年92%的乙醇產(chǎn)品；（5）每年按330天計(jì)，每天24h連續(xù)運(yùn)行。（6）操作條件 a）塔頂壓強(qiáng) 4KPa(表壓） b)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選 c)回流比自選 d)加熱蒸汽壓力 低壓蒸汽 （或自選） e)單板壓降 0.7KPa 3、 設(shè)備形式：篩板塔或浮閥塔4、 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 1）精餾塔的物料衡算； 2）塔板數(shù)的確定； 3）精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算； 4)精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算； 5）塔板主要工藝尺寸計(jì)算：6）塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算

5、； 7）塔板負(fù)荷性能圖； 8）精餾塔接管尺寸計(jì)算; 9)對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論。2、設(shè)計(jì)圖紙要求： 1）繪制生產(chǎn)工藝流程圖； 2）繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。 5、 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù):1.常壓下乙醇水體系的t-x-y數(shù)據(jù)；2.乙醇的密度、粘度、表面張力等物性參數(shù)。摘 要本設(shè)計(jì)是以乙醇水物系為設(shè)計(jì)物系，以浮閥塔為精餾設(shè)備分離乙醇和水。浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，此設(shè)計(jì)針對二元物系乙醇水的精餾問題進(jìn)行分析，選取，計(jì)算，核算，繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程。通過逐板計(jì)算得出理論板數(shù)為16塊，回流比為3.219,算出塔效率為0.518，實(shí)際板數(shù)為32塊，進(jìn)料位置為第11塊，在板式塔主要工藝尺

6、寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑為1米，有效塔高13.6米，浮閥數(shù)（提餾段每塊76）。通過浮閥塔的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計(jì)過程正常，操作合適。關(guān)鍵詞：乙醇、水、二元精餾、浮閥連續(xù)精餾精餾塔、提餾段第一章 前言1.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)中，在精餾柱及精餾塔中精餾時(shí)，上述部分氣化和部分冷凝是同時(shí)進(jìn)行的。對理想液態(tài)混合物精餾時(shí)，最后得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點(diǎn)低的B物質(zhì)，而殘液是沸點(diǎn)高的A物質(zhì)，精餾是多次簡單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。1.2精餾塔對塔設(shè)備的要求精餾設(shè)備所用

7、的設(shè)備及其相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，心為精餾常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過程一樣，精餾塔對塔設(shè)備的要求大致如下：一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 三：流體阻力?。毫黧w通過塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。1.3常用板式

8、塔類型及本設(shè)計(jì)的選型常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。而浮閥塔具有很多優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。近年來與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實(shí)際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿意的程度。 浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，制造方便；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大等。 乙醇與水的分離是正常

9、物系的分離，精餾的意義重大，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，對于提純物質(zhì)有非常重要的意義。所以有必要做好本次設(shè)計(jì)。1.4乙醇的性質(zhì)和用途乙醇是在常溫、常壓下是一種無色、透明、有香味、易揮發(fā)的液體，熔點(diǎn)-117.3，沸點(diǎn)78.5，凝固點(diǎn)為-114.1密度0.7893g/cm3,能與水及大多數(shù)有機(jī)溶劑以任意比混溶。乙醇易燃,它的爆炸極限為3.5%18%,閃點(diǎn)11,使用時(shí)須注意安全。工業(yè)酒精含乙醇約95。含乙醇達(dá)99.5以上的酒精稱無水乙醇。含乙醇95.6,水4.4的酒精是恒沸混合液,沸點(diǎn)為78.15，其中少量的水無法用蒸餾法除去。乙醇在化工、醫(yī)藥、染料、國防、食品等行業(yè)有不可或缺的重要應(yīng)用。但是，無水乙

10、醇作為燃料的應(yīng)用應(yīng)該是21世紀(jì)最廣泛的應(yīng)用。工業(yè)上可以將無水乙醇與汽油按比例調(diào)和,生產(chǎn)車用乙醇汽油。以發(fā)酵法生產(chǎn)的燃料乙醇具有和礦物質(zhì)燃料相似的燃料性能,其生產(chǎn)原料是生物質(zhì),是一種可再生能源。此外,乙醇燃料過程所排放的一氧化碳和含硫氣體均低于汽油燃料,所產(chǎn)生的二氧化碳和作為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳基本持平,這對減少對大氣的污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。因此,燃料乙醇也被稱為“清潔燃料” 。1.5本設(shè)計(jì)所選塔的特性浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是 :1 生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%40%，與篩板塔接近。2. 操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適

11、應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 3. 塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。4. 氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。5. 塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%80%，但是比篩板塔高 20%30%。 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。 近幾十年來，人們對浮閥塔的

12、研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。第二章 概述乙醇在工業(yè)，醫(yī)藥，民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，是一種很重要的原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性，所以，想得到高純度的乙醇很困難。要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離。化工廠中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行，塔內(nèi)裝有若干層塔板和充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還

13、必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液。可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器，回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。浮閥塔與20世紀(jì)50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔形，特別是在石油，化學(xué)工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的是F1型和V-4型。F1型浮閥的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，廣泛應(yīng)用在化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB168-68）內(nèi)，F(xiàn)1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強(qiáng)降很低的系統(tǒng)中，采用輕閥。浮閥塔具有

14、下列優(yōu)點(diǎn)：1，生產(chǎn)能力大。2，操作彈性大。3，塔板效率高。4，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小。5，塔的造價(jià)低。浮閥塔不宜處理宜結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。第三章設(shè)計(jì)方案的確定課程設(shè)計(jì)方案選定所涉及的主要內(nèi)容有：操作壓力，進(jìn)料狀況，加熱方式及其熱能的利用。3.1操作壓力：精餾可在常壓，加壓或減壓下進(jìn)行，確定操作壓力主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來考慮。一般來說，常壓精餾最為簡單經(jīng)濟(jì)，若物料無特殊要求，應(yīng)盡量在常壓先操作。加壓操作可提高平衡溫度，有利于塔頂蒸汽冷凝熱的利用，或可以使用較便宜的冷卻劑，減少冷凝，冷卻費(fèi)用。在相同的塔

15、徑下，適當(dāng)提高操作壓力還可提高塔的處理能力，但增加塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度也有所下降。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增大，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低溫位的加熱劑。但降低壓力也導(dǎo)致塔徑增大和塔頂蒸汽冷凝溫度降低，且必須使用抽真空的設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。故我們采用塔頂壓力為常壓進(jìn)行操作。3.2進(jìn)料狀況：進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都是將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這樣，進(jìn)料溫度就不受季節(jié)，氣溫變化和前道工序波動(dòng)的影響，塔的操作就比較容易控制。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，設(shè)計(jì)制造均比較方便。但泡點(diǎn)進(jìn)料需預(yù)熱，熱耗很大。在此次設(shè)

16、計(jì)中，我們選用30°C冷夜進(jìn)料。3.3加熱方式：精餾塔通常設(shè)置再沸器，采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的能量，若待分離的物系為某種輕組分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加熱方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液。這樣操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均可降低。但在塔頂輕組分回收率一定時(shí)，由于蒸汽冷凝水的稀釋作用，使殘液輕組分濃度降低，所需塔板數(shù)略有增加。綜合考慮，我們采用間接蒸汽加熱的方式。3.4回流比：適宜的回流比應(yīng)該通過經(jīng)濟(jì)合算來確定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)用之和為最低時(shí)的回流比為最適宜的回流比。我們確定回流比的方法為：先求出最小回流比R，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的1.12.0倍，即：R（1.1

17、2.0）R回流方式采用泡點(diǎn)回流，易于控制。3.5選擇塔板類型：選用F1浮閥塔板（重閥）。F1浮閥的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，且重閥采用厚度2mm的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為33g。浮閥塔具有的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)以及液面落差較小。3.6熱能的利用蒸餾過程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進(jìn)入再沸器的能量僅有5%左右被有效利用。塔頂蒸汽冷凝放出的熱量是大量的，但其能位較低，不可能直接用來做塔釜的熱源，但可用作低溫?zé)嵩?，供別處使用。或可采用熱泵技術(shù)，提高溫度后再用于加熱釜液。此外，通過蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也可取得節(jié)能的效果。例如，可采用設(shè)置

18、中間再沸器和中間冷凝器的流程。3.7再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備的安排本設(shè)計(jì)精餾過程采用蒸汽間接加熱，在釜底設(shè)再沸器。塔頂設(shè)冷凝冷卻器，將塔頂蒸氣完全冷凝后再冷卻到78左右回流入塔。塔頂通過回流比控制器分流，餾出產(chǎn)品進(jìn)入貯罐。3.8設(shè)計(jì)的依據(jù)與技術(shù)來源本設(shè)計(jì)依據(jù)于精餾的原理（即利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使輕重組分分離），并在滿足工藝和操作的要求，滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上， 對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡化的模型，此次設(shè)計(jì)采用精確計(jì)算與軟件驗(yàn)算相結(jié)合的方法。第四章流程的確定和說明4.1設(shè)

19、計(jì)思路首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混

20、合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇和水的分離。4.2設(shè)計(jì)流程乙醇水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)料狀況為汽液混合物q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲罐,塔釜采用直接蒸汽加熱,塔底產(chǎn)品冷卻后,送入貯罐(流程圖見手畫)。第五章 精餾塔設(shè)計(jì)物料計(jì)算 進(jìn)精餾塔的料液含乙醇45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為水，塔頂易揮發(fā)組分回收率為99%，生產(chǎn)能力為15000噸/年92%的乙醇產(chǎn)品，每年按330天計(jì)，每天24h連續(xù)運(yùn)行。）操作條件 a）塔頂壓強(qiáng) 4KPa(表壓） b)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選 c)回流比自選 d)加熱

21、蒸汽壓力 低壓蒸汽 （或自選） e)單板壓降 0.7KPa 5.1查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)水和乙醇的物理性質(zhì)名稱分子式相對分子質(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.)表面張力(20)N/m水18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇46.0778978.32.391.150.17222.8常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)常壓下乙醇水系統(tǒng)txy數(shù)據(jù)如表31所示。表31 乙醇水系統(tǒng)txy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.

22、80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.75

23、17.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41（3）精餾塔全塔物料恒算：原料液流量（） ：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)） ：塔頂產(chǎn)品流量（） ：塔頂組成（摩爾分?jǐn)?shù)）：塔底殘液流量（） ：塔底組成（摩爾分?jǐn)?shù)）5.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率X乙醇 MA = 46.07水 MB = 18.02 進(jìn)料液中輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45的摩爾分率 塔頂輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92的摩爾分率塔底輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5的摩爾分率由(后計(jì)算得出)5.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量= = 塔頂產(chǎn)出量 易揮發(fā)組分的物料衡算 聯(lián)立解得 表

24、1 物料衡算數(shù)據(jù)記錄246.50kmol/h0.24376.356kmol/h0.833188.14kmol/h0.003由圖查出組成的乙醇-水溶液泡點(diǎn)為83.25°C，在平均溫度為（83.25+30）/2=56.63下，由化工原理（第三版，王志魁）附錄查得乙醇與水的有關(guān)物性為：乙醇的摩爾熱容：乙醇的摩爾汽化潛熱：水的摩爾熱容：水的摩爾汽化潛熱：比較水與乙醇的摩爾汽化潛熱可知，系統(tǒng)滿足衡摩爾流的假定。加料液的平均摩爾熱容：加料液的平均汽化熱：最小回流比及操作回流比的確定（1）q線方程：做出下圖，得q線與平衡線的交點(diǎn)（0.241，0.553），即，由，得（2）過點(diǎn)（0.833，0.83

25、3）做平衡線的切線，交Y軸于點(diǎn)（0，0.43）由，得取較大的回流比，故根據(jù)，取R=3.219精餾段和提餾段操作線的確定 精餾段液相流量： 精餾段汽相流量： 精餾段操作線方程： 提餾段液相流量： 提餾段汽相流量： 提餾段操作線方程： 理論及實(shí)際塔板數(shù)的確定A 用圖解法求解理論板數(shù)在y-x圖上分別畫出提餾段方程和精餾段方程，利用圖解法可以求出理論塔板數(shù)為16塊（含塔釜）。其中第13理論板為進(jìn)料板。見下圖B 用奧康奈爾法對全塔效率進(jìn)行估算：（1）由相平衡方程式，可得根據(jù)乙醇-水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：因此可以求得：平均相對揮發(fā)度的求?。?2)根據(jù)乙醇-水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：塔頂： ，塔釜：

26、, 塔頂和塔釜的算術(shù)平均溫度：由化工原理（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，王志魁）書中附表12查得：在88.77°C下， ， 根據(jù)公式 得（1） 由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式：C 求解實(shí)際塔板數(shù) 取N=33第六章塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精餾塔塔徑的計(jì)算6、 查得有關(guān)乙醇與水的安托因方程：乙醇：得: 水：得：將代入 進(jìn)行試差，求塔頂、進(jìn)料板、及塔釜的壓力和溫度：1) 塔頂：， 試差得2) 進(jìn)料板位置：精餾段實(shí)際板層數(shù)：每層塔板壓降：進(jìn)料板壓力：進(jìn)料板：，試差得3) 提餾段實(shí)際板層數(shù)：塔釜壓力：塔釜：， 試差得求得精餾段及提餾段的平均壓力及溫度：精餾段：提餾段：平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算： 塔頂：進(jìn)料板：塔釜：精餾段平均摩爾質(zhì)

27、量：提餾段平均摩爾質(zhì)量：表2 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔頂精餾段平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料板提餾段平均摩爾質(zhì)量塔釜平均密度的計(jì)算：1) 汽相平均密度計(jì)算：精餾段汽相平均密度：提餾段汽相平均密度：2) 液相平均密度計(jì)算：塔頂：，得：進(jìn)料板：，,得：塔釜：， 得：精餾段液相平均密度：提餾段液相平均密度：塔頂塔釜進(jìn)料板精餾段液相平均密度提餾段液相平均密度表3 6.3. 液相平均密度的計(jì)算液體平均表面張力計(jì)算液體平均表面張力按下式計(jì)算：塔頂：，由化工原理（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，王志魁）附錄二十，得：進(jìn)料板：，查手冊：， 得：塔釜：，查附錄：， 得：精餾段液體表面平均張力：提餾段液體表面平均張力：塔頂塔釜進(jìn)料板精餾段

28、液體表面平均張力提餾段液體表面平均張力表4 液體平均表面張力計(jì)算6.4液體平均黏度計(jì)算： 液體平均黏度按下式計(jì)算：塔頂：，查由化工原理（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，王志魁）附錄十二， 得：進(jìn)料板：，查附錄：， 得：塔釜：，查附錄：，得：精餾段液體平均黏度：提餾段液體平均黏度：塔頂塔釜進(jìn)料板精餾段液體平均黏度提餾段液體平均黏度表5 液體平均黏度計(jì)算6.5氣液相體積流率計(jì)算： 精餾段汽相體積流率：液相體積流率：提餾段汽相體積流率：液相體積流率：表6 氣液相體積流率計(jì)算A. 塔徑的確定 塔徑的確定，需求，C由下式計(jì)算：由Smith圖查取。取板間距，板上液層高度，則（1） 精餾段塔徑的確定：圖的橫坐標(biāo)為查

29、smith圖，得0.0826取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為：則精餾塔塔徑（2） 提餾段塔徑的確定：圖的橫坐標(biāo)為：查smith圖，得取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為則提餾塔塔徑（3） 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，塔截面積：精餾段實(shí)際空塔氣速為：提餾段實(shí)際空塔氣速為：第七章精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度的計(jì)算：提餾段有效高度的計(jì)算：每隔5層塔板開一人孔，人孔高度為0.5m，人孔數(shù)：塔頂間距：取塔底空間高度：，進(jìn)料板處板間距：塔高：第八章塔板主要工藝尺寸的計(jì)算8.1溢流裝置計(jì)算 因塔徑D=1.6m，可選用單溢流弓形降液管A.堰長lw單溢流：D，取B.溢流堰高度hw因?yàn)檫x用平直堰，堰上液層高度how可用F

30、rancis計(jì)算， 即精餾段：液體收縮系數(shù)計(jì)算圖，查上圖得，E=1.02, 則取板上清夜層高度h2=0.05m, 提餾段 查得 E=1.045，則取板上清夜層高度故8.2降液管降液管高度和截面積因?yàn)?，查下圖（弓形降液管參數(shù)圖）得：, 所以，弓形降液管參數(shù)圖依下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：精餾段：提餾段：故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度降液管底隙高度依下式計(jì)算：取，則 精餾段： ，即 提餾段： ，即故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。8.3塔板布置塔板的分塊因?yàn)镈=900mm,故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為3塊。表8 塔板分塊數(shù)塔徑/mm800120014001600180020002200240

31、0塔板分塊數(shù)3456邊緣區(qū)寬度確定溢流堰前的安定區(qū)寬度：WS=0.07m 邊緣區(qū)寬度：WC=0.035m開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積按下式計(jì)算：其中故8.4浮閥塔計(jì)算及其排列采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mmA. 浮法數(shù)目浮法數(shù)目按下式計(jì)算：氣體通過閥孔的速度：取動(dòng)能因數(shù)F=1.1 則精餾段：，提餾段：，8.5校核1) 精餾段：氣體通過閥孔的實(shí)際速度：閥孔排列圖 實(shí)際動(dòng)能因素：2) 提餾段： 氣體通過閥孔的實(shí)際速度： 實(shí)際動(dòng)能因素：3) 開孔率：開孔率在10%14%之間，且實(shí)際動(dòng)能因數(shù)F0在912間，滿足要求。8.6流體力學(xué)驗(yàn)算氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降） 單板壓降：閥片全開前：

32、 閥片全開后: 取板上液層充氣因數(shù)0=0.5，那么氣體克服液體表面張力所造成的阻力可由下式計(jì)算：但由于氣體克服液體表面張力所造成的阻力通常很小，可忽略不計(jì)。(1) 精餾段：(2) 提餾段：漏液驗(yàn)算(1) 精餾段： 氣體通過閥孔時(shí)的速度：>6(2) 提餾段 氣體通過閥孔時(shí)的速度： >6降液管內(nèi)泡沫液層高度可按下式計(jì)算：浮法塔的頁面落差一般不大，常可忽略不計(jì)精餾段 塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)：取 ，Hd<(2) 提餾段 塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)：取=0.5 Hd<8.7霧沫夾帶驗(yàn)算泛點(diǎn)百分率可取下列兩式計(jì)算，取計(jì)算結(jié)果中較大的數(shù)值： ,ZL=D-2Wd ， Ab=AT-2Af(1) 精餾

33、段：(2) 提餾段：液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間(1) 精餾段：(2) 提餾段：8.8操作性能負(fù)荷圖1汽相負(fù)荷下限線：精餾段： 提餾段：2過量物沫夾帶線 取F=0.7 精餾段： 提餾段：3液泛線4液相負(fù)荷上限線 5液相負(fù)荷下限線精餾段操作性能負(fù)荷圖提餾段操作性能負(fù)荷圖8.9接管尺寸確定8.9.1 進(jìn)料管尺寸進(jìn)料體積流量 取適宜流速u=2.0m/s 故 取規(guī)格 管內(nèi)實(shí)際流速 釜?dú)堃汗艹叽绺獨(dú)堃后w積流量取適宜u=1.5m/s 取規(guī)格 管內(nèi)實(shí)際流速 設(shè)計(jì)結(jié)果：塔徑 1500mm塔板間距 350mm理論塔板數(shù) 16實(shí)際塔板數(shù) 35塔有效高度 13.05m實(shí)際塔板效率 46.74%操作彈性 2.46進(jìn)料管尺寸 釜?dú)堃汗艹叽缫后w在降液管停留時(shí)間 精餾 16.83s 提鎦 8.28s 平均壓強(qiáng) 精餾111.55Kpa提鎦120.33Kpa 平均溫度 精餾88.18·C提鎦97.82·C 氣相平均摩爾質(zhì)量 精餾35.69kg/mol提鎦24.06