精餾塔計(jì)算方法

1、目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)題目1.2 已知條件1.3 設(shè)計(jì)要求2精餡設(shè)計(jì)方案選定2.1 精摘方式選擇2.2 操作壓力的選擇2.3 4加料方式和加熱狀態(tài)的選擇2. 3塔板形式的選擇2.5再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備的安排2. 6精俑流程示意圖3精儲(chǔ)塔1：藝計(jì)算23.1物料衡算3.2精儲(chǔ)1：藝條件計(jì)算3. 3熱量衡算4塔板工藝尺寸設(shè)vl43.1 設(shè)計(jì)板參數(shù)3.2 塔徑4. 3溢流裝4.4塔板布置及浮閥數(shù)目與排列5流體力學(xué)驗(yàn)算65. 1氣相通過塔板的壓5.1 淹塔5.2 霧沫夾帶6塔板負(fù)荷性能6. 1霧沫夾帶線6.1 液泛線6.2 液相仇荷上限線6.4漏液線6.5 液相仇荷下限線6.6 負(fù)荷性能圖7塔的

2、工藝尺寸設(shè)計(jì)88釜溫校核99熱量衡算10接管尺寸設(shè)日10符號(hào)說明10參考文獻(xiàn)13結(jié)束語131.設(shè)計(jì)任務(wù)L1設(shè)計(jì)題目:年產(chǎn)8000噸乙醇板式精鐳塔工藝設(shè)計(jì)1 .2已知條件：1原料組成：含35%(w/w)乙醇的30度液體，其余為水。2產(chǎn)品要求：含量293.4%(w/w)乙醇。3殘液0.1%(w/w)乙醇。4冷卻水廿32度，,45度,ba1.3設(shè)計(jì)要求(1)物料流程圖，塔版圖，塔體工藝圖(2)各接口尺寸(3)加熱劑及冷卻劑用量。2 .設(shè)計(jì)方案選定2.1 精儲(chǔ)方式：本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精儲(chǔ)方式。原料液連續(xù)加入精儲(chǔ)塔中，并連續(xù)收集產(chǎn)物和排出殘液。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于所涉濃度范圍內(nèi)乙醇

3、和水的揮發(fā)度相差較大，因而無須采用特殊精飾。2.2 操作壓力：本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于乙醇和水這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫(工業(yè)低溫段)物系分離°2.3塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大，塔板效率高，壓降數(shù)低，在乙醇和水這種黏度不大的分離工藝中有很好表現(xiàn)。2.4加料方式和加料熱狀態(tài)：加料方式選擇加料泵打入。由于原料溫度穩(wěn)定，為減少操作成本采用30度原料冷液進(jìn)料。2.由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接，蒸汽加熱。52. 6再沸器，冷凝器等附屬設(shè)備的安排：塔底設(shè)置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至65度回流入塔。冷凝冷卻

4、器安裝在較低的框架上，通過回流比控制期分流后，用回流泵打回塔內(nèi)，儲(chǔ)出產(chǎn)品進(jìn)入儲(chǔ)罐。塔釜產(chǎn)品接近純水，一部分用來補(bǔ)充加熱蒸汽，其余儲(chǔ)槽備稀釋其他工段污水排放。3. 7精偏流程簡(jiǎn)圖4. 精儲(chǔ)塔工藝計(jì)算3. 1物料衡算：年產(chǎn)量8000噸(每年連續(xù)生產(chǎn)300天)，塔頂產(chǎn)品組成93.4%(w/w)乙醇。原料35%(w/w)乙醇水溶液，30度。釜?dú)堃汉掖?.1%(w/w)的水溶液。分子量M水二18；M乙醇二46物料衡算匯總平均分子先質(zhì)量組成質(zhì)量流量摩爾組摩爾流量kmol/h成kg/h量g/mol3042F13323.1417.41065原料65乙醇3522.87109.861977水82.6193410

5、7.37W0.42040.039151.934釜液乙醇99.91932水99.96107.3326.63D111122.5684.7103893.4乙醇儲(chǔ)出液0.118.014.1726.615.34. 07473. 33水將質(zhì)量組成轉(zhuǎn)換為摩爾組成，：計(jì)算平均，分子量:。由方程組，因?yàn)榻獾玫梦锪虾馑銋R總表3. 2精譚工藝條件計(jì)算。（1）確定回流比R圖解法確定R由圖知X/（R+1）=0.93得R=l.89nlrOoln圖解'在圖上山點(diǎn)（X,X）在平衡線和對(duì)角線間向點(diǎn)（X,X）作梯級(jí)，由梯級(jí)個(gè)數(shù)確定最小理論板層數(shù)。N=10（不包括再沸器）小卜R圖，已知R和N,由吉利蘭圖可確定一系列N-R相

6、關(guān)數(shù)據(jù)，繪出N-R關(guān)聯(lián)皿°圖。適宜回流比，取圖上曲線由急劇下降向平緩過渡階段所對(duì)應(yīng)的R值作為操作回流比，得R=3.6回流液熱狀況由塔頂產(chǎn)品組成X=0.8047查得塔頂溫度1為T=78.23度塔頂“采用冷液回流，回流液溫度為丁=65度則T定二（T+丁）/2=71.62度由參考”,資料3附錄查得78.23度下尸2400叮/1,r=826kj/kgo71.62度條件下，z.”C=4.17kJ/（kg&S226;K）C=3.08kJ/（kg&S226;K）乙郴即，回流熱狀態(tài)參數(shù)參考下式計(jì)算，由塔內(nèi)回流比R=3.6=R'&S226;ql,塔外回流比R、=3.6/

7、L045=3.445（2）確定理論板層數(shù)。,結(jié)果見圖，得理論板層數(shù)17（不包括再沸器），精編段13,提馀段4（不包括再沸器）（3）確定實(shí)際板層數(shù)。假設(shè)塔釜溫度二107度，則塔頂與塔底平均溫度度在96.62代入公式x,y把x=3.3%,y=26.2%度下查得.再92.62度下查得。由精儲(chǔ)塔效率關(guān)聯(lián)曲線查得全塔效率=0.343其中精鐳段有。得精儲(chǔ)塔工藝參數(shù)匯總表提譚段12精譚塔工藝參數(shù)匯總NpN1N2ETNTRRmin5038120.343173.61.89塔板工藝尺寸設(shè)計(jì)4.選擇精儲(chǔ)段第一塊塔板為設(shè)計(jì)板。4. 1設(shè)計(jì)板參數(shù)在78.23度下山參考資料3查得表面張力計(jì)算，由參考資料4由丫=0.847

8、0查、石數(shù)據(jù)乂=0.8371,換算為質(zhì)量濃度0.9292o0.9292的乙醇在25度時(shí)表面張力為.解得塔徑2.4.3取塔板間距H=0.5m取板上液層高度h=0.06mH-h=0.5-0.06=0.44m。查篩板塔皿泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖因。需校正，o取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為u=0.7u=L264m/s.,川，空塔氣速1000mm.塔截面積圓整為溢流裝置4.3選用單液流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰=0.55D=0.55m1,取1(1)堰長(zhǎng)°,III,采用平直堰，堰上液層高度h(2)出口堰高和1/DW.55在液流收縮系數(shù)圖上查得加二1.05.,=0.0605m.0.047m,圓整為(3)弓形降液管

9、寬度W和面積Aol/D=0.55查參考資料2圖得=0.0314m=0.085m,(4)驗(yàn)算液體在降液管中滯留時(shí)間停留時(shí)間5s故降液管尺寸可用，取降液管處液體流速h(5)降液管底隙高度。圓整為u'=0.07111人0二0.038111,為便于加匚，°選用平型受液盤。塔板布置.44Ws=0.07m，因(1)破沫區(qū)寬度WsDVL5m,取Wc=O.05m（2）邊緣區(qū)寬度（3）篩孔直徑物料無腐蝕性，故可選厚度為3mm的鋼板。取篩孔直徑d=4mmo（4）孔中心距篩孔按三角形排列。取孔中心距t=3.0d=3.0x4=12mm（5）開孔總數(shù)n鼓泡區(qū)面積，則個(gè)，開孔率即在5-15%范圍內(nèi)，塔板

10、開孔面積（6）氣體通過篩孔氣速.流體力學(xué)驗(yàn)算5氣象通過塔板的壓降.51h,.干板壓降h查干篩板流量系數(shù)圖得00.77,液柱。（2）氣體通過液層的阻力hl,由，查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得二0.58,h=0.5&液柱0.047+0.0135）=0.03509m（值很小，可忽略不計(jì)（3）克服液體表面張力而引起的流動(dòng)阻力（4）單板壓降h=0.04910+0.03509=0.08419m液柱,則：層塔板數(shù)，本設(shè)計(jì)為常壓操作，對(duì)板壓降無特殊要求。q2；（攵為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管內(nèi)清液層高度HW（H+h）因物系不起泡，皿取系數(shù)二0.6,（H+h）=0.6（0.5+0.047）=0.3282m,H=h

11、+h+h-皿.液體通過降液管壓降hd.所以不會(huì)發(fā)因?yàn)?。生液泛。霧沫夾帶量3.5.板上鼓泡層高度。在允許范圍內(nèi)。5.4漏液漏液點(diǎn)氣速篩板穩(wěn)定系數(shù)1.5不會(huì)發(fā)生漏液。5. 5液面落差，因板上沒有氣液接觸元件，流動(dòng)阻力較小，故忽略液面落差影響。6. 負(fù)荷性能圖7. 1霧沫夾帶線取。o板上鼓泡層高度一則整理得，繪入圖中得霧沫夾帶線。一液泛線2.6.（1）關(guān)系，一,）關(guān)系，（2（關(guān)2,3）,取關(guān)系，則4（）,繪入圖中得液泛線整理得，得取極限值液相負(fù)荷上限線5s36.,漏液線，因所以4.6,即液相負(fù)荷下限線，5.6.s/s二0.000436m整理得L取h極限值0.006m,則“6.6操作線，根據(jù)操作時(shí)氣液

12、負(fù)荷Vs和Ls確定操作點(diǎn)P,該點(diǎn)與原點(diǎn)相連即得”/s血尸1.475x10操作線，P點(diǎn)坐標(biāo)為V=O981hn/s,第6.7操作彈性（1）P在操作區(qū)內(nèi)適中位置（2）上限由霧沫夾帶線控制，下限由漏液線控制（3）查出上限彈性下限7.塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)塊塔板（不包括再沸器），其中1m,頂部設(shè)置除沫器，全塔共50塔頂空間取為塊塔板，全塔共(不包括再沸器)進(jìn)料口放在從頂數(shù)第39精溜段38,提儲(chǔ)段12層板上方，塔釜內(nèi)和裙座上。板間距設(shè)計(jì)為，40個(gè)，分別在1,195設(shè)置人孔,190.6m板間距為0.6m的塔段分別在第0,5m,進(jìn)料口和人孔處塔版間距調(diào)整為,0.5=24.8m塔釜空間高度3m50-l-3,40板上方

13、塔有效段高度30.6+()39塊回流液加到第131m其中進(jìn)料口笫39板，高度10.8m,全塔總高裙座高度2m30m板上，高度釜溫校核8.查得塔釜壓力下水的氣體通過單板壓降622.3Pa塔釜壓力為由于其中基本是水,度合理度誤差，所以塔釜溫度沸點(diǎn)廿107.5107.9.熱量衡算度到基準(zhǔn)溫度的比熱1()原料液溫度30平均比熱,原料液帶入熱量為(2)塔頂冷凝冷卻量塔頂蒸汽冷凝后再冷卻至65度回流，塔頂溫度78.23度，與回流液平均溫度7L62度，塔頂溫度下氣化潛熱平均溫度71.62度下的比熱，平均比熱，塔外蒸汽量-采用32度的水作為冷卻劑，冷卻水出口溫度升至45度，平均溫度，冷卻水循環(huán),塔頂產(chǎn)品溫度為

14、65度，到基準(zhǔn)溫度的比熱平均比熱,塔頂產(chǎn)品帶出熱量為(3)再沸器再沸器加入熱量按全塔熱量衡算計(jì)算，加入熱量有再沸器加熱量Q,料液帶入熱量。移出熱量有冷凝冷卻熱量Q，產(chǎn)品帶出熱量，塔釜塔體熱損s失Q,釜?dú)堃簻囟?07度到基準(zhǔn)溫度比熱，,平均比熱，依熱量平衡關(guān)系釜液帶出熱量,6Q,解得10X6.156(4)熱量衡算結(jié)果加入熱量和移出熱量平衡。熱量衡算匯總單位：kj/h加熱量移出熱量6.47186.4718再沸器冷凝冷卻器.產(chǎn)品熱儲(chǔ)熱損耗釜液熱量0.315810.各管在進(jìn)出口時(shí)管內(nèi)流體流量必須滿足要求：原料液釜液回流館出其中流速所以英文字母塔板鼓泡區(qū)面積，ApA降液管截面積，e篩孔面積，AoA塔截面

15、積，£負(fù)荷系數(shù)，無因次；C2oC泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，無因次；f6.156管路計(jì)算U液體選2m/s20dyn/cm4.082I氣體6m/s,mm2；m2；m2；m2時(shí)的負(fù)荷系數(shù)，無因次0.2350.6156，m0.864,mC比熱，kJ/kg&S226;K：pd篩孔直徑，m；oD塔徑，m：D塔頂產(chǎn)品流量，kmol/h或kg/h；e霧沫夾帶量，kg（液）/kg（氣）；,E液流收縮系數(shù)，無因次;E總板效率或全塔效率，無因次；F原料流量，kmol/h或kg/h；g重力加速度，m/s2；h干板壓降，m；Ji液體通過降液管的壓降，m；Jit氣相通過塔板的壓降，m；h板上鼓泡層高度，m：,hl板

16、上液層的有效阻力，m；h板上液層高度，m；由一一降液管底隙高度，m；oh堰上液層高度，m；c-hp與單板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺；h溢流堰高度，m；<h與克服表面張力的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺；出一一降液管內(nèi)清液層高度，m：Ji塔板間距，m；物質(zhì)的焰，kj/kg；K穩(wěn)定系數(shù)，無因次；1；m堰長(zhǎng)，rL塔內(nèi)液體流量，m3/s；加一一分子量；n篩孔總數(shù)；N一一理論板數(shù)；rN實(shí)際板數(shù)；P操作壓強(qiáng)，Pa：AP單板壓強(qiáng)，Pa；通過一層塔板的壓強(qiáng)降，Pa/層；AP足一一進(jìn)料熱狀況參數(shù)，無因次；Q熱負(fù)荷，kj/h；Q再沸器熱負(fù)荷，kj/h；,Q全凝器熱負(fù)荷，kj/h；&熱負(fù)荷損失，kj/h；tr汽

17、化潛熱，kj/kg；R氣體常數(shù)，8314J/kmol&S226;K；R回流比，無因次；t溫度，C或K；t孔心距,m：T溫度，C或K；T塔頂溫度，C或K；s丁一一回流液溫度，C或K；sU空塔氣速，m/s；U按板上層液上方有效流通面積計(jì)的氣速，m/s：.U極限空塔氣速，m/s；naxU；m/s篩孔氣速，。.U漏液點(diǎn)氣速，m/s；3'0降液管底隙處液體流速，m/s；V精儲(chǔ)段上升蒸氣量，kmol/h；V 塔內(nèi)氣相流量，m3/h；XV 塔內(nèi)氣相流量，m3/s；3V '提譚段上升蒸氣量，kmol/h：W釜?dú)堃毫髁?，kmol/h或kg/h：冷卻水量,kg/hW加熱蒸氣量，kg/h；hw邊緣區(qū)寬度，m：cW弓形降液管的寬度，m：“W破沫區(qū)寬度，m；sx液相組成，摩爾分率；y一一氣相組成，摩爾分率；