乙醇和水混合液精餾塔課程設(shè)計(jì)方案

新疆工程學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)說明書題目名稱：年產(chǎn)量為 的乙醇水混合液精餾塔的工藝設(shè)計(jì)系部： 化學(xué)與環(huán)境工程系專業(yè)班級：化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名： 楊彪一指導(dǎo)老師： 楊智勇完成日期： 格式及要求1、摘要摘1要）正文小四（，宋體）摘要內(nèi)容 ?字為易，要包括目的、方法、結(jié)果和結(jié)論。2）關(guān)鍵詞 XX；XX；XXXXX個(gè)主（題3詞）（小四，黑體）2、目錄格式目錄（三號，黑體，居中）（小四，黑體）小四，宋體同上3、說明書正文格式：同.四四四三四號四，黑體（）同．同四四四四號四，四黑（體）同.同.同小四四四，四黑四體四）（正文：四四四四小四四，（宋體）（頁碼居中）參考文獻(xiàn)格式：列出的參考文獻(xiàn)限于作者直接閱讀過的、最主要的且一般要求發(fā)表在正式出版物上的文獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)的著錄，按文稿中引用順序排列。參考文獻(xiàn)內(nèi)容（五號，宋體）示例如下：期刊一一序號作者，作者?…作者.題篇名，刊名版本）出版年，卷次（期次）。圖書一一序號作者，作者…，作者..書名，版本，出版地，出版者，出版年。.紙型、頁碼及版心要求：紙型：A雙面打印頁碼：居中，小五版心距離：高： 含頁眉及頁碼）寬：相當(dāng)于紙每頁 行，每行個(gè)字。6、量和單位的使用：必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不得使用已廢棄的單位。量和單位不用中文名稱，而用法定符號表示。

新疆工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2015-2016學(xué)年第二學(xué)期2016年6月27日專業(yè)化學(xué)工程與工藝 班級 化工工藝13-1課程名稱 化工原理設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)量為8000t的乙醇-水混合液精餾塔的工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師楊智勇起止時(shí)間2016-6-20~6-27 周數(shù)1周設(shè)計(jì)地點(diǎn)新疆工程學(xué)院設(shè)計(jì)目的：根據(jù)乙醇和水混合液的物性及工藝要求，通過查閱相關(guān)資料，進(jìn)行一系列相關(guān)的計(jì)算，最終確定精餾塔的結(jié)構(gòu)規(guī)格和工藝尺寸，然后從理論上的正確性、技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性等方面對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，完成符合工藝要求的精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)任務(wù)：完成精餾塔工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，精餾塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用，繪制工藝流程圖、塔板結(jié)構(gòu)簡圖及塔板符合性能圖，并編制工藝設(shè)計(jì)說明書。年產(chǎn)量： 噸乙醇，料液初溫：5,料液濃度： 質(zhì)量分率，塔頂產(chǎn)品濃度：質(zhì)量分率）乙醇回收率： 9每天實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)： 天，冷卻水溫度： 0設(shè)計(jì)進(jìn)度與要求：收集精餾塔有關(guān)資料并選型；完成精餾塔物料衡算，塔結(jié)構(gòu)工藝計(jì)算，塔板負(fù)荷性能圖，工藝流程圖完成設(shè)計(jì)說明書的編制，排版，打印完成答辯及成績評定主要參考書及參考資料：王勝國編化工原理課程設(shè)計(jì)大連理工大學(xué)出版社，賈紹義柴誠敬化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社，涂偉萍陳佩珍程達(dá)芳化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)華南理工大學(xué)化學(xué)工業(yè)出版社國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院化工工藝設(shè)計(jì)手冊第二版化學(xué)工業(yè)出版社天津大學(xué)化工原理教研室化工原理修訂版天津：天津科技出版社譚天恩，竇梅等編化工原理下冊第四版北京化學(xué)工業(yè)出版社，摘要乙醇溶液是生活中常見的溶液，提高乙醇的純度是化工工業(yè)中最重要的工藝，本次設(shè)計(jì)，為達(dá)到生產(chǎn)要求，通過物料衡算，物性參數(shù)的分析及乙醇溶液氣液平衡圖，設(shè)計(jì)出合理的板式精餾塔，以提高乙醇的純度，并從流體力學(xué)和蒸餾原理出發(fā)，為精餾塔設(shè)計(jì)合適的冷凝器，泵，合適的塔板等，從經(jīng)濟(jì)方面考慮選用合適的塔板，計(jì)算并繪制塔板負(fù)荷性能圖，全方面認(rèn)識精餾塔。而這一設(shè)計(jì)過程中的主要內(nèi)容有：物料衡算，熱量衡算，塔體工藝設(shè)計(jì)，塔板工藝設(shè)計(jì)，塔板負(fù)荷性能圖以及精餾工藝流程圖的繪制，塔附屬設(shè)備設(shè)計(jì)及選取。關(guān)鍵詞：乙醇溶液板式精餾塔工藝計(jì)算目錄任務(wù)書1一、前言2.設(shè)計(jì)簡介2.設(shè)備選型2.工藝流程確定4.設(shè)計(jì)方案5二、設(shè)備工藝條件的計(jì)算7.精餾塔物料衡算7物料衡算7求得tF,tD,tw71.平3均摩爾質(zhì)量9.理論塔板數(shù)的確定10相對揮發(fā)度10回流比10操作線方程11實(shí)際塔板數(shù)12.物性參數(shù)133.密1度133.混2合物粘度143.表3面張力15三、塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算.塔徑的確定15.精餾塔有效高度的計(jì)算16.塔板主要工藝尺寸的計(jì)算17溢流裝置計(jì)算17弓形降液管寬度也和截面積Af18降液管底隙高度h18塔板布置19.篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算20塔板壓降20液面落差21液沫夾帶21漏液21液泛21.塔板負(fù)荷性能圖22漏液線22液沫夾帶線23液相負(fù)荷下限線24液相負(fù)荷上限線24液泛線24四、附屬設(shè)備27

五、精餾塔參數(shù)匯總圖表

總結(jié)31

參考文獻(xiàn)32任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：乙醇-水混合液板式精餾塔設(shè)計(jì)年產(chǎn)量：800噸0料液初溫：2℃5料液濃度：:40質(zhì)%量(分率)塔頂產(chǎn)品濃度：94%質(zhì)量(分率)乙醇回收率：99%每天實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：33天0冷卻水溫度：3℃0操作條件操作壓力：常壓進(jìn)料熱狀態(tài)：自選()回流比：塔底加熱：連續(xù)蒸汽加熱()單板壓降W設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容精餾塔的物料衡算；塔板數(shù)的確定；精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；塔板主要工藝尺寸的計(jì)算；塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；塔板的負(fù)荷性能圖；塔頂全凝器設(shè)計(jì)計(jì)算：熱負(fù)荷，載熱體用量，選型精餾塔接管尺寸計(jì)算；(1)0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)繪制精餾塔裝置圖；(2)相關(guān)圖表一、前言1設(shè).計(jì)簡介蒸餾是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進(jìn)行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾。本設(shè)計(jì)主要研究連續(xù)精餾。塔設(shè)備是煉油、石油化工、精細(xì)化工、生物化工、食品、醫(yī)藥及環(huán)保部門等生產(chǎn)過程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式可分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上的液層，液體橫向流過塔板，而氣體垂直穿過液層，氣液兩相成錯(cuò)流流動(dòng)，進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，但對整個(gè)板來說，兩相基本上成逆流流動(dòng)。在正常操作下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（有時(shí)也采用并流向下）流動(dòng)，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。在正常操作條件下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，屬微分接觸逆流操作。板式塔的空塔速度較高，因而生產(chǎn)能力較高，本設(shè)計(jì)目的是分離乙醇-水混合液，處理量大；盡管塔板的流動(dòng)阻力大，塔板效率不及高效填料塔高，但板式塔的效率穩(wěn)定，造價(jià)低，檢修、清理方便，故選板式塔。2設(shè).備選型板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔、篩板塔，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應(yīng)用以錯(cuò)流式塔板為主，常用的錯(cuò)流式塔板主要有下列幾種。（1）泡罩塔板泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，國內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。泡罩尺寸分為①、①、① 三種，可根據(jù)塔徑的大小選擇。通常塔徑小于,選用①的泡罩；塔徑大于的，① 選用的泡罩。泡罩塔板的主要優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率低。近年來，泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代。在設(shè)計(jì)中除特殊需要（如分離粘度大、易結(jié)焦等物系）外一般不宜選用。（2）篩孔塔板篩孔塔板簡稱篩板，機(jī)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板（孔徑為3~8）選和選打孔篩板（孔徑為10~2）5兩選類選。工業(yè)應(yīng)用以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合（如分離粘度大、易結(jié)焦等物系）。篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降，故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來，由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高，可是篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。（3）浮閥塔板浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。氣流從浮閥周邊水平地進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥的類型很多，國內(nèi)常用的有型、型及型等，其中以行浮閥應(yīng)用最為普遍。對比其他塔板，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)能力大。由于浮閥塔板具有較大的開孔率，故生產(chǎn)能力比泡罩塔的答20%~，4而0與%篩板塔相近。（2）操作彈性大。由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，故維持正常操作所容許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比泡罩塔和篩板塔的都寬。（3）塔板效率高。因上升氣體以水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長而霧沫夾帶量小，板效率較高。（4）塔板壓降及液面落差較小。因?yàn)槠毫鬟^浮閥塔板時(shí)所遇到的阻力較小，故氣體的壓降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小。（5）塔的造價(jià)低。因構(gòu)造簡單，易于制造，浮閥塔的造價(jià)一般為泡罩塔的60%~，8而0為%篩板塔的120%~。130%3工.藝流程確定（1）加料方式加料方式有兩種：高位槽加料和用泵直接加料。采用高位槽加料，通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)。但由于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便；如采用自動(dòng)控制來控制泵的流量和流速，其控制原理復(fù)雜，且設(shè)備操作費(fèi)用高。本設(shè)計(jì)才用泵加料。（2）進(jìn)料熱狀況進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料，泡點(diǎn)進(jìn)料。對于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定，對分離有利，省加熱費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大。采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對穩(wěn)定塔操作較為方便，且不易受環(huán)境溫度影響。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。（3）塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。乙醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂出來的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高無需進(jìn)一步冷卻。本設(shè)計(jì)冷凝器選用重力回流直立或管殼式冷凝器原理。因本設(shè)計(jì)冷凝與被冷凝流體溫差不大，所以選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于即使排出冷凝液。（4）回流方式回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對于小塔徑，回流冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制比較難。如果需要較高的塔處理量或塔板較多時(shí)，回流冷凝器不適合于塔頂安裝。且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和清理。在這種情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽采用冷凝冷卻器以冷回流流入塔中。由于本設(shè)計(jì)是小型塔，故采用重力回流。（5）加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱是用蒸汽直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)。由于重組分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽對回流液有稀釋作用，使理論塔板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱通過加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與回流下來的冷液進(jìn)行傳質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。（6）操作壓力精餾操作按操作壓力可分為常壓，加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大。當(dāng)壓力增大時(shí)，混合液的相對揮發(fā)度將減小，對分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，相對揮發(fā)度將增大，對分離有利。但當(dāng)壓力不太低時(shí)，對設(shè)備的要求較高，設(shè)備費(fèi)用增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓蒸餾。當(dāng)常壓下無法完成操作時(shí)，則采用加壓或減壓蒸餾。對苯-甲苯系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，容易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓蒸餾。4設(shè).計(jì)方案本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇-水的混合物，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程，在常壓下進(jìn)行精餾，泡點(diǎn)進(jìn)料，通過泵將原料液通過原料預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝器在泡點(diǎn)下一部份回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)

冷卻器冷卻后送至儲罐，操作回流比取最小回流比的1.倍5，塔釜采用間接蒸汽加熱，塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。以下是浮閥精餾塔工藝簡圖二、設(shè)備工藝條件的計(jì)算精.餾塔物料衡算1.物1料衡算乙醇的摩爾質(zhì)量MA=46kg/kmol水的摩爾質(zhì)量 MB=18kg/kmol0.4/46|「0.4/46土0.6/1司=0.2069%=訴*46+（1-孫）*180.94/46,%/* L0.94/46+0,06/18|=058。8^^*46+（1?。?188000000kg330*24*%24kmol/h=0.99得F=100.7kmol/h由物料衡算：由物料衡算：F=￡）+HZ

Fxf=Dxd+Wxw得：W=76.7kmol/h=0.0026求得L，DtW利用表 中的數(shù)據(jù)用內(nèi)插值法可求得t ttFD W

1）根據(jù)示差法，則有XF-0.273tF-820.3273-0.273=81.5-82TOC\o"1-5"\h\z解得t= ℃Ft）根據(jù)示差法，則有赤-0.5268 79.850.6102-0.5^§=79.5-79.85解得t= ℃Dt）根據(jù)示差法則有xwxw-0.0023①99.20.0031-0.0023 99-99.2解得t= ℃）表乙醇水圖溫度t/℃乙醇摩爾數(shù)(%)溫度t/℃乙醇摩爾數(shù)(%)液相(x)氣相(y)液相(x)氣相(y)100008227.356.4499.90.0040.05381.532.7358.2699.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.7099.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.9695.81.6116.3478.7572.3676.9391.31.4629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.9478.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41液相組成：氣相組成：=06恒6液相組成：氣相組成：=06恒6,：根據(jù)以上所求的/、/、％,則有FDW_tF-tD82.61+79.58=-^―= =81.095。。_tF~tw82.61-99.13t2=---= =90.845℃精餾段的平均溫度：提餾段的平均溫度：同理可得平3均摩爾質(zhì)量①精餾段：記暨叫時(shí)，82.3-82 81.095-820.2575-0.273= -0.27382.3-82 81.095-820.5574-0.5644=y1-0.5644②提餾段亡2=81,095時(shí)，液相組成：液相組成：91.3-87.9 90,845-87.90.0146-0.0741=x2-0,0741尤2—0.022691.3-87.9尤2—0.022691.3-87.990.845-87.9氣相組成：0.2992-0.3916y2-0.39166四叵=匹H6PA121,357PAPA121,357PA106,592相1對揮發(fā)度表格22[3]組分飽和蒸汽壓/kpa塔頂(tD=79.580C)進(jìn) 料(tF=82.610C)塔頂(tw=99.080C)水52.59746.63597.971乙醇121.357106.592219.542“=—=uru”=2.307aP=—= 「=2.286aDp*52.597 Fp*46.635r/?r/?PA219,542"川=JT=97,971=2,241

rb精餾段:%=心0樂—2.296提餾段%=心皿%=2.263RminRminx-yDqy-xqq回2流比0.8598-0.20690 =3.8930.3746—0.20692.296*0.2069 :0.37461+(2.296-1)x0.2069由于泡點(diǎn)進(jìn)料X=X 2乜二出那么qfR=G.1~2）Rmin取R=1.5Ri=1.5*3.893=5.83952.操3作線方程（1）精餾段操作線方程：（2）提餾段操作線方程：X（ ）XL＇=L+F=140.1I2.4理論塔板數(shù)的確定采用逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)（1精）餾段第一層的氣相組成色f=08598由：可求出，再將代入式可求得 如此重復(fù)計(jì)算得112%2=0.564y3=0.608—0.387 =0.456L=0.267 =0354

=0.193<故，此精餾段的理論塔板數(shù)為5-1塊=提餾段tv,.=x-0.0013r+1 m%,1+(a-l)x,由“1=,『0.193]6 可得出y2如8此2重復(fù)計(jì)算得=0.=0.=0.1y48=00.3.3y=0.2

0490.“4，“5=0.1=0.1y77=00.2.5，5y2=800.16=0.03y5=200.17=0.02y2=900.08，“8，“9=0..014519=8.02004x10r，八=00..000895y10=00.0.1185，=00..0005269y11=00..000644x11=00..000285y12=00..000289,x12=0..00128<Xw則提餾段的理論塔板數(shù)為12層ET1=0,49(a^)-0245=0.5ET2=0.49(a2/z2)-0,245=0.52實(shí)4際塔板數(shù)提餾段四=2/%2=22所需要的實(shí)際塔板數(shù)%+N—0

,L 乙加料板在第9塊物.性參數(shù)密1度已知混合液體密度：a已知混合液體密度：a一十PA屋（a為質(zhì)量分率）PB混合氣體密度：PPMM——RT（M___為平均相對分子質(zhì)量）①精餾段0.32*46辦1=0.32*46+(1-0.32)*18=°,546=1-=0.454D1 /i1查物性數(shù)據(jù)表得0℃9時(shí)5，pA查物性數(shù)據(jù)表得0℃9時(shí)5，pA=735.53kg/mpB=972.52/cg/m代入數(shù)據(jù)，解得3=827.03kg/mPr=Pn+NN=110.9KP

rUL Qpvl=1.26kg/m②提餾段0.0226*46口力2=0.0226*46+(1-0.0226)*18=0-0558=1—(XAA=0.9442D1 /11查物性數(shù)據(jù)表得，8℃4時(shí)查物性數(shù)據(jù)表得，8℃4時(shí)p力=728.8kg/mpB=962.45/cg/m代入數(shù)據(jù)得”=代入數(shù)據(jù)得”=945.54kg/mPP=PWD+N'AP=101.3+33x0.7=124.4PM2P+P,W^__F:116.4kPaPM22Pvz—0.98kg/m表格3-1[3]溫度水密度溫度乙醇密度混2合物粘度查物性數(shù)據(jù)表：表格3-2[3]溫度水粘度溫度乙醇粘度得：0℃時(shí)9=0-488mPa's=0,3521mPa0℃時(shí)9=0-488mPa's=0,3521mPa's8℃時(shí)4442=0.372mPa,s/ig2=0.3483mPa-s精餾段粘度：提餾段粘度：.表3面張力表格3-3[3]溫度水表面張力溫度乙醇表面張力查物性數(shù)據(jù)表得5=17.35MN/m8B1=61.52MN/m0955=17.35MA7*=61.52MW/m三、塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算0955=17.35MA7*=61.52MW/m塔.徑的確定初選塔板間距及板上液層高度H=450mmh=60mm,則:TLH=H—h=0.39

TL按 法求取允許的空塔氣速〃（即泛點(diǎn)氣速u）max F=0.0053m3/s59,037x26.96=0.0053m3/s69,147x34.3941.26X3600=0.524m3/s==0.0813’3.18*10-31(776.83丫5,0.427八6.525)通用關(guān)聯(lián)圖耗=0.0520負(fù)荷因子C=C負(fù)荷因子C=C20=0.05(17.785丫2、20J=0.049泛點(diǎn)氣速：u=C,：'(p-p)/p=0.049(776.83-6.525)/6.525=0.531maxLLVV操作氣速取尸。收=1.精餾段的塔徑D=J4V/兀u=4x0.427/(3.14x0.4245)=1.132m圓整取固S,此時(shí)的操作氣速:=0.322m/s4V 4x=0.322m/sU= s—=兀D2 3.14X1.32T精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為Z=/N-1)H=(4-1)x0.45=1.35mTOC\o"1-5"\h\z宇主 字主 T精 精 T提餾段有效高度為Z=(N-1)H=(22-1)X0.45=9.45m提提 T故精餾塔的有效高度為Z=Z+Z=1.35+9.45=10.8m精提1、精餾塔(板式塔)的塔高計(jì)算

實(shí)際塔板數(shù)n實(shí)際塔板數(shù)n=30塊；進(jìn)料板數(shù)n二1塊；F由于該設(shè)計(jì)中板式塔的塔彷＜1000mm，為安裝、檢修的需要，選取每6層塔板設(shè)置一個(gè)人孔，故人孔數(shù)n=5；p進(jìn)料板處板間距H=0.5m；F設(shè)人孔處的板間距H=0.6m；p為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，故選取塔頂間距H=1.7H=1.7x0.45=0.76m；DT塔底空間高度H=1.2mB封頭高度 H=375mm；1裙座高度 H2=1000mm。故精餾塔的總高度為H=(n—n—n—1)H+nH+nH+H+H+2H+HFp TFFppDB 1 2=(30-1-5-1)x0.45+1x0.50+5x0.60+0.76+1.20+2x0.375+1.00=17.56m塔.板主要工藝尺寸的計(jì)算3.1溢流裝置計(jì)算因?yàn)樗紻=0.6m，一般場合可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：⑴堰長lw取l=0.7D=0.7x0.6=0.42mW⑵溢流堰高度hW由h=h-hWLOW

選用平直堰，堰上液層高度hOW由下式計(jì)算，即hOW2.84;L、

hOW1000Il)W近似取E=1,則hOW2.84;hOW2.84;L、23 Ei100011)W284x1/0.0019'3600^231000 1 0.42 )=0.11m取板上清液層高度h=60取板上清液層高度h=60mmL故h=h—h =0.06—0.011=0.049mWLOW弓形降液管寬度和截面積df由W=0.7D查圖（弓形降液管的參數(shù)），得AW1=0.072d=0.12A DTA=0.072A=0.072x1.54=0.11m2故 fTW=0.12D=0.12x1.4=0.17md依式。=3600Af"r驗(yàn)算液體在降液管中停留的時(shí)間，即L

h3600AH0= 3600AH0= f_TLh3600x0.11x0.400.0019x3600=23.16>5s故降液管設(shè)計(jì)合理。降4液管底隙高度h=

0Lh故降液管設(shè)計(jì)合理。降4液管底隙高度h=

0Lh，3600luW0，u=0.08m/s0lLh= h T03600luW00.0019x3600 =0.02m3600x0.92x0.08h—hW0=0.049—0.026=0.023m>0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。.一 ,選用凹形受液盤，深度h=50mmW3.5塔板布置塔板的分塊因?yàn)镈>800mm，故塔板采用分塊式。查表(塔板分塊數(shù))，D=1400mm,則塔板分為4塊。邊緣區(qū)寬度確定—' 取卬=卬=0.07m,W=0.035mss c(3)開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積A按下式計(jì)算，即a人 J 兀r2.x、A=2xJr2—x2+ sm-1_aI 180r)D 14其中 x=——(W+W)=——-(0.17+0.07)=0.46m2ds2D1.4r=--W= —0.035=0.67m2 。 2A=2x(0.46v0.672—0.462+KX0.672sin-1046)=1.13m2

a 180 0.67(4)篩孔計(jì)算及其排列本次所處理的物系無腐蝕性，可選用5=3mm碳鋼板，取篩孔直徑d=5mm。0篩孔按正三角形排列，取孔中心距西t=3d=3x5=15mm0篩孔數(shù)目n為1.155An= at21.1551.155An= at20.0152開孔率為(dA2 (0005A2巾=0.907-0=0.907x--=10.1%It) 10.015)氣體通過閥孔的氣速為

0.9680.101x1.13=9.48m/s篩.板的流體力學(xué)驗(yàn)算.1塔板壓降⑴干板阻力為計(jì)算干板阻力外由下式計(jì)算，即h0.9680.101x1.13=9.48m/s篩.板的流體力學(xué)驗(yàn)算.1塔板壓降⑴干板阻力為計(jì)算干板阻力外由下式計(jì)算，即h=0.051由d02=5a=1.67,查圖（干篩孔的流量系數(shù)）得，c0=0.772. (1481、2(135、故h=0.0511___――=0.034m液柱c \0.772八751.5)⑵氣體通過液層的阻力勺計(jì)算氣體通過液層的阻力勺由下式計(jì)算，即h=Ph

lLV0.968 s =0.691m/sA—A1.54—0.11TfF=uJR=0.691x.<1393=0.872kg12/(s?m12)0aV查圖（充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖）得：P=0.620故h=ph=P（h+h）=0.620（0.049+0.011）=0.038m液柱lL lOW⑶液體表面張力的阻力,計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h。由下式計(jì)算，即4o L—PgdL04x40.409x10-3624.8x9.81x0.005=5.274x10-3m液柱氣體通過每層塔板的液柱高度力可按下式計(jì)算，即h=h+h+hpcloh=0.0478+0.038+5.274x10-3=0.0910m液柱p氣體通過每層塔板的壓降為

NP=hpg=0.0910x624.8x9.81=558.218Pa<0.7kPa（設(shè)計(jì)允許值）pL液2面落差對于篩板塔，液面落差很小，且本次的塔徑D=1.4m<2m）和液流量（L=0.001399m3/s）均不大，故可以忽略液面落差的影響。s液3沫夾帶3.2H-hTf3.2H-hTf5.7x10-6e= VoLh=2.5h=2.5x0.06=0.15m5.7x10-5.7x10-6(0.69140.409x10-310.40-0.15y3.2=0.0368kg液/kg氣<0.1kg液/kg氣故在本次設(shè)計(jì)中液沫夾帶量為在允許范圍內(nèi)。4漏液對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0，min可由下式計(jì)算，即u =4.4C(0.0056+0.13h-h)pp0,min 0 LoLV=4.4x0.772式0.0056+0.13x0.06-0.00527)x624.8/1.593=6.05m/s實(shí)際孔速u=9.48m/s>u0 0,min穩(wěn)定系數(shù)為u0,min1.5<K<2948=1.5666.05故在本次設(shè)計(jì)中無明顯漏液。.液5泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高”d應(yīng)服從下式的關(guān)系，即HV叭H+h）d TW乙醇一水物系屬一般物系，不易發(fā)泡，故安全系數(shù)取）=0.6，則

叭H+h)=0.6x(0.40+0.049)=0.27mTW而H=h+h+hdpLd板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即h=0.153(u)2=0.153x(0.08)2=0.001m液柱d 0H=0.0910+0.06+0.001=0.152m液柱d0.152m=H<p(H+h)=0.27md TW故在本次設(shè)計(jì)中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。塔板負(fù)荷性能圖漏液線由u=4.4CJ(0.0056+0.13h—h)p；p0,min 0' LoLVVu=，￥，min0,minA0h=h+hLWOWhOW2.84=L、hOW Ei1000Il)WV=4.4CAV=4.4CAs,min 00'fN0.0056+0.13h+也w1000一h'ppoL：=4.4x0.772x0.101x1.13xH0.0056+0.132.84

0.049xH0.0056+0.132.84

0.049+---x1x1000(3600L￥3I-0.92sJ—0.0052672.4/1.593整理得V =7.68J0.0067+0.0916L23s,min s在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)s值，依上式計(jì)算出匕值，計(jì)算結(jié)果列于表2。表2

L,m3/ss0.00060.0045V,m3/s0.6580.736由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。2液沫夾帶線=0.1卜父液/kg氣為限，求V—Ls關(guān)系如下:5.7x10-63.2fu5.7x10-63.2H-hTfA-A-A 1.54-0.11Tf=0.699Vs=2.5h=2.5(h+h)WOW=0.049hOW2.84 X1X1000(3600LY'3=0.71hOW2.84 X1X1000(3600LY'3=0.71L23h=0.12+1.78L23f=0.28-1.78L23f5.7義10-6(0.70V

s40.409X10-310.28-1.78L23)3.2=0.1整理得y=3.10-19.80L23在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)L值，依上式計(jì)算出V值，計(jì)算結(jié)果列于表3。表3L,m3/ss0.00060.0045V,m3/s2.9592.560由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度h=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。則OWhOW(3600L

s=hOW(3600L

s=0.006Ls,min(0.006x1000^230.92八八八八八/ =0.00042m3/sI2.84 ；3600據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。液相負(fù)荷上限線以0=4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式可得，即八AH0=1~t=4LsLs,maxLs,max0.11x0.404=0.011m3/s據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。液泛線令H=叭H+h)d TW由H=h+h+h;h=h+h+h;h=Ph;h=h+hdpLd pcl 。lLL WOW聯(lián)立得 bH +(p-p-1)h =(P+1)h +h +h+hT W OWcd。忽略h，將h與L，h與L，h與V的關(guān)系式代入上式，并整理得o OWsdscsaV2=b'-c'L2-d'L23s s s式中'=A^]00 、L，b，=pH+(p-p-1)hTWc'=0.153(lh)2:W0

. Jd'=2.84義10-3. Jd'=2.84義10-3E(1+P)I3600)23將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得〃_ 0.051a―(0.101x1.13x0.772)2(1.593)、624.87=0.016b'=0.6x0.40+(0.6-0.61-1)x0.049=0.190.153(0.92x0.026)2=267.40, (3600、23d'=2.84x10-3x1x(1+0.61) I=1.1410.92)故0.01W2=0.19-267.40L2-1.14L23s ss或 V2=11.875-167125L2-71.25L23s ss在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)4值，依上式計(jì)算出匕值，計(jì)算結(jié)果列于表4。表4L,m3/ss 0.0006 0.0045V,m3/s 3.37 3.09s由上表數(shù)據(jù)即可做出液泛線5。根據(jù)以上各線方程，可做出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下圖C所示。

V =2.615m3/sV =0.805m3/ss,max s,min故操作彈性為Vs,maxVs,maxVs,min2.6450.805=3.248同理可得提餾段的五條負(fù)荷線如下：(1)漏液線：V=0.356J7.314+85.652L23s,min 、 s(2)液沫夾帶線:V=2.948-8.146L23ss/、、六工口女'丁 (0.006x1000^230.92八“?c，(3)液相負(fù)何下限線：L= =0.00042m3/ss,minI2.84 )3600(4)液相負(fù)荷上限線：L=AH=0.11X0.40=0.011m3/ss,max44(5)液泛線：V2=28.677-16033.583L2-139.666L23s ss根據(jù)以上各線方程，可作出提餾段篩板的負(fù)荷性能圖，在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)B，連接0B，即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖(c)可查得

V =2.890m3/sV =2.35m3/ss,max s,min四、附屬設(shè)備1.冷凝器的選擇本設(shè)計(jì)膿=3600&0/(m2?h?k)出料液溫度：79.58℃（飽和汽）-79.58℃（飽和液）冷卻水溫度：25℃~35℃逆流操作：A「5435支叫=44.%。。At-AtlnAt-Atln54.58-44.5854.58二53.17破亮=I53.l7ln49.4℃43.17由tD=//螃?查乙醇的汽化熱得丫 =38.79kJ/molD 乙醇又氣體流量 4.5塔頂被冷凝量Q=164.15X38.79X1000=6.37X叵□kj/mol則傳熱面積66.37X10A二Q/Kt=|25。。彖照片+27=豆00mm2m3600X（48.00+273.15）五、精餾塔參數(shù)匯總圖表SummaryBalanceRefluxRatioProfile?Status卜Minimumrefluxratio151739Actualrefluxratio5276C9Minimumnumberof16,6579Numberofactual5tage5灰FeedEtag已U.783Numberofactual5tage5abovefeed13,783Reboilerheatingrec|uired6381ce+C&Btu/hrCondensercoolingrec|uired5.6811e+C6Btu/hrDistillatetemperature174336FBottomtemperature222,921FDistillatetofeedfraction0207169十二、精餾塔設(shè)計(jì)總表工程符號單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提留段各段平均溫度tm℃81.5591.75各段平均壓力PmkPa116.5116.8平均流量氣相VSm3/s0.9681.578液相LSm3/s0.001390.0034實(shí)際塔板數(shù)N塊408板間距HTm0.40.4塔徑Dm1.41.4空塔氣速um/s1.101.816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lwm0.920.98堰高h(yuǎn)wm0.0490.064溢流堰寬度Wdm0.170.036管底與受液盤距離hom0.0260.036板上清液層高度hLm0.060.07孔徑domm5.05.0孔中心距tmm15.015.0孔數(shù)n孔58015801開孔面積A0m21.131.13篩孔氣速uom/s9.4813.893塔板壓降hPkPa0.5580.568液體在降液管中停留時(shí)間Ts23.1615.13降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.1520.152霧沫夾帶eVkg液/kg氣0.015220.01134負(fù)荷上限液沫夾帶控制液沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制漏液控制氣相最大負(fù)荷vS?maxm3/s2.6152.890氣相最小負(fù)荷vS?minm3/s0.8052.350操作彈性3.2481.229 1FEED卜-0—0HeatandMaterialBaanceTableStreamIDFEEDDLFromBlBlToBlPhase□QUID□QUID□QUIDSubstream:MIXEDMoleFlowIbmol/hrETHAN-0153,59733