乙醇水溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計(jì)

-.z1設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容乙醇-水溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)處理能力：3.6萬(wàn)噸/年，每年按300天計(jì)算，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。原料乙醇-水溶液：7.4%組成〔乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕產(chǎn)品要求：塔頂產(chǎn)品組成〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕：≥38.2%塔底的產(chǎn)品組成〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕：≤0.1%塔型選擇根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，假設(shè)按年工作日300天，每天開(kāi)動(dòng)設(shè)備24小時(shí)計(jì)算，產(chǎn)品流量為265.3kmol/h,由于產(chǎn)品黏度較小，流量增大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過(guò)程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選擇浮閥塔。操作條件操作壓力：塔頂壓強(qiáng)為常壓101.3kPa單板壓降：0.7KPa進(jìn)料狀況：30°回流比：自選加熱方式：間接蒸汽加熱冷卻水進(jìn)口溫度：30塔的工藝計(jì)算a1工藝過(guò)程物料衡算工藝過(guò)程1.1物料衡算=7.4%=38.2%F=265.3kmol/h=0.0303塔底產(chǎn)品流量：1.1表1物料衡算數(shù)據(jù)記錄F265.3kmol/h0.0303D36.66kmol/h0.1948W228..64kmol/h0.00039由圖(在?化工原理?〔第三版，王志魁〕頁(yè))查出組成的乙醇-水溶液泡點(diǎn)為95.7°C，在平均溫度為〔95.7+30〕/2=61.35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：〔數(shù)值為在*圍內(nèi)的一個(gè)估值〕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：比擬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：r=1.2最小回流比及操作回流比確實(shí)定由于產(chǎn)品純度不高，故可采取塔頂進(jìn)料，無(wú)回流，只有提留段操作，從而到達(dá)節(jié)約本錢的目的。1.3理論及實(shí)際塔板數(shù)確實(shí)定〔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(duì)揮發(fā)度的求取：用逐板法計(jì)算理論板數(shù)相平衡方程包括塔釜共四塊(2)根據(jù)乙醇-水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：塔頂：，°C塔釜：,°C塔頂和塔釜的算術(shù)平均溫度：t=91.5由?化工原理?〔第三版，化學(xué)工業(yè)，王志魁〕書中附表12查得：在91.5°C下，，根據(jù)公式得由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式：C求解實(shí)際塔板數(shù)取N=81.4塔的構(gòu)造設(shè)計(jì)塔徑的計(jì)算查得有關(guān)乙醇與水的安托因方程：乙醇：得:水：得：將代入進(jìn)展試差，求塔頂、進(jìn)料板、及塔釜的壓力和溫度：塔頂：，試差得塔釜壓力：塔釜：，試差得求得塔內(nèi)的平均壓力及溫度：平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算：塔頂：塔釜：平均摩爾質(zhì)量：表2平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量塔釜平均密度的計(jì)算：汽相平均密度計(jì)算：汽相平均密度：液相平均密度計(jì)算：塔頂：，塔釜：，，得：液相平均密度：表3液相平均密度的計(jì)算塔頂塔釜0.03119精餾段液相平均密度液體平均外表*力計(jì)算液體平均外表*力按下式計(jì)算：塔頂：，由?化工原理?〔第三版，化學(xué)工業(yè)，王志魁〕附錄二十，塔釜：，查附錄：，液體外表平均*力：表4液體平均外表*力計(jì)算塔頂塔釜液體外表平均*力液體平均黏度計(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)，王志魁〕附錄十二，得：塔釜：，查附錄：，得：液體平均黏度：表5液體平均黏度計(jì)算塔頂塔釜液體平均黏度氣液相體積流率計(jì)算：汽相體積流率：液相體積流率：表6氣液相體積流率計(jì)算塔徑確實(shí)定塔徑確實(shí)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，則精餾段塔徑確實(shí)定：圖的橫坐標(biāo)為查smith圖，smith圖得0.062==2.29m/s取平安系數(shù)為0.75，則空塔氣速為：則塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，(故采取整塊式塔板構(gòu)造)塔截面積：實(shí)際空塔氣速為：塔的有效高度的計(jì)算有效高度：塔頂間距：H1=(1.5~2.0)HT,取H1=2×0.35=0.7m塔底空間高度：H2=1.5m塔高：H=0.7+1.5+2.45=4.65m2塔板主要工藝尺寸的計(jì)算2.1溢流裝置計(jì)算因塔徑D=0.5m，可選用單溢流弓形降液管A.堰長(zhǎng)lw單溢流：lw=〔0.6~0.8〕D，取lw=0.6×0.5=0.3mB.溢流堰高度hw因?yàn)閔l=hw+how選用平直堰，堰上液層高度how可用Francis計(jì)算，即液體收縮系數(shù)計(jì)算圖=0.00122×3600=4.392m3/h，得E=1.15，則h′OW=(2.84/1000)×1.15×〔4.392/0.3〕2/3=0.0170m取板上清夜層高度hL=0.05m,故h′W=0.05-0.0170=0.033m2.2降液管降液管高度和截面積因?yàn)?，查以下圖〔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：,故降液管勉強(qiáng)符合設(shè)計(jì)要求。降液管底隙高度降液管底隙高度依下式計(jì)算：取則，即故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。2.3塔板布置邊緣區(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(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積按下式計(jì)算：其中故浮閥塔計(jì)算及其排列采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm浮法數(shù)目浮法數(shù)目按下式計(jì)算：氣體通過(guò)閥孔的速度：取動(dòng)能因數(shù)F=11則精段：，，取20開(kāi)孔率：開(kāi)孔率在10%~14%之間，且實(shí)際動(dòng)能因數(shù)F0在9~12間，滿足要求。B.排列由于采取整塊式塔板構(gòu)造，故采用正三角形叉排3流體力學(xué)驗(yàn)算3.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降〔單板壓降〕單板壓降：hp=hc+hl+hσ閥片全開(kāi)前閥片全開(kāi)后:取板上液層充氣因數(shù)ε0=0.5，則hL=ε0(hw+how)=ε0hL=0.5×0.05=0.025m氣體克制液體外表*力所造成的阻力可由下式計(jì)算：但由于氣體克制液體外表*力所造成的阻力通常很小，可忽略不計(jì)。故hp=hc+hl+hσ=0.0329+0.025=0.0579m3.2漏液驗(yàn)算氣體通過(guò)閥孔時(shí)的速度：3.3液泛驗(yàn)算降液管內(nèi)泡沫液層高度可按下式計(jì)算：Hd=hp+hw+how+Δ+hd=hp+hL+hd≤φ〔HT+hw〕浮法塔的頁(yè)面落差一般不大，?？珊雎圆挥?jì)hp=0.0579m,hL=0.05m塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)：Hd=0.0579+0.05+0.0000525=0.107953m取φ=0.5，φ〔HT+hw〕=0.5×〔0.35+0.033〕=0.1915mHd<φ〔HT+hw〕3.4霧沫夾帶驗(yàn)算泛點(diǎn)百分率可取以下兩式計(jì)算，取計(jì)算結(jié)果中較大的數(shù)值：,ZL=D-2Wd，Ab=AT-2Af4操作性能負(fù)荷4.1氣相負(fù)荷下限線4.2液相負(fù)荷下限線得：4.3液泛負(fù)荷上限線5各接收尺寸確實(shí)定5.1進(jìn)料管進(jìn)料體積流量;取適宜的輸送速度uf=3.0m/s,故經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：φ38×5mm實(shí)際管內(nèi)流速：5.2釜?dú)堃撼隽瞎芨獨(dú)堃旱捏w積流量：取適宜的輸送速度：uf=3m/s,則經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格：φ32×3mm實(shí)際管內(nèi)流速：5.3塔頂上升蒸汽管塔頂上升蒸汽的體積流量：取適宜速度uV=10m/s，則經(jīng)圓整選取拉制黃銅管，規(guī)格：φ260×5mm實(shí)際管內(nèi)流速：輔助設(shè)備的計(jì)算及選型1冷凝器熱負(fù)荷按泡點(diǎn)回流設(shè)計(jì)，即飽和蒸汽冷凝且飽和回流，采用25℃的水作為冷卻劑，逆流操作，則Q=Wr1r1=VMVDr查液體的汽化潛熱圖，可知塔頂溫度92.7℃乙醇汽化潛熱：rA=850KJ/kg水的汽化潛熱：rB=2375KJ/kgr1=∑ri*i=850×0.1948×46+〔1-0.1948〕×2375×18=42038.98KJ/Kmol故Q=36.66×42038.98/3600=428.09KJ/s又由于Q=KAΔtm因?yàn)镵=750J/s·(m2·K)所以2再沸器熱負(fù)荷采用飽和水蒸氣間接加熱，逆流操作，則Q=Wh2r2查得塔釜溫度103.57℃乙醇汽化潛熱rA=800KJ/kg水的汽化潛熱：rB=2250KJ/kgr2=∑ri*i=800×0.00032×46+〔1-0.00032〕×2250×18=40498.82KJ/Kmol故Q=〔L′-W〕Mflr=(265.3-228.64)×40498.82=1484.66KJ/s又由于Q=KAΔtm℃因?yàn)镵=900J/s·(m2·K)所以3泵的選用進(jìn)料泵：選用離心泵，泵入口溫度為常溫，取為30℃產(chǎn)品泵：?jiǎn)螜C(jī)離心泵，入口溫度為常溫，流量較小，揚(yáng)程較低；塔底泵：?jiǎn)螜C(jī)離心泵，流量變動(dòng)*圍大，流量較大，泵入口溫度高，一般大與100℃，故塔底不須冷凝器。三、附錄：參考文獻(xiàn)1王志魁編,化工原理.：化學(xué)工業(yè).2005.012賈紹義，柴誠(chéng)敬編.化工原理課程設(shè)計(jì).**：**大學(xué).2003.123華東理工大學(xué)化工原理教研室編.化工過(guò)程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì).**：華南理工大學(xué).1996.024*道德編.化工設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì).**：中南大學(xué).2003.045袁惠新編.別離過(guò)程與設(shè)備.：化學(xué)工業(yè).2003.03符號(hào)說(shuō)明-.z一一塔板開(kāi)口面積,一一降液管截面積,一一篩孔總面積,一一塔截面積,一一流量系數(shù),無(wú)因此一一計(jì)算時(shí)負(fù)荷系數(shù),一一篩孔直徑,m一一塔徑,m一一篩孔氣相動(dòng)能因子一一重力加速度,9.81一一進(jìn)口堰與降液管間的水平距離,m一一與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m一一與液體流過(guò)降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m一一塔板上鼓泡高度,m一一板上清液層高度,m一一降壓管的底隙高度,m一一堰上液層高度,m一一出口堰高度,m一一與克制外表*力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m一一降液管內(nèi)清夜層高度,m一一濕潤(rùn)速度,一一液體體積流量,一一液體體積流量,P一一操作壓力,Pa一一氣體通過(guò)每層篩板的壓降,