分离乙醇水精馏塔设计含经典实用工艺流程图和塔设备图.docx
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分离乙醇水精馏塔设计含经典实用工艺流程图和塔设备图
分离乙醇-水的精馏塔设计
设计人员:
所在班级:
化学工程与工艺成绩:
指导老师:
日期:
化工原理课程设计任务书
一、设计题目:
乙醇---水连续精馏塔的设计
二、设计任务及操作条件
(1)进精馏塔的料液含乙醇35%(质量分数,下同),其余
为水;
(2)产品的乙醇含量不得低于90%;
(3)塔顶易挥发组分回收率为99%;
(4)生产能力为50000吨/年90%的乙醇产品;
(5)每年按330天计,每天24小时连续运行。
(6)操作条件
a)塔顶压强4kPa(表压)
b)进料热状态自选
c)回流比自选
d)加热蒸汽压力低压蒸汽(或自选)
e)单板压降kPa。
三、设备形式:
筛板塔或浮阀塔
四、设计内容:
1、设计说明书的内容
1)精馏塔的物料衡算;
2)塔板数的确定;
3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;
4)精馏塔的塔体工艺尺寸计算;
5)塔板主要工艺尺寸的计算;
6)塔板的流体力学验算;
7)塔板负荷性能图;
8)精馏塔接管尺寸计算;
9)对设计过程的评述和有关问题的讨论;
2、设计图纸要求;
1)绘制生产工艺流程图(A2号图纸);
2)绘制精馏塔设计条件图(A2号图纸);
五、设计基础数据:
1.常压下乙醇---水体系的t-x-y数据;
2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。
一、设计题目:
乙醇---水连续精馏塔的设计
二、设计任务及操作条件:
进精馏塔的料液含乙醇35%(质量分数,下同),其余为水;产品的乙醇含量不得低于90%;塔顶易挥发组分回收率为99%,生产能力为50000吨/年90%的乙醇产品;每年按330天计,每天24小时连续运行。
塔顶压强4kPa(表压)进料热状态自选回流比自选加热蒸汽压力低压蒸汽(或自选)单板压降≤0.7kPa。
三、设备形式:
筛板塔
四、设计内容:
1)精馏塔的物料衡算:
原料乙醇的组成xF==0.1740
原料乙醇组成xD0.7788
塔顶易挥发组分回收率90%
平均摩尔质量MF=
由于生产能力50000吨/年,.
则qn,F
所以,qn,D
2)塔板数的确定:
甲醇—水属非理想体系,但可采用逐板计算求理论板数,本设计中理论塔板数的计算采用图解法。
由乙醇和水有关物性的
数据,求的求得乙醇—水体系的相对挥发度α=5.1016,
最小回流比的计算:
采用泡点进料,所以q=1,xF,
由气液平衡方程y,所以yq,即,把xF=xq=.作y
轴平行线交操作线与f.如下图
即.求得yq=0.5130.
所以,根据最小回流比计算公式Rmin即,Rmin=,根据回流比R是最小回流比的合适倍数,所以选择选择2倍。
即R=2Rmin=0.879.
进料热状况选择为泡点进料,所以q=1精馏段,根基操作线方程:
y=所以,y=0.468x+0.415联立y=x所以x=xD=0.7801
提馏段,y=联立y=x求得y=2.872x-0.078所以提馏段x=xw=0.04
根据xD,xw,及xq以及操作线方程,利用图解法在x-y坐
标上做出平衡线与对角线并且画梯级作图如下:
由图可知,精馏段塔板为10.提馏段为5.一个再沸器.所以提
馏段为4个板.所需总塔板数为提馏段和精馏段之和,故,所需总塔板数为14.
查手册得水和乙醇气液平衡数据,t数据利用表2中数据由
拉格朗日插值可求得tF、tD、tW。
84.182.7tF84.1
进料口tF:
16.6123.374016.61,tF=79.26℃
78.1578.41tD78.15
塔顶tD:
89.4374.729589.43,tD=78.05℃
10095.5tw100
塔釜tW:
01.901.00,tW=97.63℃
tFtDt178.65精馏段平均温度2℃
tFtw
t288.445
提馏段平均温度2℃
由塔顶和塔底平均温度得
tDtW
t=
78.0597.6387.84
2℃
查手册得,由内插法可得在87.84℃下,乙醇的粘度为
A0.3790mpas,水的粘度为B0.3245mpas可以有下式求得平均粘度xii
其中xi-进料中某组分的摩尔分数
i-该组分的粘度,按照塔的平均温度下的液体计
则av=0.4*0.3790+0.6*0.3245=0.3463mPaS
带入回归方程E1=0.563-0.276lglgav0.0815(lgav)2=0.594该算法为泡罩塔蒸馏塔总板效率,则筛板塔为E=1.1E1=0.653精馏段实际板层数N精=10/0.653=16
提馏段实际板层数N提=4/0.653=7
Nr16
进料板位置
总的塔板数Nc=16+7=23
3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算:
乙醇气液平衡数据(101.3kPa)表1如下
T/℃
液相xa/%
气相ya/%
T/℃
液相xa/%
气相ya/%
T/℃
液相xa/%
气相ya/%
100
0
0
88.3
6.9
38.1
82.4
25
55.5
99.3
0.2
2.5
87.9
7.4
39.2
81.6
30.6
57.7
98.8
0.4
4.2
87.7
7.9
40.2
81.2
35.1
59.6
97.7
0.8
8.8
87.4
8.4
41.3
80.8
40
61.4
96.7
1.2
12.8
87
8.9
42.1
80.4
45.4
63.4
95.8
1.6
16.3
86.7
9.4
42.9
80
50.2
65.4
95
2
18.7
86.4
9.9
43.8
79.8
54
66.9
94.2
2.4
21.4
86.2
10.5
44.6
79.6
59.6
69.6
93.4
2.9
24
86
11
45.4
79.3
64.1
71.9
92.6
3.3
26.2
85.7
11.5
46.1
78.8
70.6
75.8
91.9
3.7
28.1
85.4
12.1
46.9
78.6
76
79.3
91.3
4.2
29.9
85.2
12.6
47.5
78.4
79.8
81.8
90.8
4.6
31.6
85
13.2
48.1
78.2
86
86.4
90.5
5.1
33.1
84.8
13.8
48.7
78.15
89.4
89.4
89.7
5.5
34.5
84.7
14.4
49.3
95
94.2
89.2
6
35.8
84.5
15
49.8
100
100
896.53783.32053.1
查阅文献,整理有关物性数据表2如下
(1)水和乙醇的物理性质
水和乙醇的物理性质
名
称
分子
式
相对分
子质量
密度
20℃
kg/m3
沸点
101.33kPa
℃
比热容(20℃)Kg/(kg.℃)
黏度(20℃)mPa.s
导热系
数
(20℃)
/(m.
℃)
表面
张力
(20
℃)
N/m
水
H2O
18.02
998
100
4.183
1.00
5
0.599
72.8
乙
醇
C2H5OH
46.07
789
78.3
2.39
1.15
0.172
22.8
乙醇相对分子质量:
46;水相对分子质量:
18
由常压下乙醇-水溶液的温度组成t-x-y图可查得塔顶温度tD=78.3℃
泡点进料温度tF=84.0℃
塔釜温度tW=99.9℃
ttDtFtW87.40C
全塔平均温度3
由液体的黏度共线图可查得t=87.4℃下,乙醇的黏度
μL=0.38mPa·s,水的黏度μL=0.3269mPa·s
LxiLi0.17400.38(10.1740)0.3269
0.336mPas
根据物性参数数据求的求得乙醇—水体系的相对挥发度α=5.1016,根据最小回流比计算公式Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)即,Rmin=(0.7788-0.5179)/(0.5179-0.1740)=0.7586,由于根据选择适宜的回流比,选择R=1.7Rmin=1.2896,
4)精馏塔的塔体工艺尺寸计算:
塔径的计算
精馏段的气、液相体积流率为
VMVM1
3600VM1
150.7839.39
36001.464
1.127m3/s
s2
Umax
提馏段的气、
液相体积流率为
Vs23600VM236001.0061.111m/s
Ls1
LM
LM1
3600LM1
100.0536.41
3600782.7
3
1.293m3/s
L
L'M
LM2
3600LM2
327.628.46
3600887.98
2.92103m3/s
由下式计算c20由史密斯关联图查取:
精馏段:
图的横坐标为:
Ls1(L1)1/20.0027023600(782.7)1/20.031
Vs1v102.01536001.464
取板间距HT0.40m
板上液层高度hL0.05m,则
查图得
HT-hL=0.40-0.05=0.35m
C200.075
C1C20(L1)0.20.075(32.06)0.20.0824
1202020
U1,maxC
L1V1
V1
0.0824
782.71.464
1.464
=1.903m/s
取安全系数为0.7,则空塔气速为:
u10.7u1,max0.71.9031.332m/s
42.015
D
3.141.3341.3871m
按标准塔径圆整后为D1=1.4m
塔截面积为AT1D1
4
3.1422
1.421.5386m2
4
精馏段实际空塔气速为
u1
VS1
AT1
2.0151.310m/s
1.5386
提馏段:
图的横坐标为:
Ls2(L2)1/2
Vs2(v2)
0.0030813600(887.98)1/20.046
1.006
1.9813600
取板间距
HT0.40m
板上液层高度hL0.0
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