精馏塔计算方法.doc
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精馏塔计算方法.doc
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目录
1设计任务书………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
1.1设计题目………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
1.2已知条件………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
1.3设计要求…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2精馏设计方案选定………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
2.1精馏方式选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.2操作压力的选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.4加料方式和加热状态的选择……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.3塔板形式的选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.5再沸器、冷凝器等附属设备的安排……………………………………………………………………………………………………………………………………………
2.6精馏流程示意图…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3精馏塔工艺计算……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………2
3.1物料衡算…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3.2精馏工艺条件计算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
3.3热量衡算…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
4塔板工艺尺寸设计…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………4
4.1设计板参数………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
4.2塔径………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
4.3溢流装置…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
4.4塔板布置及浮阀数目与排列……………………………………………………………………………………………………………………………………………………
5流体力学验算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………6
5.1气相通过塔板的压降……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
5.2淹塔………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
5.3雾沫夹带…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6塔板负荷性能图……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………7
6.1雾沫夹带线………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6.2液泛线…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6.3液相负荷上限线…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6.4漏液线…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6.5液相负荷下限线…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6.6负荷性能图………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
7塔的工艺尺寸设计…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………8
8釜温校核……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………9
9热量衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………9
10接管尺寸设计………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………10
符号说明………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………10
参考文献………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13
结束语……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13
1.设计任务
1. 1设计题目:
年产8000吨乙醇板式精馏塔工艺设计
1. 2已知条件:
1原料组成:
含35%(w/w)乙醇的30度液体,其余为水。
2产品要求:
含量≥93.4%(w/w)乙醇。
3残液≤0.1%(w/w)乙醇。
4冷却水t入=32度,t出=45度
1. 3设计要求
(1)物料流程图,塔版图,塔体工艺图
(2)各接口尺寸(3)加热剂及冷却剂用量。
2.设计方案选定
2.1精馏方式:
本设计采用连续精馏方式。
原料液连续加入精馏塔中,并连续收集产物和排出残液。
其优点是集成度高,可控性好,产品质量稳定。
由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大,因而无须采用特殊精馏。
2.2操作压力:
本设计选择常压,常压操作对设备要求低,操作费用低,适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温(工业低温段)物系分离。
2.3塔板形式:
根据生产要求,选择结构简单,易于加工,造价低廉的筛板塔,筛板塔处理能力大,塔板效率高,压降教低,在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。
2.4加料方式和加料热状态:
加料方式选择加料泵打入。
由于原料温度稳定,为减少操作成本采用30度原料冷液进料。
2. 5由于蒸汽质量不易保证,采用间接,蒸汽加热。
2.6再沸器,冷凝器等附属设备的安排:
塔底设置再沸器,塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至65度回流入塔。
冷凝冷却器安装在较低的框架上,通过回流比控制期分流后,用回流泵打回塔内,馏出产品进入储罐。
塔釜产品接近纯水,一部分用来补充加热蒸汽,其余储槽备稀释其他工段污水排放。
2.7精馏流程简图
3.精馏塔工艺计算
3.1物料衡算:
年产量8000吨(每年连续生产300天),塔顶产品组成93.4%(w/w)乙醇。
原料35%(w/w)乙醇水溶液,30度。
釜残液含乙醇0.1%(w/w)的水溶液。
分子量M水=18;M乙醇=46
物料衡算汇总
摩尔流量kmol/h
摩尔组成%
质量流量kg/h
质量组成%
平均分子量g/mol
原料
F
133
3042
22.87
乙醇
23.14
17.4
1065
35
水
109.86
82.6
1977
65
釜液
W
107.37
1934
18.01
乙醇
0.4204
0.03915
1.934
0.1
水
107.33
99.96
1932
99.9
馏出液
D
26.63
1111
4.172
乙醇
22.56
84.7
1038
93.4
水
4.074
15.3
73.33
6.6
将质量组成转换为摩尔组成:
,,。
计算平均分子量:
,,。
由方程组,因为解得
得物料衡算汇总表
3.2精馏工艺条件计算。
(1)确定回流比R
图解法确定Rmin由图知XD/(R+1)=0.93得Rmin=1.89
图解Nmin在图上由点(XD,XD)在平衡线和对角线间向点(XW,XW)作梯级,由梯级个数确定最小理论板层数。
Nmin=10(不包括再沸器)
N-R图,已知Rmin和Nmin,由吉利兰图可确定一系列N-R相关数据,绘出N-R关联图。
适宜回流比,取图上曲线由急剧下降向平缓过渡阶段所对应的R值作为操作回流比,得R=3.6
回流液热状况由塔顶产品组成XD=0.8047查得塔顶温度[1]为Ts=78.23度塔顶采用冷液回流,回流液温度为Ts`=65度则T定=(Ts+Ts`)/2=71.62度由参考资料[3]附录查得78.23度下r水=2400kJ/kg,r乙醇=826kJ/kg。
71.62度条件下,Cp水=4.17kJ/(kg&S226;K)Cp乙醇=3.08kJ/(kg&S226;K),回流热状态参数参考下式计算,由塔内回流比R=3.6=R`&S226;ql,塔外回流比R`=3.6/1.045=3.445
(2)确定理论板层数。
,结果见图,得理论板层数17(不包括再沸器),精馏段13,提馏段4(不包括再沸器)
(3)确定实际板层数。
假设塔釜温度=107度,则塔顶与塔底平均温度度在96.62度下查得x=3.3%,y=26.2%把x,y代入公式,再92.62度下查得。
由精馏塔效率关联曲线查得全塔效率=0.343其中精馏段有38,提馏段12。
得精馏塔工艺参数汇总表
精馏塔工艺参数汇总
Np
N1
N2
ET
NT
R
Rmin
50
38
12
0.343
17
3.6
1.89
4.塔板工艺尺寸设计
选择精馏段第一块塔板为设计板。
4.1设计板参数在78.23度下由参考资料[3]查得
表面张力计算,由参考资料[4]由y=0.8470查平衡数据x=0.8371,换算为质量浓度0.9292。
0.9292的乙醇在25度时表面张力为.解得
4.2塔径
取塔板间距HT=0.5m取板上液层高度hL=0.06mHT-hL=0.5-0.06=0.44m。
查筛板塔泛点关联图
因。
需校正,
。
取安全系数为0.7,则空塔气速为u=0.7umax=1.264m/s
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