乙醇-水精馏塔设计
乙醇及水的精馏塔设计

乙醇及水的精馏塔设计
首先,需要确定乙醇和水的混合物的物理性质。
乙醇和水的沸点非常
接近,因此在设计精馏塔时,必须考虑适当的操作条件,以便有效地分离
乙醇和水。
在精馏塔的设计过程中,首先需要选择适当的塔型。
常见的乙醇和水
的分离塔包括简单塔和精馏塔。
简单塔由一个塔板组成,可用于低温分离,而精馏塔则包含多个塔板,可以提供更高的分离效率。
其次,需要考虑精馏塔的高度。
精馏塔的高度决定了分离的效率。
通
常情况下,精馏塔的高度越高,分离效率越高。
然而,高塔会增加成本和
能耗,因此需要在效率和经济性之间做权衡。
此外,需要选择适当的回流比。
回流比是指流经塔板上部的液体返回
到塔底的比例。
适当的回流比可以提高分离效率,但过高的回流比可能导
致能耗过高。
还需要考虑乙醇和水的进料浓度。
通常情况下,浓度较高的进料可以
提高分离效果,但也会增加能耗。
因此,需要找到一个经济和效率之间的
平衡点。
在设计乙醇和水的精馏塔时,还需要考虑传热和传质方面的问题。
特
别是在塔内的塔板上,需要考虑适当的传热和传质设备,以确保有效的分离。
最后,需要进行塔的热力学计算和模拟,以评估设计的可行性和最佳
性能。
这可以通过使用软件模拟工具,如Aspen Plus、CHEMCAD等来完成。
综上所述,乙醇及水的精馏塔设计需要考虑塔的类型、高度、回流比、进料浓度等因素。
通过综合考虑这些关键参数,可以设计出经济、高效的
乙醇和水精馏塔,满足工业生产的需求。
乙醇和水的精馏塔设计

乙醇和水的精馏塔设计精馏是一种分离液体混合物中组分的常用方法,可通过蒸馏分离甲醇和水的混合物。
对于乙醇和水的精馏塔设计,需要考虑一系列参数和流程,包括进料组成、操作压力、图形塔塔板、冷凝器设计、降低能量消耗等。
以下是一个基本的乙醇和水的精馏塔设计方案。
1.塔板设计在乙醇和水的精馏塔设计中,决定了塔板数的重要参数是所需的乙醇纯度。
一般来说,纯度要求越高,所需的塔板数就越多。
可使用的常用塔板设计方法有McCabe-Thiele方法和Ponchon-Savarit方法。
2.冷凝器设计冷凝器用于冷凝乙醇蒸汽,使其凝结成液体后下降到下部分的收集器中。
冷凝器设计需要考虑的重要参数包括进料温度、出料温度、乙醇和水的蒸汽压力和流量等。
一般来说,选择多管冷凝器比单管冷凝器更适合于高效的冷凝过程。
3.降低能量消耗乙醇和水的精馏过程中,能量消耗是一个重要的考虑因素。
为了降低能量消耗,可以引入热回收系统,如热交换器,将高温的废气中的热能回收使用。
此外,也可以考虑采用较低的操作压力,通过降低汽化温度来减少所需的加热能量。
4.控制塔板温度在乙醇和水的精馏塔设计中,控制各个塔板的温度非常重要,以确保塔板能够正常工作。
一种常见的温度控制方法是在塔板上设置温度传感器,并通过自动化控制系统调节冷凝器的冷却剂流量来控制塔板温度。
5.回流比的选择回流比是决定乙醇和水精馏塔效率的重要因素。
回流比的选择应根据塔板的数量、损失和乙醇纯度等因素来合理决定。
一般来说,较高的回流比可以提高纯度,但同时也会增加能源消耗。
6.热平衡以上是一个基本的乙醇和水的精馏塔设计方案。
根据实际情况和具体需求,还需要根据实际的进料组成、产量、纯度和环境要求等因素进行调整。
分离乙醇水精馏塔设计(含经典工艺流程图和塔设备图)

分离⼄醇⽔精馏塔设计(含经典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:12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:31、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。
4⼀、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,D562)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。
乙醇_水精馏塔设计说明

乙醇_水精馏塔设计说明
1.设备选型
2.工艺流程
(1)加热阶段:将乙醇_水混合物加热到沸点,使其部分汽化,进入下一个阶段。
(2)蒸馏阶段:乙醇和水在塔内进行汽液两相的分离,高纯度的乙醇向上升腾,低纯度的水向下流动。
(3)冷凝阶段:将高纯度的乙醇气体冷凝成液体,便于收集和储存。
(4)分离阶段:将冷凝后的液体进一步分离,得到纯度较高的乙醇和水。
3.操作参数
(1)温度控制:加热阶段需要将混合物加热到适当的沸点,通常控制在80-100摄氏度。
而在蒸馏阶段,控制塔顶和塔底的温度差异,有助于提高分离效果。
(2)压力控制:塔的进料和出料口通常需要控制一定的压力,以保证流量的稳定。
(3)流量控制:塔内液体的流速对塔的操作效果有较大影响,需保持适当的流速,通常通过调节塔顶和塔底的流量或液位来实现。
4.塔的结构及内件设计
乙醇_水精馏塔的结构包括塔壳、进料装置、分离器、冷凝器、再沸器、集液器等。
其中,塔内需要配置一些内件,如填料和板式塔板等,以
提高传质和传热效果。
填料可采用金属或塑料材料,板式塔板可选用槽式、波纹式等不同形式。
通过合理配置和设计这些内件,提高乙醇_水分离效果。
综上,乙醇_水精馏塔的设计需要综合考虑设备选型、工艺流程、操
作参数以及塔的内部结构等因素。
通过合理的设计和选择,可以实现高效
分离乙醇和水的目的。
乙醇-水精馏塔设计

化工原理课程设计任务设计题目:乙醇-水精馏塔设计设计条件系统进料:25ºC处理量: 25,000吨/年进料浓度:28%乙醇(质量)处理要求:塔顶乙醇浓度≥ 94% (质量)塔底乙醇浓度≤ 0.1%(质量)塔顶压强:4kPa(表压)进料状态:泡点进料回流比: 1.7Rmin冷却水温:25ºC加热蒸汽: 0.2MPa(表压)设备形式:筛板塔年工作时: 7200小时年工作日: 300天(连续操作)塔顶冷凝器采用全凝器塔低再沸器为间接蒸汽加热目录一、前言----------------------------------------------------3二、设计方案简介-------------------------------------------3三、工艺流程图及说明--------------------------------------4四、工艺计算及精馏塔设计--------------------------------41、工艺条件------------------------------------------------42、气液平衡数据及相图--------------------------------------53、全塔物料衡算.--------------------------------------------64、工艺条件下物性计算---------------------------------------75、塔板数的确定--------------------------------------------146、精馏塔内气液负荷计算------------------------------------167、塔和塔板主要工艺尺寸计算--------------------------------178、塔内工艺条件数据一览表----------------------------------25五、精馏塔附属设备的设计选型1、换热器的选型计算 ---------------------------------------252、接管的选型计算------------------------------------------273、储槽的选型计算------------------------------------------294、泵的选型计算------------------------------------------305、温度计的选型------------------------------------------316、压力计的选型------------------------------------------317、液位计的选型------------------------------------------318、流量计的选型------------------------------------------329、辅助设备一览表- -----------------------------------------33六、选用符号说明---------------------------------------34七、参考文献------------------------------------------35八、结束语------------------------------------------36一、前言乙醇(C2H5OH),俗名酒精,是基本的工业原料之一,与酸碱并重,它作为再生能源犹为受人们的重视。
乙醇-水设计

题目:日产100吨乙醇---水精馏塔工艺设计设计任务1.进料液含30%乙醇(质量),其余为水。
2.产品的乙醇含量不得低于90%(质量)。
3.残液中乙醇含量不得高于0.5%(质量)。
4.进料方式:饱和液体进料。
5.采取直接蒸汽加热6.全凝器:列管式换热器,冷却介质循环水,冷却水入口t=20℃,出口t=40℃。
操作条件(1)、精馏塔顶压强2 KPa(表压)。
(2)、单板压降≤0.5 KPa。
(3)、全塔效率:Et≥50%设计内容1 .选定连续精馏流程;2 .塔的工艺计算;3. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计:(1)、塔高、塔径及塔板结构的主要参数;(2)、塔板的流体力学验算(仅验算压降);4 辅助设备选型与计算;5包括全凝器的型号的选用及性能参数6设计结果一览表;7工艺流程图及全凝器主体设备图。
目录一.概述 (1)二.精馏塔设计方案简介 (1)2.1操作压力的选择分析 (2)2.2进料热状况的选择分析 (2)2.3 加热方式的选择分析 (2)2.4 回流比的选择分析 (2)2.5 产品纯度或回收率 (2)2.6 方案的确定 (2)2.7 总述 (2)三.塔的工艺尺寸的计算 (3)3.1 精馏塔的物料衡算 (3)3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (3)3.1.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3)3.1.3 物料衡算 (3)3.2 塔板数的确定 (4)N的求取 (4)3.2.1 理论板层数T3.2.2 实际板数的求取 (6)3.3 精馏塔的物性计算 (6)3.3.1精馏段物性计算 (6)3.3.1.1.操作压力计算 (6)3.3.1.2.操作温度计算 (6)3.3.1.3.平均摩尔质量计算 (7)3.3.1.4.平均密度计算 (7)3.3.1.5.液体平均表面张力计算 (7)3.3.2提馏段物性计算 (8)3.3.2.1 操作压力计算 (8)3.3.2.2 操作温度计算 (8)3.3.2.3 平均摩尔量计算 (8)3.3.2.4平均密度计算 (9)四精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)4.1 塔径的计算 (9)4.2 塔高的计算 (10)五塔板主要工艺尺寸的计算 (10)5.1 溢流装置计算 (11)5.2 塔板布置 (12)六.流体力学验算 (13)6.1 塔板压降 (13)七.全凝器的设计 (14)7.1确定物性数据 (14)7.2换热器的初步选型 (14)7.3估算传热面积 (15)7.3.1热流量 (15)7.3.2.平均传热温差 (15)7.3.3.冷却水用量 (15)7.3.4.传热面积 (15)7.4工艺结构尺寸 (16)7.4.1.管径和管内流速 (16)7.4.2.管程数和传热管数 (16)7.4.3.平均传热温差 (16)7.4.4.传热管排列和分程方法 (16)7.4.5.壳体内径 (16)7.4.6.折流板 (17)7.4.7.接管 (17)7.5换热器核算 (17)7.5.1热流量核算 (17)7.5.1.1壳程表面传热系数 (17)7.5.1.2管内表面传热系数 (18)7.5.1.3污垢热阻和管壁热阻 (18)7.5.1.4 传热系数K (19)e7.5.1.4传热面积裕度 (19)7.5.2换热器内流体的流动阻力 (19)7.5.2.1管程流体阻力 (19)7.5.2.2壳程阻力 (20)八.换热器的结果汇总 (21)九.总结 (22)十.参考文献 (23)十一.符号说明 (24)一.概述乙醇~水是工业上最常见的溶剂,也是非常重要的化工原料之一,是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。
乙醇—水溶液精馏塔设计

乙醇-水溶液连续精馏塔设计目录1.设计任务书 (3)2.英文摘要前言 (4)3.前言 (4)4.精馏塔优化设计 (5)5.精馏塔优化设计计算 (5)6.设计计算结果总表 (22)7.参考文献 (23)8.课程设计心得 (23)精馏塔设计任务书一、设计题目乙醇—水溶液连续精馏塔设计二、设计条件1.处理量: 15000 (吨/年)2.料液浓度: 35 (wt%)3.产品浓度: 93 (wt%)4.易挥发组分回收率: 99%5.每年实际生产时间:7200小时/年6. 操作条件:①间接蒸汽加热;②塔顶压强:1.03 atm(绝对压强)③进料热状况:泡点进料;三、设计任务a) 流程的确定与说明;b) 塔板和塔径计算;c) 塔盘结构设计i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图;ii. 流体力学验算;iii. 塔板负荷性能图。
d) 其它i. 加热蒸汽消耗量;ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型,绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图,编写设计说明书。
乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计前言乙醇在工业、医药、民用等方面,都有很广泛的应用,是很重要的一种原料。
在很多方面,要求乙醇有不同的纯度,有时要求纯度很高,甚至是无水乙醇,这是很有困难的,因为乙醇极具挥发性,也极具溶解性,所以,想要得到高纯度的乙醇很困难。
要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度,要用连续精馏的方法,因为乙醇和水的挥发度相差不大。
精馏是多数分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程,因此可使混合液得到几乎完全的分离。
化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的,塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。
为实现精馏分离操作,除精馏塔外,还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。
可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用,由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化学工业中使用最普遍。
分离乙醇水的精馏塔设计

分离乙醇水的精馏塔设计乙醇水精馏塔是一种用于分离乙醇和水的设备。
在这种精馏塔中,乙醇和水的混合物被加热,使其沸点降低,然后通过不同的沸点将两种液体分离出来。
下面是一个简单的乙醇水精馏塔设计:1. 塔体设计:精馏塔通常由一个垂直的圆柱形塔体和内部填料组成。
塔体内部通常分为若干个段,每个段都有一个或多个塔板或填料层。
通过管道,将混合物从底部引入,加热蒸发,然后从顶部输出。
2. 加热系统:乙醇水混合物在精馏塔中被加热,使其沸点降低。
通常采用蒸汽或热水来加热塔体,通过外部加热交换器将能量传递给塔体内的混合物。
3. 分离原理:乙醇和水的沸点不同,所以在塔体内加热时,乙醇和水会分别蒸发,并在不同的段或填料层分离。
乙醇的沸点比水低,所以乙醇首先蒸发,然后在塔体内向上升,水则在更低的位置蒸发,形成乙醇和水的分离。
4. 冷凝系统:在塔体的顶部设置冷凝器,将上升的蒸汽冷凝成液体,分离出乙醇和水。
分离后的乙醇和水分别通过不同的管道送出。
5. 控制系统:精馏塔需要一个精确的控制系统来控制加热和冷却过程,以确保分离效果达到最佳状态。
总的来说,乙醇水精馏塔通过加热和冷凝的过程,利用乙醇和水的沸点差异,将两种液体有效分离。
这种精馏塔设计可以在工业生产中用于大规模分离乙醇和水,满足不同领域的需求。
很高兴继续为您介绍乙醇水精馏塔的相关内容。
6. 塔板或填料层设计:精馏塔内部通常设置有塔板或填料层,用于增加表面积,促进蒸汽和液体的接触,从而促进分离。
常用的塔板类型包括泡沫塔板和穿孔塔板,填料层则可以选择球状或鼓形填料等。
这些设计可有效提高乙醇和水的分离效率。
7. 操作方法:在精馏过程中,需要注意控制加热温度、冷却温度、流速等参数,以保证所得到的乙醇和水的纯度和分离效率。
为此,通常采用自动化控制系统,监测和调整各项参数,提高操作的稳定性和效率。
8. 安全措施:在乙醇水精馏过程中,需要注意防止乙醇的挥发和着火,避免发生危险。
因此,需要设置相应的通风排气系统,并且保证设备的密封性良好。
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课程设计说明书题目:乙醇-水连续精馏塔设计人: sunrainbaby序言这次课程设计应该说做的很艰辛,因为一直以来我们都在学一些理论性的知识,确切的可以说是“纸上谈兵”,但这次课程设计是需要多方面的知识的集合以及运用,不仅用了理论,同时也联系了实际,真的很锻炼人!说到艰辛,也许是因为我们一直都没有完整的完成过一个设计而且自己一个人,做的过程中有时真的做到头晕脑胀的,只能停下,第二天再做,从开始到现在做了将近一个月了,需要毅力!这个课程设计不仅锻炼了我的毅力,而且也让我认识到和学习到了很多东西!这是从别处得不到的!通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性,更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计,对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。
通过这次对精馏塔的设计,不仅让我将所学的知识应用到实际中,而且对知识也是一种巩固和提升充实。
在老师和同学的帮助下,及时的按要求完成了设计任务,通过这次课程设计,使我获得了很多重要的知识,同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
终于做完了,很开心、很幸福!还有很多不足的地方,希望老师提出批评!Sunrainbaby2010年11月于大连目录序言 (2)设计任务书 (5)第一章概述 (6)1.1精馏操作对塔设备的要求 (6)1.2 板式塔的类型 (7)1.2.1 泡罩塔 (7)1.2.2 筛板塔 (8)1.2.3 浮阀塔 (8)1.3 精馏塔的设计任务及要求 (9)1.3.1 精馏塔设计的内容 (9)1.3.2 绘图要求 (9)2.1塔形的选择 (10)2.2 操作条件的确定 (10)2.2.1操作压力 (10)2.2.2 进料状态 (10)2.2.3 加热方式 (10)2.2.4 冷却剂与出口温度 (10)2.2.5 热能的利用 (11)2.3 确定设计方案的原则 (11)2.4精馏流程的确定 (12)第三章板式精馏塔的工艺计算 (13)3.1物料衡算 (13)3.1.1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (13)3.1.2平均摩尔质量 (13)3.1.3物料衡算 (13)3.2回流比的确定 (14)3.3塔板数的确定 (14)3.3.1精馏塔的气、液相负荷 (14)3.3.2回收率 (15)3.3.3操作线方程 (15)3.3.4图解法理论板层数 (15)3.3.5实际板层数的初步求取 (16)3.3.6塔板总效率估计 (17)3.4精馏塔有关物性计算 (18)3.4.1精馏段的平均密度 (18)3.4.2 液体平均表面张力计算 (19)本章符号意义 (20)第四章板式塔主要尺寸计算 (21)4.1精馏塔的塔体工艺尺寸计 (21)4.1.1塔径的计算 (21)4.1.2精馏塔有效高度计算 (22)4.2 塔板主要工艺尺寸的计算 (22)34.2.1 溢流装置计算 (22)4.2.2 塔板布置及浮阀数目与排列 (23)4.3 塔板的流体力学验算 (24)4.3.1 气象通过浮阀塔板的压降 (24)4.3.2 淹塔 (25)4.3.3 雾沫夹带 (25)4.4塔板负荷性能图 (26)4.4.1雾沫夹带线 (26)4.4.2 液泛线 (27)4.4.3液相负荷上限线 (27)4.4.4漏液线 (28)4.4.5液相负荷下限线 (28)4.4.6塔板负荷性能图 (28)计算结果汇总 (30)本章符号说明 (31)5.1 回流冷凝器 (32)5.1.1 冷凝器的介绍 (32)5.1.2 冷凝器的选择 (33)5.1.3冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量 (33)5.2 再沸器 (33)5.2.1 再沸器的介绍 (33)5.2.2 再沸器的选择 (35)附录 (36)附录 1 常压下乙醇—水系统t—x—y数据 (36)附录 2 乙醇的物性 (36)附录 3 物性系数 (36)Key words (37)参考文献 (38)主体设备图(见二号图纸) (38)设计任务书[1]一.设计题目乙醇—水连续精馏塔的温计.二.设计任务及操作条件(1)进精馏塔的料液含乙醇35%(质量).其余为水。
(2)产品的乙醇含量不得低于93%(质量)。
(3)残液中乙醇含量不得高于0.2%(质量)。
(4)年生产时间为7200小时。
(5)操作条件①精馏塔顶压强4kPa(表压).②进料热状态自选。
③回流比自选。
④加热蒸汽低压蒸汽。
⑤单板压降≯0.7kPa.三.设备型式设备型式为浮阀塔.四.厂址厂址为东北地区。
五.设计内容(1)设计方案的确定及流程说明。
(2)塔的工艺计算。
(3)塔和塔板主要工艺尺寸的设计。
①塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定。
②塔板的流体力学验算。
③塔板的负荷性能图。
(4)设计结果概要或设计一览表。
(5)辅助设备选型与计算。
(6)生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图。
(7)对本设计的评述或有关问题的分析讨论。
六.设计基础数据(1)常压下乙醇—水系统t—x—y数据见附录。
(2)乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数见附录。
5第一章概述蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。
蒸馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。
为此,掌握气液相平衡关系,熟悉各种塔型的操作特性,对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。
蒸馏过程按操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。
间歇蒸馏是一种不稳态操作,主要应用于批量生产或某些有特殊要求的场合;连续蒸馏为稳态的连续过程,是化工生产常用的方法。
蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。
简单蒸馏是一种单级蒸馏操作,常以间歇方式进行。
平衡蒸馏又称闪蒸,也是一种单级蒸馏操作,常以连续方式进行。
简单蒸馏和平衡蒸馏一般用于较易分离的体系或分离要求不高的体系。
对于较难分离的体系可采用精馏,用普通精馏不能分离体系则可采用特殊精馏。
特殊精馏是在物系中加入第三组分,改变被分离组分的活度系数,增大组分间的相对挥发度,达到有效分离的目的。
特殊精馏有萃取精馏、恒沸精馏和盐溶精馏等。
精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。
一般说来,当总压强增大时,平衡时气相浓度与液相浓度接近,对分离不利,但对在常压下为气态的混合物,可采用加压精馏;沸点高又是热敏性的混合液,可采用减压精馏。
虽然工业生产中以多组分精馏为常见,但为简化起见,本书主要介绍两组分连续精馏过程的设计计算。
1.1精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质,而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备,首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触,以达到较高的传质效率。
但是,为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备下列各种基本要求:(1)气(汽)、液处理量大,即生产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(2)操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(3)流体流动的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。
对于减压精馏操作,过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度,最终破坏物系的操作。
(4)结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。
(5)耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。
(6)塔内的滞留量要小。
实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,况且上述要求中有些也是互相矛盾的。
不同的塔型各有某些独特的优点,设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。
1.2 板式塔的类型气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。
精馏操作既可采用板式塔,也可采用填料塔,本设计方案采用板式塔。
板式塔类型的不同,在于其中的塔板结构不同,常见的主要类型有:泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌片塔、穿流筛板塔与穿流栅板塔。
1.2.1 泡罩塔泡罩塔是Cellier于1813年提出的最早工业规模应用的板式塔式。
泡罩塔的结构及操作情况如图1-1所示。
液体通过降液管从一块塔板流至下一块塔板。
为使液体在塔板上有一定的积液厚度,塔板上液体流出口处设置有溢流堰。
在塔板上钻有若干规则排列的圆孔,每个孔均装有升气管,升气管上又固定有泡罩。
泡罩下缘开有齿缝。
操作时,气体向上流过升气管后遇到泡罩便转而向下流动,经升气管外侧与泡罩内侧构成的通道后在泡罩齿缝处分散成许多小气泡进入塔板上液层。
气体以气泡形式在液相中浮升并与液体进行相际传质。
当气体跃离液面时液膜破裂,气体便流至上一层塔板。
泡罩塔最大的优点是易于操作,操作弹性大。
当液体流量变化时,由于塔板上液层厚度主要由溢流堰高度控制,使塔板上液层厚度变化很小。
若气体流量变化,泡罩齿缝开启度会随气体流量改变自动调节,故气体通过齿缝的流速变化亦较小。
于是,塔板操作平稳,气液接触状况不因气液负荷变化而显著改变,换言之,维持较高传质效率的气液负荷变化范围很大。
7泡罩塔的弱点是结构复杂,造价高,气体通过每层塔板的压降大等。
由于泡罩塔的这些弱点,使之在与当今多种优良塔板型式的比较中处于劣势,所以现在泡罩塔的应用已较少了。
1.2.2 筛板塔筛板塔是在塔板上开有许多均匀分布的筛孔,并装有溢流管或没有溢流管。
操作时,液体由塔顶进入,经溢流管(一部分经筛孔)逐板下降,并在板上积存液层。
气体(或蒸气)由塔底进入,经筛孔上升穿过液层,鼓泡而出,因而两相可以充分接触,并相互作用。
泡沫式接触气液传质过程的一种形式,性能优于泡罩塔。
筛板塔的优点有:结构简单,易于加工,造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右;处理能力大,比同塔径的泡罩塔可增加10%~15%;塔板效率高,比泡罩塔高15%左右;压降较低,每板压力比泡罩塔约低30%左右。
缺点有:操作弹性范围较窄,小孔筛板容易堵塞。
1.2.3 浮阀塔浮阀的阀片可以浮动,随着气体负荷的变化而调节其开启度,因此,浮阀塔的操作弹性大,特别是在低负荷时,仍能保持正常操作。
浮阀塔由于气液接触状态良好,雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故),塔板效率较高,生产能力较大。
塔结构简单,制造费用便宜,并能适应常用的物料状况,是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。
在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。
浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。
浮阀主要有V型和T型两种,特点是:生产能力比泡罩塔约大20%~40%;气体两个极限负荷比为5~6,操作弹性大;板效率比泡罩塔高10%~15%;雾沫夹带少,液面梯度小;结构难于泡罩塔与筛板塔之间;对物料的适应性较好等,通量大、放大效应小,常用于初浓段的重水生产过程。
1.3 精馏塔的设计任务及要求[2]1.3.1 精馏塔设计的内容(1)设计方案确定和说明。