化工原理课程设计报告

汽塔的平均蒸汽流量：
汽塔的平均液相流量：
汽塔的汽相平均密度：
汽塔的液相平均密度：
塔径能够由下面的公式给出：
由于适宜的空塔气速 ，因此，需先运算出最大承诺气速 。
取塔板间距 ，板上液层高度 ，那么分离空间：
功能参数：
从史密斯关联图查得： ，由于 ，需先求平均表面张力：
全塔平均温度 ，在此温度下，乙醇的平均摩尔分数为 ，因此，液体的临界温度：
化工原理课程设计报告
48000吨/年乙醇~水
精馏装置设计
年级
专业
设计者姓名
设计单位
完成日期
年 月 日
乙醇~水是工业上最常见的溶剂，也是专门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。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采纳。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。
能够查得 ，因此
取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分不为25℃和35℃则
平均温度下的比热 ，因此冷凝水用量可求：
以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需的热量 可记为：
其中
在进出预热器的平均温度以及 的情形下能够查得比热 ，因此，
釜残液放出的热量
若将釜残液温度降至
那么平均温度
其比热为 ，因此，
可知， ，因此理论上能够用釜残液加热原料液至泡点
液泛线方程为
其中，
代入上式化简后可得：
取 ，那么
取动能因数 ，以限定气体的最小负荷：
取 代入 的运算式：
整理可得：
由以上各线的方程式，可画出图塔的操作性能负荷图。
按照生产任务规定的气液负荷，可知操作点P(0.00146，1.103)在正常的操作范畴内。连接OP作出操作线，由图可知，该塔的雾沫夹带及液相负荷下限，即由漏液所操纵。由图可读得：
操作弹性
2.89
进料体积流量
取适宜的输送速度 ，故
经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：
釜残液的体积流量：
取适宜的输送速度 ，则
经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：
回流液体积流量
利用液体的重力进行回流，取适231-64)，规格：
表5提馏段的已知数据
位置
塔釜
进料板
质量分数
摩尔分数
摩尔质量/
温度/℃
99.38
83.83
表6提馏段的汽液相负荷
名称
液相
汽相
平均摩尔质量/
20.2
25.6
平均密度/
911
0.816
体积流量/
8.09(0.00225 )
4132(1.15 )
由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，我们取两段的塔径相等。有以上的运算结果能够明白：
个
取人孔两板之间的间距 ，则塔顶空间 ，塔底空间 ，进料板空间高度 ，那么，全塔高度：
由于塔径大于800mm，因此采纳单溢流型分块式塔板。
取无效边缘区宽度 ，破沫区宽度 ，
查得
弓形溢流管宽度
弓形降液管面积
验算：
液体在精馏段降液管内的停留时刻
液体在精馏段降液管内的停留时刻
采纳平直堰，堰高
取 ，则
若取精馏段取 ，提馏段取为 ，那么液体通过降液管底隙时的流速为
图中，通道板上可排阀孔41个，弓形板可排阀孔24个，因此总阀孔数目为 个
气体通过阀孔时的实际速度：
实际动能因数： (在9~12之间)
开孔率：
开孔率在10%~14之间，满足要求。
气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)
浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为 ：
因为
因此
取板上液层充气程度因数 ，那么：
由表面张力导致的阻力一样来讲都比较小，因此一样情形下能够忽略，因此：
设计要求条件下乙醇~水溶液的表面张力
平均塔温下乙醇~水溶液的表面张力能够由下面的式子运算：
，
因此：
按照塔径系列尺寸圆整为
现在，精馏段的上升蒸汽速度为：
提馏段的上升蒸汽速度为：
塔的高度能够由下式运算：
已知实际塔板数为 块，板间距 由于料液较清洁，无需经常清洗，可取每隔8块板设一个人孔，则人孔的数目 为：
因此，塔的操作弹性为
有关该浮阀塔的工艺设计运算结果汇总于表7
表7浮阀塔工艺设计运算结果
项目
数值与讲明
备注
塔径
1.0
板间距
0.4
塔板型式
单溢流弓形降液管
分块式塔板
空塔气速
1.476
溢流堰长度
0.705
溢流堰高度
0.05
板上液层高度
0.01
降液管底隙高度
0.025
浮阀数 个
89
等腰三角形叉排
阀孔气速
10.38
精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右能够被有效利用。尽管塔顶蒸汽冷凝能够放出大量热量，然而由于其位能较低，不可能直截了当用作为塔底的热源。为此，我们拟采纳塔釜残液对原料液进行加热。
由于精馏过程的运算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。
本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论运算。
目前，精馏塔的设计方法以严格运算为主，也有一些简化的模型，然而严格运算法关于连续精馏塔是最常采纳的，我们此次所做的运算也采纳严格运算法。
原料：乙醇~水溶液，年产量48000吨
乙醇含量：35%(质量分数)，原料液温度：45℃
设计要求：塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数)
阀孔动能因数
5
临界阀孔气速
10.32
孔心距
0.075
同一横排的孔心距
排间距
0.065
相临二横排的中心线距离
单板压降
564.7
液体在降液管内的停留时刻
41.8
精馏段
12.6
提馏段
降液管内的清液高度
0.1297
泛点率，%
63.4
气相负荷上限
1.65
雾沫夹带操纵
气相负荷下限
0.57
漏夜操纵
开孔率，%
13.5
实际管内流速：
塔顶上升蒸汽的体积流量：
取适宜速度 ，那么
经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：
通入塔的水蒸气体积流量：
取适宜速度 ，那么
经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：
参考资料：
[1]华东理工大学化工原理教研室编.化工过程设备及设计.广州：华南理工大学出版社. 1996.02
塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数)
表1乙醇~水溶液体系的平稳数据
液相中乙醇的含量(摩尔分数)
汽相中乙醇的含量(摩尔分数)
液相中乙醇的含量(摩尔分数)
汽相中乙醇的含量(摩尔分数)
0.0
0.0
0.40
0.614
0.004
0.053
0.45
0.635
0.01
0.11
0.50
0.657
0.02
0.175
其中塔顶压力为
塔底压力
尽管进料方式有多种，然而饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的阻碍，塔的操作比较容易操纵；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，不管是设计运算依旧实际加工制造如此的精馏塔都比较容易，为此，此次设计中采取饱和液体进料
精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采纳间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采纳直截了当水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，因此可省去一个再沸器，同时能够利用压力较底的蒸汽进行加热，不管是设备费用依旧操作费用都能够降低。
原料液的摩尔组成：
同理可求得：
原料液的平均摩尔质量：
同理可求得：
45℃下，原料液中
由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上运算结果见表2。
表2原料液、馏出液与釜残液的流量与温度
名称
原料液
馏出液
釜残液
35
90
0.5
(摩尔分数)
0.1740
0.7790
0.0002
摩尔质量
22.3
39.81
18.1
精馏段操作线方程：
提馏段操作线方程：
线方程：
在 相图中分不画出上述直线，利用图解法能够求出
块(含塔釜)
其中，精馏段13块，提馏段5块。
用奥康奈尔法( )对全塔效率进行估算：
由相平稳方程式 可得
按照乙醇~水体系的相平稳数据能够查得：
(塔顶第一块板)
(加料板)
(塔釜)
因此能够求得：
全塔的相对平均挥发度：
0.30
0.575
0.95
0.942
0.35
0.595
1.0
1.0
按照生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时运算，产品流量为 ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的阻碍，提升生产效率，选用浮阀塔。
由于乙醇~水体系对温度的依靠性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压
精馏段：
提馏段：
的一样体会数值为
本设计不设置进口堰高和受液盘
采纳F1型重阀，重量为33g，孔径为39mm。
浮阀数目
气体通过阀孔时的速度
取动能因数 ，那么 ，因此
个
由于采纳分块式塔板，故采纳等腰三角形叉排。若同一横排的阀孔中心距 ，那么相邻两排间的阀孔中心距 为：