板式塔中的浮阀塔课程设计说明书

前言

精馏按其操作方式可分为简单蒸馏、闪蒸和精馏等。前两者是仅进行一次部分汽化和部分冷凝的过程，故只能部分的分离液体混合物；后者是进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，可使混合液得到近乎完全的分离。

将单级分离加以组合变成多级分离。若将第一级中溶液的部分汽化所得气相产品在冷凝器中加以冷凝，然后再将冷凝液在第二级中进行部分汽化，此时所得

气相组成为y

2，且y

2

必大于y

1

(第一级气相产品组成)，若部分汽化的次数越多，

所得蒸气的组成也越高，最后所得到几乎纯态的易挥发组分。同理，若将从各分离器中所得到的液相产品进行多次的部分汽化和分离，那么这种级数越多，所得液相产品的组成越低，最后可得几乎纯态的难挥发组分。因此，汽化和部分冷凝是使得混合液得以完全分离的必要条件。

不同温度且互不平衡的气液两相接触时，必然会同时产生传热和传质的双重作用，所以使上级液相回流与下一级气相直接接触，就可以省去中间加热器和冷凝器，因此，回流和溶液的部分汽化而产生上升蒸气是保证精馏过程连续操作的两个必不可少的条件。

总之，精馏是将由不同挥发度的组分所组成的混合液在精馏塔中同时多次地部分汽化和冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。

实现精馏操作的塔设备有板式塔和填料塔两大类，本次设计容为板式塔中的浮阀塔。

1流程的选择

乙醇——水混合液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部释放的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。

2工艺计算

2.1物料衡算：

查文献1可知：M 乙醇=46 g/mol ；M 水=18 g/mol

F F F F /0.27/46

0.13/(1)/0.27/46(10.27)/18

W M x W M W M =

=

=+-+-乙醇

乙醇水

D D D D /0.93/46

0.84/1)/0.93/46(10.93)/18W M x W M

W M =

=

=+-+-乙醇

水

乙醇

（

W W W /0.005/46

0.002/1)/0.005/46(10.005)/18

W W M x W M W M =

=

=+-+-乙醇

乙醇水

（

混合液分子量：F F 46(1)180.13460.871821.64g/mol M x x =⨯+-⨯=⨯+⨯=混

3

6600010==10166.36kmol/21.64300

F ⨯⨯天

F

D W 10166.361552.86kmol/0.1310166.360.840.0028613.5kmol/F W D D W D Fx Dx Wx D W W =+=+=⎧⎧⎧

⇒⇒⎨

⎨⎨=+⨯=+=⎩⎩⎩天天 由于R=2.7，查文献5得精馏段操作线方程：

1 2.71

0.84

11 2.71 2.71

0.730.227D R y x x y x R R y x =

+⇒=+⨯++++⇒=+ 进料热状况：

查文献1得乙醇与水的有关物性为： 汽化热：

m r r M =⨯混

加料液的平均汽化热：

m 1930.951836.75

1930.95(2724.99)]21.641892.0721.6440944.39kJ/kmol

29.8624.99

r -=[+-⨯

⨯=⨯=-由文献5查出组成F 0.13x =的乙醇-水溶液泡点为85°C ，平均温度

8540

62.52

t -

+=

=℃ 查文献1得：

()p 4.45 4.29

4.452724.61 4.41kJ/(kg K)33.3024.61

C -=-

⨯-=-

P m m 4.41(8540)21.6440944.39

1.1040944.39

C t r q r ∆+⨯-⨯+=

== ∴

1.10111 1.101

q q ==-- ∴q 线方程为：F

11111 1.3

q y x x q q y x =

---⇒=-

提留段操作线方程为： 2.71552.864192.72kmol/L RD ==⨯=天

W

4192.72 1.1010116.368613.5

0.002

4192.72 1.1010116.368613.54192.72 1.1010116.368613.52.280.003L qF W

y x x L qF W L qF W

y x y x +=

-+-+-+⨯⇒=-⨯+⨯-+⨯-⇒=-2.2塔板数确定

由图解法求得T 18N =（包括再沸器），第16块为进料板位置

图2.1 常压下乙醇-水溶液的x-y 图

塔顶温度由D 0.84x =查文献7得 D 78.2t =℃ 塔底温度由W 0.002x =查文献7得W 99.3t =℃

'78.299.3

88.72

t +=

=℃ 查文献5得0.32mPa s

μ=水 查文献3得0.38mPa s

μ=乙醇

查文献7得A 0.0641x = B 0.9359x =

根据公式Lm i i x μμ=∑ 得Lm 0.320.93590.410.06410.3258mPa s μ=⨯+⨯= 因为塔顶采用全凝器，所以1D 0.84y x == 查文献7可知

120.828

0.730.8280.2270.8314x y =⇒=⨯+=

所以A B

1A B

1.094y x x y α=

= 同理得：

表 2.1每层塔板上的相对挥发度

1

2

3.229N

N

N

αααα+++==∑

由奥康奈尔关联式：

T L 0.2450.2450.49()0.49(3.2290.3258)48%E αμ--==⨯⨯=

求解实际塔板数T T 1181

360.48

N N E --=

=≈ 精馏段塔板数D 16

330.48

N =

=