精馏塔设计说明书

中国陕西杨陵

乙醇—水精馏塔设计任务书（板式塔）一．设计题目

乙醇—水连续精馏塔的设计。

二．设计原始数据及操作条件及基础数据

1.进精馏塔的料液含乙醇30％(质量)。

2.产品的乙醇含量不得低于98％(质量)。

3.残液中乙醇含量不得高于0.2％(质量)。

4.生产能力为日产(24小时) 24 吨98％(质量)的乙醇产品。

5.操作条件

①进料热状态q取1.2。

②回流比自选。

6.基础数据:

①常压下乙醇—水系统x—y数据:相对挥发度α取2.0

②E T取56%

③H T取0.3m

④空塔气速取1.0m/s

三．设备型式

设备型式为板式塔．

四．设计任务

1.设计方案的确定及说明。

2.塔的工艺计算。

3.塔高、塔径尺寸及一些辅助件尺寸的确定。

4.设计结果概要或设计一览表。

5.精馏塔的工作图。

6.对本设计的评述或有关问题的分析讨论。

（一）设计方案简介................................................................................................. - 5 -（二）工艺计算及主体设备设计计算.................................................................... - 5 -1．精馏流程的确定 .................................................................................................. - 5 -2．塔的物料恒算....................................................................................................... - 5 -

2.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数........................................................... - 5 -

2.2 料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量................................................. - 6 -

2.3 物料恒算 ....................................................................................................... - 6 -3．塔板数的确定....................................................................................................... - 6 -

3.1理论塔板数的求取.............................................................................................. - 6 -3.1.1绘制相平衡图................................................................................................... - 6 -

3.1.2 求最小回流比、操作回流比................................................................... - 7 -

3.1.3 求理论塔板数............................................................................................ - 7 -3.2全塔效率............................................................................................................... - 9 -3.3实际塔板数........................................................................................................... - 9 -4．塔的工艺条件及物性数据计算[2]...................................................................... - 9 -

4.1操作压力............................................................................................................... - 9 -4.2温度[1].................................................................................................................. - 10 -4.3平均摩尔质量 .................................................................................................... - 10 -4.4平均密度............................................................................................................. - 11 -4.5液体表面张力 .................................................................................................... - 12 -4.6液体黏度............................................................................................................. - 13 -5．气液负荷计算[2]................................................................................................. - 13 -6．塔和塔板主要工艺尺寸计算[3]，[4].................................................................. - 14 -

6.2溢流装置............................................................................................................. - 14 -

6.2.1溢流堰长度....................................................................... 错误!未定义书签。

6.2.2出口堰高度....................................................................... 错误!未定义书签。

6.2.3弓形降液管宽度W d和截面积A f................................. 错误!未定义书签。

6.2.4降液管底隙高度h ........................................................... 错误!未定义书签。

6.3塔板布置............................................................................................................. - 16 -6.4筛孔数与开孔率................................................................................................ - 17 -6.5塔的有效高度(精馏段) ..................................................................................... - 17 -

6.6塔高计算............................................................................................................. - 17 -

7.筛板的流体力学验算[5]........................................................................................ - 17 -7.1塔板压降......................................................................................................... - 17 -7.2液面落差......................................................................................................... - 19 -7.3.液沫夹带......................................................................................................... - 19 -7.4漏液................................................................................................................. - 19 -

7.5液泛................................................................................................................. - 19 -

8.塔板负荷性能图[6]................................................................................................ - 20 -8.1漏液线............................................................................................................. - 20 -8.2液沫夹带线 .................................................................................................... - 20 -8.3液相负荷下限线............................................................................................ - 21 -8.4液相负荷上限线............................................................................................ - 21 -8.5液泛线............................................................................................................. - 22 -筛板主要结果汇总表............................................................................................... - 22 -

10.本设计的评价或有关问题的分析讨论............................................................ - 26 -附：参考文献 ................................................................................... 错误!未定义书签。符号说明.. (25)

（一）设计方案简介

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。

本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，热量衡算，工艺计算，结构设计和绘精馏塔结构图。

（二）工艺计算及主体设备设计计算

1．精馏流程的确定

本设计任务为分离乙醇—水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用q=1.2进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系，回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2．塔的物料恒算

2.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数

乙醇的摩尔质量M A=46.07kg/kmol

水的摩尔质量M B=18.02kg/kmol

料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数

x F =144.0)02

.187007.4630(07.4630

=+ x D = 950.0)02

.18207.4698(07.4698

=+ x w =0008.0)02

.188.9907.462.0(07.462

.0=+ 2.2 料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

M F =0.144×46.07＋（1－0.144）×18.02=22.06㎏/mol

M D =0.95×46.07＋（1－0.95）×18.02=44.67㎏/mol

M W =0.0008×46.07＋（1－0.0008）×18.02=18.04㎏/mol

2.3 物料恒算

乙醇产量 D’=1000kg/h D=

h kmol /39.2267

.441000= 总物料横算 D+ W=F

易挥发组分物料横算 0.144F=0.950D ＋0.0008W

联立解得 W=h kmol /02.126

F=h kmol /41.148 3．塔板数的确定

3.1理论塔板数的求取

3.1.1绘制相平衡图

由气液平衡方程 x

x Y )1(1-+=αα α=2.0 得 )1(2x x y +=

可在两组分溶液的x —y 图上画出气液平衡线

3.1.2 求最小回流比、操作回流比

因为q=1.2,根据 11---=

q x x q q y F 即q 线方程 y=6x-0.72

与平衡线交于q 点，可算出q 点对应的x 、y 值，'y =0.287, 'x =0.168;

故最小回流比为 R min =5.58 取操作回流比为 R=1.5R min =1.5×5.58=8.37

3.1.3 求理论塔板数

乙醇-水属理想物系，可采用逐板计算法或图解法求理论板层数。

本设计采用逐板计算法

精馏段操作线方程：1

R 1R R n 1n +++=+x D x y 精馏段液相质量流量：h mol D R L /40.187=?=

精馏段气相质量流量：h mol D L V /79.209=+=

精馏段操作方程：101.0893.0+=x y

提馏段液相质量流程：h mol F q L L /49.36541.1482.140.187'=?+=?+=

提段气相质量流程：h mol F q V V /46.239)1('=-+=

提馏段操作线方程：.0004.053.1'''-=-+-=x W

L Wx x W L L y W 由以上精馏段操作方程和提馏段操作线方程可得：两操作线交点的横坐标为16.0=f x

① 精馏段

min min 1x x y x R R D D --=+