精馏塔计算方法

目录1设计任务书………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11.1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………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12.1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……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23.1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…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………44.1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………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………65.1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……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………76.1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…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………88釜温校核……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………99热量衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………910接管尺寸设计………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………10符号说明………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………10参考文献………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13结束语……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………131．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摩尔组质量流量质量组成%平均分子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=1.89kmol/h成%kg/h量g/mol原料F133304222.87乙醇23.1417.4106535水109.8682.6197765釜液W107.37193418.01乙醇0.42040.039151.9340.1水107.3399.96193299.9馏出液D26.6311114.172乙醇22.5684.7103893.4水4.07415.373.336.6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NpN1N2ETNTRRmin5038120.343173.61.894．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.，圆整为1000mm.塔截面积，空塔气速4．3溢流装置选用单液流弓形降液管，不设进口堰（1）堰长lw，取lw=0.55D=0.55m（2）出口堰高hw，采用平直堰，堰上液层高度，由和lw/D=0.55在液流收缩系数图上查得E=1.05.,圆整为0.047m,=0.0605m.（3）弓形降液管宽度Wd和面积Af。lw/D=0.55查参考资料[2]图得=0.085m,=0.0314m（4）验算液体在降液管中滞留时间停留时间＞5s故降液管尺寸可用（5）降液管底隙高度h0，取降液管处液体流速u0`=0.07m/s.圆整为h0=0.038m,为便于加工，选用平型受液盘。4．4塔板布置（1）破沫区宽度Ws，因D＜1.5m，取Ws=0.07m（2）边缘区宽度Wc=0.05m（3）筛孔直径物料无腐蚀性，故可选厚度为3mm的钢板。取筛孔直径d=4mm。（4）孔中心距筛孔按三角形排列。取孔