海川化工论坛_常压二元精馏筛板塔设计

南阳理工学院化工原理课程设计任务书专业:班级:姓名:设计日期:年月日至年月日设计题目:常压二元精馏筛板塔设计设计条件:水-乙醇体系1.进料F=6kmol/hq=0Xf=0.452.压力：p顶=4KPa单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：Xd=0.88Xw=0.015.选定R/Rmin=1.6指导教师:__年月日前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。目录一、总体设计计算------------------------------------------1.1气液平衡数据----------------------------------------1.2物料衡算--------------------------------------------1.3操作线及塔板计算-----------------------------------1.4全塔Et%和Np的计算-------------------------------二、混合参数计算------------------------------------------2.1混合参数计算----------------------------------------2.2塔径计算--------------------------------------------2.3塔板详细计算----------------------------------------2.4校核-------------------------------------------------2.5负荷性能图------------------------------------------三、筛板塔数据汇总----------------------------------------3.1全塔数据--------------------------------------------3.2精馏段和提馏段的数据-------------------------------四、讨论与优化--------------------------------------------4.1讨论-------------------------------------------------4.2优化-------------------------------------------------五、辅助设备选型------------------------------------------5.1全凝器----------------------------------------------5.2泵---------------------------------------------------一、总体设计计算1.1汽液平衡数据（760mmHg）乙醇%（mol)温度液相X气相Y℃0.000.001001.9017.0095.57.2138.9189.09.6643.7586.712.3847.0485.316.6150.8984.123.3754.4582.726.0855.8082.332.7358.2681.539.6561.2280.750.7965.6479.851.9865.9979.757.3268.4179.367.6373.8578.7474.7278.1578.4189.4389.4378.151.2物料衡算1.1-1已知：1.进料：F=6kmol/hq=0Xf=0.452.压力：p顶=4KPa单板压降≤0.7KPa3.采用电加热，塔顶冷凝水采用12℃深井水4.要求：Xd=0.88Xw=0.015.选定：R/Rmin=1.6D=(Xf-Xw)/(Xd-Xw)×F=(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03kmol/hW=F-D=6-3.03=2.97kmol/h查y-x图得Xd/(Rmin+1)=0.218∴Rmin=3.037∴R=1.6Rmin=4.859∵饱和蒸汽进料∴q=0L=RD=4.859×3.03=14.723kmol/hV=(R+1)D=(4.859+1)×3.03=17.753kmol/hL'=L+qF=14.723+0×6=14.723kmol/hV'=V-(1-q)F=17.753-(1-0)×6=11.753kmol/h1.3操作线及塔板计算1.精馏段操作线：Y=R×X/(R+1)+Xd/(R+1)∴Y=0.829X+0.1502.提馏段操作线：Y=(L'/V')×X-(W/V')×Xw∴Y=1.253X-0.000253.理论塔板的计算利用计算机制图取得理论板数Nt=29.33块,其中精馏段塔板Nt1=26.85块,第27块为加料板,提馏段Nt2=2.48块。1.4全塔Et%和Np的计算1.精馏段：t=(t顶+t进)=(79.25+87.32)/2=83.285℃Xa=0.34Xb=1-Xa=0.66Ya=0.59Yb=1-Ya=0.41查得液体粘度共线图μa=0.382cp,μb=0.592cpαμL=YaXbμL/XaYb=1.454查得：Et1%=0.49(αμL)-0.245=0.5471Np1=Nt1/Et1=49.082.提馏段：t=(t底+t进)/2=(99.9+87.32)/2=93.61Xa=0.045Xb=1-Xa=0.955Ya=0.27Yb=1-Ya=0.730查得液体粘度共线图μa=0.468cp,μb=0.532cpμL=ΣXiμi=0.045×0.468+0.955×0.532=0.5291αμL=YaXbμL/XaYb=4.15查得：Et2%=0.49(αμL)-0.245=0.346Np2=Nt2/Et2=7.17∴Np=Np1+Np2=49.08+7.17=56.25圆整为57块其中精馏段49块，提馏段8块。二混合参数计算2.1混合参数计算溶质C2H5OH分子量：Ma=46.07kg/kmol溶剂H2O分子量：Mb=18.016kg/kmolρa=0.789g/mlρb=1.000g/ml(1)精馏段：进料板液体温度：t进=87.32℃塔顶温度：t顶=79.25℃tm=(87.32+79.25)/2=83.285℃Xm=0.34Ym=0.59μa=0.382cpμb=0.592cpMl=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.34×46.07+(1-0.34)×18.016=27.55kg/kmolMg=Ym×Ma+(1-Ym)Mb=0.59×46.07+(1-0.59)×18.016=34.56kg/kmol质量分率:Wa=XmMa/Ml=0.34×46.07/27.55=0.6855Wb=1-Wa=1-0.6855=0.31451/ρl=Wa/ρa+Wb/ρb=0.6855/0.789+0.3145/1.00ρl=845.1kg/m3P=105325Paρv=PMg/RT=105325×34.56/(8314×(273.15+79.25))∴ρv=1.2424kg/m3(2)提馏段：t进=87.32℃t底=99.9℃tm=93.61℃Xm=0.045Ym=0.27Ml=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.045×46.07+(1-0.045)×18.016=19.278kg/kmolMg=Ym×Ma+(1-Ym)Mb=0.27×46.07+(1-0.27)×18.016=25.59kg/kmol质量分率:Wa=XmMa/Ml=0.045×46.07/19.278=0.1275Wb=1-Wa=1-0.1275=0.87251/ρl=Wa/ρa+Wb/ρb=0.1275/0.789+0.8725/1ρl=1.0341kg/m3P=105325Paρv=PMg/RT=105325×25.59/(8314×(273.15+93.16))∴ρv=0.8839kg/m3σa=58.46dyn/cm,σb=18.4dyn/cmσ=ΣXσ=0.688×58.46+(1-0.688)×18.4=45.96dyn/cm2.2塔径计算(1)精馏段：Ls=L×Ml/(3600ρl)=442.03×27.55/(3600×845.1)=0.004m/sVs=V×Mv(3600ρv)=543.39×34.56/(3600×1.1952)=4.365m/stm=83.285℃此温度下液体的表面张力σa=18.2dyn/cmσb=67.3dyn/cmσ=Xmσa+(1-Xm)σb=0.34×18.2+0.66×67.3=50.606两相流动参数：Flv=Ls/Vs×(ρl/ρv)0.5=0.00013/0.137×(845.1/1.2424)0.5=0.0247初设板间距HT=0.5m清液层高度HL=0.06m∴HT-HL=0.44m查得：Cf,20=0.093液气气相负荷因子：Cf=[(σ/20)0.20]×Cf,20=0.112气体气速：un,f=Cf[(ρl-ρv)/ρv]0.5=0.112×[(845.1-1.2424)/1.2424]0.5=2.919m/s空速：un=0.7un,f=0.7×2.919=2.0433m/s初估塔径：D=(Vs/(0.785un))0.5=(0.137/(0.785×2.0433))0.5=0.292m圆整为D=0.3muf=vs/(0.785×D2)=0.137/（0.785×0.32）=1.939m/s实际泛点百分率：uf/un,f=1.939/2.919=0.6643(2)提馏段：Ls=L’×Ml/(3600ρl)=14.723×19.278/(3600×1034.1)=0.000076m/sVs=V’×Mv(3600ρv)=11.753×25.59/(3600×0.8839)=0.0945m/stm=93.61℃此温度下液体的表面张力σa=18.2dyn/cmσb=67.3dyn/cmσ=Xmσa+(1-Xm)σb=0.045×18.2+0.955×67.3=65.091两相流动参数：Flv=Ls/Vs×(ρl/ρv)0.5=0.000076/0.0945×(1034.1/0.8839)0.5=0.0275初设板间距HT=0.5m清液层高度HL=0.06m∴HT-HL=0.44m查得：Cf,20=0.0947液气气相负荷因子：Cf=[(σ/20)0.20]×Cf,20=0.1199气体气速：un,f=Cf[(ρl-ρv)/ρv]0.5=0.1199×[(1034.1-0.8839)/0.8839]0.5=4.099m/s空速：un=0.7un,f=0.7×4.099=2.869m/s初估塔径：D=(Vs/(0.785un))0.5=(0.0945/(0.785×2.869))0.5=0.205m圆整为D=0.25muf=vs/(0.785×D2)=0.0945/（0.785×0.252）=1.926m/s实