安徽科技學院食品藥品學院乙醇—水板式精餾塔設(shè)計班級：食品科學與工程101姓名：蔣大強學號：2301100112指導教師：杜傳來張繼武時間：2012年1月6日摘要精餾是利用物質(zhì)沸點的不同，多次的進行混合蒸氣的部分冷凝和混合液的部分蒸發(fā)的過程，以達到分離的目的。塔設(shè)備是煉油和化工生產(chǎn)的重要設(shè)備，其作用在于提供氣液兩相充分接觸的場所，有效地實現(xiàn)氣液兩相間的傳熱、傳質(zhì)，以達到理想的分離效果，因此它在石油化工生產(chǎn)中得到廣泛應用。一個完整的板式塔主要是由圓柱形塔體、塔板、降液管、溢流堰、受液盤及氣體和液體進、出口管等部件組成，同時考慮到安裝和檢修的需要，塔體上還要設(shè)置人孔和手孔。平臺扶梯和吊柱等部件，整個塔體由塔裙座支撐，在塔內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)公益要求，裝有多層塔板，為氣液亮相提供接觸的場所，塔板性能的好壞直接影響傳質(zhì)效果，是塔板塔的核心部件設(shè)計目的：1著重加深學生對于化工原理理論知識的掌握。2積極引導學生去思考，培養(yǎng)他們靈活運用所學知識去解決問題的能力，以及查閱資料、處理數(shù)據(jù)的能力。設(shè)計任務或主要技術(shù)指標：生產(chǎn)能力為日產(chǎn)24噸98%的乙醇產(chǎn)品，原料中乙醇含量為25%（質(zhì)量分數(shù)，以下同），分離要求為塔頂乙醇含量不低于95%，常壓精餾，塔頂全凝，q取1.2，R=1.1Rmin。塔底乙醇含量不高于0.1%；常壓下操作，塔頂采用全凝器，飽和液體進料的板式精餾塔。關(guān)鍵詞：精餾塔、板式塔、設(shè)計一.設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.1原始數(shù)據(jù)條件處理能力：生產(chǎn)能力為日產(chǎn)24噸98%的乙醇產(chǎn)品原料：乙醇含量為25％（質(zhì)量百分比，下同）的飽和液體分離要求：塔底含量不超過0.1％,塔頂含量高于98％.工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝，q取1.2，R=1.1Rmin。：水和乙醇的物理性質(zhì)設(shè)計結(jié)果一覽表項目符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提留段各段平均溫度℃81.791.1平均流量氣相VSm3/s1.3731.377液相LSm3/s0.001441.079實際塔板數(shù)N塊139板間距HTm0.40.4塔的有效高度Zm5.23.6塔徑Dm1.81.8空塔氣速um/s0.790.79塔板液流形式單流型單流型溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長lwm0.650.65堰高hwm0.04820.0366溢流堰寬度Wdm0.120.12管底與受液盤距離hom0.03320.0216板上清液層高度hLm0.060.06孔徑domm5.05.0孔中心距tmm15.015.0孔數(shù)n孔23782378開孔面積m20.4620.462篩孔氣速uom/s29.5129.60塔板壓降hPkPa1.41.1液體在降液管中停留時間τs14.835.59降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.2310.197霧沫夾帶eVkg液/kg氣0.08790.0641負荷上限液沫夾帶控制液沫夾帶控制負荷下限液相負荷下限控制漏液控制氣相最大負荷VS·maxm3/s1.461.452.精餾塔工藝計算2.1塔的物料衡算2.1.1料液及塔頂，塔底產(chǎn)品含乙醇的摩爾分率F:原料液流量（kmol/s）xF:原料組成（摩爾分率，下同）D：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s）xD:塔頂組成W：塔底殘液流量（kmol/s）xW:塔底組成2.1.2進料2.1.3物料衡算2.2有關(guān)的工藝計算2.2.1原料液的平均摩爾質(zhì)量：M=xM+(1-x)M=0.193446+(1-0.1934)18=23.4kg/kmol同理可求得：M=42.6972kg/kmolM=18.5544kg/kmol45C下，原料液中=971.1kg/m,=735kg/m由此可查得原料液，塔頂和塔底混合物的沸點，以上計算結(jié)果見表6。表6原料液餾出液與釜殘夜的流量與溫度名稱原料液餾出液釜殘夜x/(質(zhì)量分數(shù))38953x/（摩爾分數(shù)）0.19340.88140.0198摩爾質(zhì)量kg/kmol23.442.697218.5544沸點溫度t/C83.8378.2199.582.3最小回流比及操作回流比的確定如圖所示的乙醇-水物系的平衡曲線，具有下凹的部分，當操作線與q線的交點尚未落到平衡線上之前，操作線已與平衡線相切，如圖中點g所示。點g附近已出現(xiàn)恒濃區(qū)，相應的回流比便是最小回流比。對于這種情況下的R的求法只能是通過作圖定出平衡線的切線之后，再由切線的截距或斜率求之。如圖1-63所示，可用下式算出：=R=2.889可取操作回流比R=1.52.889=4.3342.4全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量塔頂全凝器的熱負荷：Q=(R+1)D(I-I)可以查得I=1266kJ/kgI=253.9kJ/kg,所以Q=(1.612+1)2.0330(1266-253.9)=5317.45kJ/h取水為冷凝介質(zhì)，其進出冷凝器的溫度分別為25C和35C則平均溫度下的比熱c=4.174kJ/kgC,于是冷凝水用量可求W===127.4kg/h4.精餾塔主體尺寸計算4.3提留段塔徑的計算℃查t-x-y圖在91.705℃下：,,M=My+My=460.3273+180.6727=27.1644kg/kmol汽塔氣相平均密度===0.9077kg/mx===0.1299x=1-x=0.8701汽塔的液相平均密度在91.705℃下查表得：=729.5kg/m=964.3kg/m=+=+=1.0804=925.6kg/mV=(R+1)D=(4.334+1)8.057=42.976kmol/hv===0.3573m/sL=L+qF=8.811+110.09=18.901kmol/hL===0.110910m/s查化工數(shù)據(jù)手冊求取：=16.1mN/m=60.05mN/m5.塔高的確定：Z=（-1）H=(-1)0.45=8.02m塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定：溢流裝置由于塔徑小于800mm,所以采用單溢流弓形降液管，平行受液盤及平行溢流堰，取堰長L=0.66D,即L=0.660.3=0.198m出口堰高HW=H1-HOW,,則H=H=H-H=0.06-0.003=0.057m降液管的寬度W與降液管的面積A由,,0.0700W=0.1250.3=0.0375mA=0.07停留時間5S符合要求）降液管底隙高度Hoh=h-0.006=0.051m取邊緣寬度取邊緣寬度為W=0.03m安定區(qū)寬度安定區(qū)寬度為W=0.050m開孔區(qū)面積AX=W+W)==0.0625mR=W=0.15-0.03=0.12mA=2[xsin=0.068m附圖1精餾塔的工藝流程圖符號說明：英文字母：A—塔板開孔區(qū)面積m；A—獎液管截面積mA—篩孔總面積m；A—塔截面積mC—流量系數(shù)；C—計算u時的負荷系數(shù)m/sC—氣相負荷因子，m/s；d—篩孔直徑，mD—塔徑，m；e—液沫夾帶量kg(液)/kg(氣)E—液流收縮系數(shù)E—總板效率F—氣相動能因子，kg/(sm);F—篩孔動能氣象因子，kg/(sm)h—進口堰與降液管間的水平距離，m；h—與干板上液壓降相當?shù)囊褐叨?，mh—與液體流過降液管的壓力降相當?shù)囊褐叨?，m；h—塔板上鼓泡層高度，m；h—與板上液層阻力相當?shù)囊褐叨?，mh—板上清液層高度，m；h—降液管的底隙該度，mh—堰上液層高度，m；h—出口堰高度，mh’—進口堰高度，m；h—與克服的壓降相當?shù)囊褐叨龋琺H——板式塔高度;mH——塔底空間高度；mH——降液管內(nèi)清液層高度,mH——塔頂空間高度,mH——進料板處塔板間距，mH——人孔處塔板間距，mH——塔板間距，mK——穩(wěn)定系數(shù)L——堰長，mL——液體體積流量m/hL——液體體積流量，m/sn——篩孔數(shù)目N——理論板層數(shù)P——操作壓力，Pa△P——壓力降。Pa△P——氣體通過每層篩板的壓降，Par——鼓泡區(qū)半徑，mt——篩孔的中心距，mu——空塔氣速，m/sU——泛點氣速。m/sU——氣體通過篩孔的速度。m/sU——漏液點氣速。m/sU’——液體通過降液管底隙的速度。m/sV——氣體體積流量m/hV——氣體體積流量，m/sW——液體質(zhì)量流量kg/sW——氣體質(zhì)量流量，kg/sW——邊緣無效區(qū)寬度，mW——弓形降液管寬度，m