精馏塔设计 化工原理课程设计.docx

一、设计方案的确定1.塔型：选用重型浮阀塔F1型浮阀塔的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好，广泛用于化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB1118-68）内。一般情况下采用重阀，只有在处理量大并且要求压强降得很低的系统（如减压塔）中，采用轻阀。由于本设计采用常压操作即可完成任务故采用重阀。重阀采用厚度未2mm的薄板冲制，每阀质量约为33g。浮阀塔具有以下优点：生产能力大；操作弹性好；塔板效率高；气体压强及液面落差较小；使用周期长；结构简单，便于安装；塔的造价低等。2.操作压力：常压精馏 因为常压下乙醇—水湿液态混合物，其沸点较低（小于100℃），故采用常压精馏就可以分离。3.进料状态：泡点进料泡点进料的操作容易控制，而且不受季节的影响；另外泡点进料时精馏段和提留段塔径相同，设计和制造比较方便。4.加热方式：采用间接蒸汽加热5.冷却剂与出口温度：采用25℃常温水为冷却剂，出口温度是40℃6.回流方式：泡点回流泡点回流易于控制，设计和控制是比较方便，而且可以节约能源。3.1工艺条件和物性参数的计算3.3.1将质量分数转换成摩尔分数质量分数：摩尔分数：3.1.2物料衡算摩尔流量：原料处理量 故摩尔流量 由质量流量：3.1.3平均分子量3.1.4理论塔板数的求取（图解法）乙醇—水气液平衡数据做图最小回流比从下图读得，精馏线的斜率为，故精馏段方程，故取则精馏段方程为：提留段方程， ，则提留段方程为：故得到下图：由图得到全塔共需理论塔板13块，扣除再沸器后理论塔板数，其中精馏段12块，提留段0块3.1.5全塔效率（1）作图：（2）计算黏度从图查得，，则由《流体力学与传热》附录二和P257液体粘度共线图可得水和乙醇在不同温度下的粘度：，（3）相对挥发度：由图上查得，， ， 则计算全塔效率为：3.1.6实际塔板数， 取整其中，精馏段：， 提留段：3.1.7塔的工艺条件以及无聊数据计算（一）、操作压强因为常压下乙醇—水湿态混合物，其沸点较低（小于），故采用常压精馏就可以分离。塔顶压强：,取每层压强降为，塔底压强：进料板压强：全塔平均操作压强：精馏塔平均操作压强：提留段平均压强：（二）、温度查图可知：塔顶：，塔釜：，进料：全塔平均温度：精馏段平均温度：提留段平均温度：（三）、平均分子量1.塔顶当，查图可得：2.进料板3.塔釜当，4.精馏段平均分子量5.提留段平均分子量（四）、平均密度1.液体密度由《流体力学与传热》附录和P252有机液体相对密度共线图可得水和乙醇在不同温度下的相对密度。（设为乙醇，为水）塔顶：，查得，，故进料板：，查得，，故塔底密度：，查得，，故精馏段平均相密度提留段平均液相密度精馏段气相密度提留段气相密度（五）、液比表面积张力由《流体力学与传热》附录和P254有机液体的表面张力共线图可得水和乙醇在不同温度下的表面张力。且℃℃表面平均张力为：（六）、液体粘度由《流体力学与传热》附录和P257液体粘度共线图可得水和乙醇在不同温度下的粘度。且平均粘度为：3.1.8精馏段气液负荷计算,3.2塔的主要工艺尺寸3.2.1初选塔径由《传热传质过程设备设计》P180-P182可知，适宜的空塔气速与最大气速和所取的安全系数有关：，其中，这里取动能参数根据《传热传质过程设备设计》P180-182可初选板间距，板上液层厚度，则根据史密斯关系图，得：故空塔气速最大允许气速故塔径按标准塔径圆整为，可见这里的和的关系与《传热传质过程设备设计》P183表4-3经验关系相符。校正：他的截面积为：实际空塔气速：3.2.2溢流装置由于塔径小于，所以选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。堰长对于单溢流，一般取堰长为，故取校核液体在降液管宽度和面积用《传热传质过程设备设计》P186表4-5求取。查表得：所以验算液体在降液管中的停留时间，由《传热传质过程设备设计》P192式4-14得出口堰高由《传热传质过程设备设计》P190式4-11可知：前面已设定，采用平直堰，堰上液层高度可依《传热传质过程设备设计》P190式4-12计算，即：因为及，所以由《传热传质过程设备设计》P190图4-16查得，代入上式得：则降液管底隙高度为了简便，用下式决定：取（符合液封要求）3.2.3塔板位置及浮阀塔数目与排列1.阀孔数由《传热传质过程设备设计》P194式4-18得可知：取，求孔速，求每层塔板上得浮阀数（已知重型阀得阀孔直径）：2.塔板布置（1）取边缘区宽度： 两边安定区高度：由《传热传质过程设备设计》P195式4-22计算鼓泡区面积：式中因此 （2）浮阀排列方式对整块式塔板，采用正三角形叉排，孔心距为阀孔总面积：排间距：取具体的排列见下图，共安排浮阀个数只3.验算气速及阀孔动能因数由实际浮阀个数可知，实际阀孔中气体速度为：阀孔动能因