乙醇和水精馏(板式塔)课程设计.docx

第1章二元连续板式精馏塔的工艺计算1.1设计方案此次设计任务为分离乙醇-水混合物，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料（q=1），将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用整体式冷凝器，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该二元物系属教易分离的物系，最小回流比较小相对较小，最后确定的最小回流比为1.8。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.2选塔依据筛板塔又叫筛孔塔，筛板上开有许多均匀的小孔，这些小孔常采用正三角形排列，操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常操作条件下，通过筛孔上升的气流，可以阻止液体经筛孔向下泄漏。筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，操作较为精确。其具体优点有：①结构简单、金属耗量少、造价低廉。②气体压降小、板上液面落差也较小。③塔板效率较高。其缺点是：筛孔易堵塞，不宜处理易结焦，粘度大的物料。1.3物料衡算与操作线方程图1-3-1 简易流程图1.3.1间接蒸汽加热方式下的物料守恒总物料衡算： F=D+W (1-1)易挥发组分的物料衡算： FxF=DxD+Wxw (1-2) 其中：（均为摩尔分率）进料原料液组成：塔顶轻组分组成：塔底重组份组成：塔顶流出液流速：将上式代入（2-1）,（2-2）联立求解得：塔底残液流量：进料流量：1.3.2 最小回流比的确定首先根据化工原理课程设计51页附录2“乙醇-水物系气液平衡数据”做出图和分别见后面附录一和附录二。由附录二图得：解得最小回流比为：根据化工原理课程设计53页附录3“乙醇-水物系气液平衡关系模型”查得相关数据：a.当进料大于20%，选取。则相对挥发度为：b.当塔底组成大于0，选取。则相对挥发度为：c.当塔顶组成大于70%，选取。则相对挥发度为：综上取平均相对挥发度为：1.3.3 的计算依下式计算：式中：----------全回流时的最小理论踏板，块；-----------全塔平均相对挥发度，无因次；变化不大时可取塔顶，塔底和进料的几何平均值，即：代入相关数据得：=4.71.3.4 理论塔板NT的确定由上面的和，并计算出的值，再通过《化工传质与分离过程》133页的吉利兰图，由计算出的找出对应的纵坐标，计算出，相关数据如下：1.3.5逐板计算法确定理论塔板数由上面确定的NT和R做出NT-R图（见附录三）。通过NT-R图可以取R=1.8，NT=9.1。精馏段操作线方程为：提留段操作线方程为：选泡点进料，则q=1，又因为。故可得提留段操作线方程为：（1）逐板计算法确定理论塔板数,精馏段操作线方程为：气液平衡线方程：开始，再由求出，同理，通过的相平衡关系求得，再由利用操作线方程求出……，如此交替相平衡方程和操作线方程进行逐板计算，直到时，则第n层理论板为进料板，精馏段理论板数为（n-1）层。计算如下：由上可知，精馏段理论板数为：8-1=7块。（2）提留段操作线方程：气液平衡线方程：开始，再由求出ym2，，同理，通过的相平衡关系求得，再由利用操作线方程求出……，如此交替相平衡方程和操作线方程进行逐板计算，直到时，则第n层理论板为进料板，精馏段理论板数为（n-1）层。计算如下：由上可知，提馏段理论板数为4-1=3块。综上理论塔板一共为10块。1.4实际塔板数的确定1.4.1塔板总效率的估计由附录三图知：进料时：下纯乙醇的粘度为：（由《化工物性算图手册》查得），下纯乙醇的粘度为：（由《化工物性数据手册》查得）进料液在和塔底平均温度下的粘度为：当时由图知：根据化工原理课程设计53页附录3“乙醇-水物系气液平衡关系模型”查得相关数据：所以：利用“奥康奈儿关联式”来估算全塔效率为：1.4.2实际塔板层数的确定实际板层数：取整为：29块其中：精馏段实际的板层数为：块提留段实际的板层数为：块第2章塔和塔板主要工艺尺寸的设计2.1设计中所用的参数的确定2.1.1定性温度的确定2.1.2精馏段参数（1）平均组成当时，由图可以得到，（2）精馏段气相体积流速Vs及密度的确定塔顶：所以精馏段气相体积流率为：又由于：所以密度为：（3）精馏段液相体积流率及密度的确定当时，由《化工流体流动与传热》查得：；由《化工物性算图手册》查得：所以，密度为：流率为：2.1.3提留段参数的确定（1）平均组成当时，查图知平均组成：，（2）提馏段气相体积流速Vs及密度的确定流速Vs为：所以密度为：（3）提馏段液相体积流率及密度的确定由《化工流体流动与传热》查得：由《化工物性算图手册》查得：所以，密度为：流率为：2.1.4液体表面张力的确定：由《物理化学》（第五版