分离乙醇-水混合液的板式精馏塔.docVIP

PAGE PAGE 1 化工原理课程设计 前言 在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备，而精馏操作则是工业中分离液体混合物的最常用手段。其操作原理是利用液体混合物中各组分的挥发度的不同，在气液两相相互接触时，易挥发的组分向气相传递，难挥发的组分向液相传递，使混合物达到一定程度的分离。塔设备的基本功能是提供气液两相以充分的接触机会，使物质和热量的传递能有效的进行；在气液接触之后，还应使气、液两相能及时分开，尽量减少相互夹带。 常用的精馏塔按其结构形式分为板式塔和填料塔两大类，板式塔内装有若干层塔板，液体依靠重力自上而下流过每层塔板，气体依靠压强差的推力，自下而上穿过各层塔板上的液层而流向塔顶，气液两相在内进行逐级接触。填料塔内装有各种形式的填料，气液两相沿塔做连续逆流接触，其传质和传热的场所为填料的润湿表面。 板式塔具有结构简单、安装方便、压降很低、操作弹性大、持液量小等优点。同时，也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。 本设计参考了部分化工原理课程设计书上的内容，还得到了老师和同学的帮助，在此表示感谢。 由于本人能力有限，经验不足，书中难免会出现一些错误，恳请大家批评指正。 编者 2011-6-16 第一章 设计任务书 一 设计题目 分离乙醇-水混合液的板式精馏塔 二 设计数据 生产能力：年处理乙醇-水混合液5.0万吨 原 料：乙醇含量为15%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶含量不低于94% 塔底含量不高于2% 三 操作流程的确定和说明 操作压力：由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压。其中塔顶压力为， 塔底压力 塔型选择：根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为 ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。 进料状态：虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。 加热方式：精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。 第二章 塔板的工艺设计 第一节 精馏塔全塔物料衡算 F：原料液流量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成 W：塔底产品流量（kmol/s） xW：塔底组成 原料乙醇组成： 塔顶组成： 塔底组成： 进料量： 物料衡算式为： 联立方程组解得： 第二节 计算温度、密度、表面张力 、粘度、相对 挥发度气液相及体积流量 表一.常压下乙醇-水气液平衡组成(摩尔)与温度关系 温度/oC 液相 气相 温度/oC 液相 气相 温度/oC 液相 气相 100 95.5 89.0 86.7 85.3 84.1 0 1.90 7.21 9.66 12.38 16.61 0 17.00 38.91 43.75 47.04 50.89 82.7 82.3 81.5 80.7 79.8 79.7 23.37 26.08 32.73 39.65 50.79 51.98 54.45 55.80 59.26 61.22 65.64 65.99 79.3 78.74 78.41 78.15 57.32 67.63 74.72 89.43 68.41 73.85 78.15 89.43 (1) 精馏段： 液相组成：， x1=14.82% 气相组成：，y1=49.95% 所以 (2) 提馏段：94.43 液相组成：， 2.77% 气相组成：， 34.70% 所以 表二.不同温度下乙醇和水的密度 温度/oC 温度/oC 80 85 90 735 730 724 971.8 968.6 965.3 95 100 720 716 961.85 958.4 求得在和下的乙醇和水的密度 ， 732.14