乙醇—水二元物料板式精馏塔课程设计(编辑修改稿)

乙醇—水二元物料板式精馏塔课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 全塔效率 全塔效率 ET=– m 根据塔顶和塔底液相组成查表 12 ，求得塔平均温度。 塔顶 TD=℃ ， 塔底 TW=100℃ 塔平均温度 : （ +100） /2= 该温度下进料液相平均粘度为 μ m= A+()μ B =+3166 = s 其中μ A= mPa s， μ B= s 该数据由《石油化工基础数据手册》和天津大学《化工原理》教材上册附录七查得。 ∴ ET=– ==% 筛板塔的板效率为： 15 652 117 52%TE     实际塔板数及实际加料位置 精馏段 N1=5/=，取 10块 总板数 N=25/=，取 49块 实际进料位置为第 10 块板。 塔的工艺条件及物性数据计算 塔顶压强 取每层塔板压降为Δ p=,则 进料板压强 PF=+5= 塔底压强 PW=+18= 精馏段平均操作压强 : k paPm  提馏段平均操作压强 : k paPm  操作温度 T 乙醇－水的饱和蒸汽压可用 Antoine 方程求算，即： CT BA ln 式中 T――物系 温度， K； P＊ ――饱和蒸汽压， mmHg。 A,B,C―― Antoine 常数， 式中 A、 B、 C 为常系数，对于乙醇－水物系，其值见表 23 表 23 组分 A B C 乙醇 水 1 * 1 0 1 . 3 1 0 1 . 31d a tmP k p a k p aa tm 16 注：表中乙醇以 A表示；水以 B表示。 应用计算机计算塔顶、塔釜、及进料板温度程序见附录 计算结果：进料板温度 90Ft  ℃ 塔顶温度  ℃ 塔釜温度 100Wt ℃ 1280 .6 52 96 90 85 .3 3290 10 0 952tt     物性数据计算 1 平均分子量 Mm 乙醇分子量为 MA= ，水分子量 MB= 塔顶 y1= Dx =， x1= 则气相平均分子量为： MV， DM= + ()= Kmol1 液相平均分子量为： ML， DM= +（ 1– ） = Kmol1 进料板 yF=y4 =， xF=x4= 则气相平均分子量为： MV， FM= + ()= Kmol1 液相平均分子量为： ML， FM= + ()= Kmol1 塔底 yW=， xW= 则气相平均分子量为： MV， WM= +（ 1– ） = Kmol1 液相平均分子量为： ML， WM= +（ 1– ） = Kmol1 精馏段平均分子量： 气相 ： 1, mVM Kg Kmol1 液相 ： 1, mLM Kg Kmol1 17 提馏段平均分子量： 气相 ： 2 , mVM Kg Kmol1 液相 ： 2 , mLM Kg Kmol1 2 平均密度 由式 LBBLAALm  1 可求相应的液相密度。 其中α为质量分率， 对于塔顶： tD=℃，ρ L， A= m3，ρ L， B= m3 则  mkgl m Dl m D  对于进料板： tF= ℃，ρ L， A= m3，ρ L， B= m3 则  mkgl m Fl m F  对于塔底： tW=100℃，ρ L， A= m3，ρ L， B= m3 则  mkgl m Wl m W  精馏段平均液相密度： 3,1,  mkgFLmDLmLm  提馏段平均液相密度： 3,2,  mkgFLmWLmLm  对于塔顶 气相 ： 3111 )(   mkgTR MpmmmD 对于进料板 气相 ： 18 3222 )(   mkgTR MpmmmF 对于进料板 气相 ： 3222 )(   mkgTR MpmmmW 精馏段平均气相密度： 31,  mkgmv 提馏段平均气相密度： 32,  mkgmv 3 液体表面张力   ni iim x1  对于塔顶： tD=℃，σ A= m1，σ B= m1 σ M， D= + = m1 对于进料板： tF=℃，σ A= m1，σ B= mN m1 σ M， F= + = m1 对于塔底： tW=100℃，σ A= m1，σ B= mN m1 σ M， W= + = m1 精馏段平均表面张力： 11  mmNm 提馏段平均表面张力： 12  mmNm 4 液体黏度   ni iiLm x1  对于塔顶： tD=℃，μ LA=，μ LB= mPa μ LM， D= + = mPa 对于进料板： tF=℃，μ LA = mPa，μ LB = mPa μ LM， F = + = mPa 对于塔底： tW=100℃，μ LA= mPa，μ LB = mPa μ LM， W = + = mPa 精馏段平均液相黏度：,1 0 . 4 7 6 2 0 . 3 3 1 7 0 . 4 0 2 62Lm m P a  19 提馏段平均液相黏度：,2 0 . 3 3 1 7 0 . 2 8 3 8 0 . 3 0 7 7 52Lm m P a  气液负荷计算 V=（ R+1） D= = h1 131,1, 00 00  SmMVVVmVmS  L=RD= = kmol h1 131,1,  SmMLLLmLmS  Lh= 3600= h1 2 提馏段气液负荷计算 13132,2,1132,2,136003600)1(hmLSmMLLhk mo lLSmMVVhk mo lFqVVhLmLmSVmVmS 精馏段工艺设计 精馏段塔和塔 板主要工艺尺寸计算 1 塔径 D 初选所设计的精馏塔为中型塔，采用单流型塔板，板间距 HT=450mm。 02 ) () 093 ())(( 21211,1, mvLmSSVL  查教材图 1042 ，可得到表面张力为 20mN/m 时的负荷因子 C20=。 )()20(  mCC  20 液泛速度 11,1,1, 50..  smCumvmvLmF   取安全系数为 u = max  =塔径 mD  圆整为 D= 空塔气速 122 )4(  smDVu S 由 D=，根据教材表 101，塔的板间距 HT可以为 450mm。 2 溢流装置 因为 D=,根据塔径，由化工原理下册表 10— 2（ P180）采用单溢流，弓型降液管，凹行受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。 1． 溢流堰长 LW== 0.= 2． 出口堰高 hW=hLhOW 式中 ： hL––– 板上液层高，取 hOW––– 板上方液头高度 DLW 由 文献 [2]查知 ，溢流收缩系数 E= 01 ) ()( 323323   WhOW LLEh ∴ hW== m 3． 降液管的宽度 Wd与降液管的面积 Af 由 DLw 查教材图 1040 得 Wd/D=， Af/AT= 故 Wd= = Af=（ ） D2= = 计算液体在降液管中停留时间以检验降 液管面积。 SS  ， 故符合要求 4． 降液管底隙高度 h 取液体通过降液管底隙的流速 10  smu 计算降液管底隙高度 h0 21 muL LhhL Lu W SW S ,0  塔板布置 1． 取边缘区宽度 WC=，安定区宽度 WS= 2． 计算开孔区面积 ]s i n180[2 1222 RxRxRxA a   其中： x=D/2– （ Wd+WS） =– （ +） = R=D/2– WC=– = 21222 )] (s i [2 mA a   筛孔数 n 与开孔率 φ (1)处理的物系无腐蚀性，取筛孔的孔径 d0=5mm (2)筛板选用一般碳钢，板厚δ == 5=6mm 筛孔按正三角形排列 孔中心距 t=3d0=3 5=15mm (3)塔板上筛孔数 孔中心距 t=3d0=3 5=15mm 1． 塔板上筛孔数 101158)101158(2323 aAtn 2． 塔板开孔区的开孔率 φ %%100 )( %100 2200 dtAAa 开孔率在 5~15%范围内，符合要求。 每层塔板上的开孔面积 A0=φ Aa= = 气体通过筛孔的气速 101,0  smAVu S 精馏段塔有效高度 Z1=（ 10– 1） = 22 筛板流体力学验算 1 气体通过筛板压降相当的液柱高度 1. 干板压降相当的液柱高度 hc 530 d 查 文献 [2]得 C0= mCuhLmmvc ) () ()()( 21,1,201,01,   2. 气流穿过板上液层压降相当的液柱高度 hl 11  smAA Vu fT Sa 气相动能因数 FA ,11  mvaa uF  由设计书图 5– 11 查取板上液层充气系数  = hl= hL= （ hW+hOW） = = 3. 克服液体表面张力压降相当的液柱高度 hσ mdgh Lm m 00 301,11,     通过筛板压降相当的液柱高度 hP1=hC+hl+ 1,h =++= 单板压降： PaPaghP LmPP l 7 0 4 4 40 7 ,1   符合设计要求。 雾沫夹带量 ev 的验算 塔板上鼓泡层的高度 hf== = 161, ) ( )(  fTamv hHue  11 2 5   气液气液 kgkgkgkg ∴精馏段在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。 23 漏液的验算 1,1,01, ) 0 5 ( mvLmLOW hhCu   sm sm / 3 0 5 8 0)0 0 2 0 5 (7 7  筛板的稳定性系数 ,1,0  OWuuK 该值大于 ，符合设计要求。 ∴精馏段在设计负荷下不会产生过量。