分离乙醇—水板式精馏塔设计
1.设计任务.......................................................... 5 2.工艺流程图........................................................ 7 3.设计方案.......................................................... 7 3.1设计方案的确定 .................................................. 7 3.1.1塔型的选择 .................................................... 7 3.1.2操作压力 ...................................................... 7 3.1.3进料方式 ...................................................... 8 3.1.4加热方式 ...................................................... 8 3.1.5热能的利用 .................................................... 8 3.1.6回流方式 ...................................................... 9 3.2实验方案的说明 .................................................. 9 4、板式塔的工艺计算................................................ 10 4.1物料衡算 ....................................................... 10 4.2最小回流比RMIN和操作回流比R的确定 .............................. 11 4.3操作线的确定 ................................................... 13 4.3.1精馏段操作曲线方程 ........................................... 13 4.3.2提馏段操作曲线方程 ........................................... 13 4.4确定理论板层数NT ............................................... 14 4.5确定全塔效率ET和实际塔板层数NP ................................. 14 4.5.1相对挥发度 ................................................... 14 4.5.2物系黏度 ..................................................... 15 4.5.3全塔效率和实际塔板数 ......................................... 15 4.6操作压强的计算 ................................................. 16 4.7平均分子量的计算 ............................................... 17 4.8平均密度的计算 ................................................. 17 4.9表面张力的计算 ................................................. 19 4.10平均流量的计算 ................................................ 20 5、塔体和塔板的工艺尺寸计算........................................ 21 5.1塔径 ........................................................... 21 5.2溢流装置 ....................................................... 24 5.3塔板布置及筛板塔的主要结构参数 ................................. 29 5.4塔板流体力学验算 ............................................... 31
- 1 -
分离乙醇—水板式精馏塔设计
5.4.1塔板阻力HP ................................................... 31 5.4.2降液管泡沫层高度 ............................................. 33 5.4.3液体在降液管内的停留时间 ..................................... 34 5.4.4雾沫夹带量校核 ............................................... 34 5.4.5漏液点 ....................................................... 36 5.5操作负荷性能图 ................................................. 37 5.6设计结果 ....................................................... 42 6、辅助设备的计算与选型............................................ 44 6.1料液储罐的选型 ................................................. 44 6.2换热器的选型 ................................................... 45 6.2.1预热器 ....................................................... 46 6.2.2再沸器 ....................................................... 47 6.2.3全凝器热负荷及冷却水消耗量 ................................. 48 6.2.4产品冷却器 ................................................. 49 6.3各接管尺寸的确定 ............................................. 50 6.3.1进料管 ..................................................... 50 6.3.2 釜残液出料管 ............................................... 50 6.3.3回流液管 ................................................... 50 6.3.4 塔顶上升蒸汽管 ............................................. 51 6.3.5 水蒸汽进口管 ............................................... 51 6.4塔高 ......................................................... 52 6.5法兰 ......................................................... 53 6.6人孔 ......................................................... 55 6.7视镜 ......................................................... 55 6.8塔顶吊柱 ..................................................... 55 6.9泵的计算及选型 ............................................... 56 7、经济横算........................................................ 57 7.1成产成本 ..................................................... 57 7.2水蒸汽费用CS ................................................. 57 7.3冷却水费用CW ................................................. 57 7.4设备投资费CD ................................................. 58 7.5总费用 ....................................................... 58 7.6利润 ......................................................... 58 8心得体会 ......................................................... 59
- 2 -
分离乙醇—水板式精馏塔设计
符号说明：
英文字母
Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 Af---- 降液管的截面积, m2 Ao---- 筛孔区面积, m2 AT----塔的截面积 m2 △PP----气体通过每层筛板的压降
C----负荷因子 无因次 t----筛孔的中心距 C20----表面张力为20mN/m的负荷因子 do----筛孔直径 u’o----液体通过降液管底隙的速度
D----塔径 m Wc----边缘无效区宽度 ev----液沫夹带量 kg液/kg气 Wd----弓形降液管的宽度 ET----总板效率 Ws----破沫区宽度 R----回流比
Rmin----最小回流比
M----平均摩尔质量 kg/kmol tm----平均温度 ℃
g----重力加速度 9.81m/s2 Z----板式塔的有效高度 Fo----筛孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) hl----进口堰与降液管间的水平距离 m θ----液体在降液管内停留时间 hc----与干板压降相当的液柱高度 m υ----粘度
hd----与液体流过降液管的压降相当的液注高度 m ρ----密度 hf----塔板上鼓层高度 m σ----表面张力 hL----板上清液层高度 m Ψ----液体密度校正系数 h1----与板上液层阻力相当的液注高度 m 下标 ho----降液管的义底隙高度 m max----最大的 how----堰上液层高度 m min----最小的 hW----出口堰高度 m L----液相的 h’W----进口堰高度 m V----气相的 hσ----与克服表面张力的压降相当的液注高度 m H----板式塔高度 m HB----塔底空间高度 m
Hd----降液管内清液层高度 m HD----塔顶空间高度 m HF----进料板处塔板间距 m HP----人孔处塔板间距 m HT----塔板间距 m H1----封头高度 m H2----裙座高度 m K----稳定系数 lW----堰长 m
- 3 -
分离乙醇—水板式精馏塔设计
Lh----液体体积流量 m3/h Ls----液体体积流量 m3/s n----筛孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa
△Pp---气体通过每层筛的压降 KPa T----理论板层数 u----空塔气速 m/s
u0,min----漏夜点气速 m/s
uo’ ----液体通过降液管底隙的速度 m/s Vh----气体体积流量 m3/h Vs----气体体积流量 m3/s Wc----边缘无效区宽度 m Wd----弓形降液管宽度 m Ws ----破沫区宽度 m
Z ---- 板式塔的有效高度 m
希腊字母
δ----筛板的厚度 m
θ----液体在降液管内停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m3 σ----表面张力N/m φ----开孔率 无因次 α----质量分率 无因次 下标
Max---- 最大的 Min ---- 最小的 L---- 液相的
V---- 气相的
- 4 -
分离乙醇—水板式精馏塔设计
1.设计任务
1.1题目：
分离乙醇—水板式塔精馏塔设计 1.2生产原始数据：
1）原料：乙醇—水混合物，含乙醇35%（质量分数），温度35℃；2）产品：馏出液含乙醇93%（质量分数），温度38℃，残液中含酒精浓度≤0.5%；
3）生产能力：原料液处理量55000t／年，每年实际生产天数330t，一年中有一个月检修；
4）热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其表压为2.5Kgf/cm2； 5）当地冷却水水温25℃； 6）操作压力：常压101.325kpa； 1.3设计任务及要求
1）设计方案的选定，包括塔型的选择及操作条件确定等； 2）确定该精馏的流程，绘出带控制点的生产工艺流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置；
3）精馏塔的有关工艺计算
? 计算产品量、釜残液量及其组成； ? 最小回流比及操作回流比的确定； ? 计算所需理论塔板层数及实际板层数；
- 5 -