乙醇課程設計--乙醇—水連續(xù)精餾篩板式塔的設計

1、<p><b>　　二、設計概況簡介</b></p><p>　　1、設計題目：乙醇—水連續(xù)精餾篩板式塔的設計</p><p>　　2、設計任務及操作條件</p><p>　?。?）、塔型:篩板塔</p><p>　?。?）、物系:乙醇-水</p><p>　?。?）、進料組成:含乙醇3

2、2%(質(zhì)量) 摩爾：5.55％</p><p>　　（4）、進料溫度:沸點</p><p>　?。?）、操作壓力:1atm</p><p>　　（6）、餾出液含乙醇92%(質(zhì)量) 摩爾：81.81％</p><p>　?。?）、殘液含乙醇 0.4% (質(zhì)量) 摩爾： 0.0157％</p><p>　?。?）、生

3、產(chǎn)能力：5820噸/年</p><p>　?。?）、年工作日330(每天24小時)</p><p>　?。?0）、再沸器加熱方式:間接</p><p>　　（11）、加熱蒸汽壓力:自選</p><p>　?。?2）、加料方式:貯槽→加料泵→高位槽→精餾塔</p><p>　　（13）、平衡關系 </p>

4、<p>　　α=0.8938x-1.5235 x≥0.3</p><p>　　=1.1213(x+0.2)-1.5235 x＜0.3</p><p>　?。ㄒ唬?、塔的物料衡算；</p><p>　　1、料液、塔頂、塔底產(chǎn)品摩爾分率的計算；</p><p><b>　　上式中：</b></p&g

5、t;<p>　　aDA.、aDW分別為塔頂、塔底乙醇的重量百分數(shù)</p><p>　　MA、MB 分別為乙醇、水的分子量</p><p>　　平均分子量即摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　MF=0.1555×46.07+(1-0.1555) ×18.02=20.38(Kg/Kmol)</p><p>　　M

6、D=0.8181×46.07+(1-0.8181) ×18.02=40.97(Kg/Kmol)</p><p>　　MW=0.001568×46.07+(1-0.001568) ×18.02=18.06(Kg/Kmol)</p><p><b>　　3、物料衡算</b></p><p>　　生產(chǎn)能力=58

7、20噸/年，一年330天，(有一個月為檢修)一天24h計，則生產(chǎn)能力噸/小時的產(chǎn)品, </p><p>　　由全塔物料衡算：F=D+W=17.94+W……(1)；</p><p><b>　　…..(2)</b></p><p>　　由（1）和（2）得：</p><p>　　D=17.94(Kmol/h) W

8、=77.20 (Kmol/h) F=95.16(Kmol/h)</p><p>　?。ǘ?、塔板主要尺寸的確定</p><p>　　1、理論塔板數(shù)和實際塔板數(shù)的計算</p><p><b>　　（1）、求Rmin</b></p><p><b>　　Rmin</b></p>&l

9、t;p>　　對于沸點進料，q=1</p><p>　　由【2】P367乙醇-水汽液平衡數(shù)據(jù)作x-y-t和x-y圖，圖如附錄所示。對于乙醇－水的x-y圖，曲線具有下凹部分，這種情況的Rmin求法。</p><p>　　在圖上作q線，則q線方程 可知q線與y軸平行且過f(xF,xF)即點：f(0.1555,0.1555)</p><p>　　在x—y圖上過（xD,

10、xD） 即a(0.8181,0.8181)作與平衡線相切的直線與q線交于e，此線為最小回流比Rmin時的精餾段操作線。其圖如附錄圖一所示:</p><p>　　讀得截距b=0.35977，則</p><p>　　由此求得 Rmin=1.2740</p><p>　?。?）、最小理論塔板數(shù)的計算</p><p>　　求最小理論塔板有多種方法,

11、本設計分別用公式法和采用計算機作圖法求理論塔板數(shù)，擇優(yōu)采用計算結(jié)果.</p><p>　　a、由【1】P107 ，10-46</p><p><b>　　Nmin=</b></p><p>　　分別為塔頂和塔底產(chǎn)品的相對揮發(fā)度</p><p>　　由【1】 P78 10-7b</p><p>

12、　　由【2】乙醇-水汽液平衡數(shù)據(jù)作x-y-t和x-y圖，見附錄圖一，查得</p><p>　　xD=0.8181時 yD= 0.8365 ； xw=1.568×10-3時yw=0.01460</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　則 Nmin</b></p><

13、p>　　B、計算機作圖圖解法</p><p>　　作出乙醇水的x－y圖，按全回流的情況下，作圖求解。圖如附錄圖二所示</p><p>　　求作圖法求得Nmin＝8塊。作圖法求出的Nmin較為可靠，計算以此為據(jù)。</p><p>　　(3)、求最適回流比</p><p>　　現(xiàn)取一系列R值，據(jù)【1】吉利蘭關聯(lián)式，求得相應的N，作R－N（R

14、＋1）圖，求取合適的R值。經(jīng)一系列經(jīng)驗證明R—N(R+1)最能表現(xiàn)出最適宜的回流比。</p><p><b>　　, </b></p><p>　　例如 取 R＝2.2</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　N(R+1)=38.0048，取一系列的數(shù)據(jù)計算，計算結(jié)果如

15、附錄表一所示。</p><p>　　作出R-N(R+1)圖，如附錄圖三，過曲線的最低點作平行于x軸的直線，求得點坐標為（2.0558，43.240），讀得最適宜回流比為2.0558。</p><p>　?。?）、圖解法求理論板數(shù)</p><p>　　A．作圖法求理論塔板數(shù)：</p><p>　　精餾段操作線斜率：（【1】P90式10-26）&

16、lt;/p><p><b>　　, 截距＝</b></p><p>　　以此在x－y圖上作過點（0.8181，0.8181）的操作線，此線交q線于d點，過點xw交對角線于b，連接bd，即為提餾段操作線。因為q＝1，過點xF作垂線，即為q線。作圖求理論塔板數(shù)N。</p><p>　　如附錄圖四所示，求的理論塔板數(shù)為15.3=16塊,精餾段為13.4

17、5，即14塊進料。（經(jīng)電腦放大局部圖形后，作圖得到。）</p><p>　　B、逐板計算求理論塔板數(shù)；</p><p>　　a，由【2】的乙醇水的平衡數(shù)據(jù)，利用【1】P79式10－8， 。</p><p>　　求出一系列的α值，數(shù)據(jù)如表二所示。作出y－α的曲線圖，用于查找α。如附錄圖五所示。</p><p><b>　　b，逐板計算

18、；</b></p><p><b>　　相平衡方程：</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p>　　提餾段操作線方程： </p><p>　　逐板計算結(jié)果如附錄表三所示：</p><p>　　求的的理論板數(shù)為17塊，第14塊進

19、料，計算以此為準。</p><p>　?。?）、全塔效率E０的計算。</p><p>　　a、作出t—x—y圖如附錄圖六所示：</p><p>　　由圖上可以讀?。核敎囟龋?8.290C；塔底溫度：99.620C；進料溫度：96.320C；</p><p>　　全塔平均溫度：，在此溫度下，進料液相平均粘度為：b、揮發(fā)度的計算</p&g

20、t;<p>　　前面計算得： </p><p>　　全塔平均相對揮發(fā)度的計算</p><p><b>　　全塔平均相對揮發(fā)度</b></p><p>　　c、全塔總板效率的計算</p><p><b>　　對于篩板塔有：</b></p><p>

21、　　2、實際塔板數(shù)的計算</p><p>　　扣除塔底再沸器和塔頂?shù)睦淠?，則實際塔板數(shù)為：33-2=31。</p><p>　　3、精餾段實際塔板數(shù)（即進料位置）的確定</p><p>　　（1）精餾段的平均溫度為℃則進料溫度下的進料液的平均粘度為：cp</p><p>　?。?）精餾段的平均相對揮發(fā)度</p><p&g

22、t;<b>　　精餾段的E0的計算</b></p><p>　　精餾段實際塔板數(shù)的計算:</p><p>　　，故加料位置在第25層塔板處，扣除塔頂?shù)睦淠?，由則實際在第25-1=24層處加料。</p><p>　　(三)、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算</p><p>　　操作壓強Pm=101.3Kpa.取單板壓降為則進料

23、板壓強為 （KPa）</p><p>　　塔底壓強為：101.3+33×1.0=134.3Kpa</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　2、溫度tm</b></p

24、><p>　　精餾段： tm(精)=</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　塔底：tW=106.2℃</p><p><b>　　3、平均分子量Mm</b></p><p><b>　　塔頂:</b></p><

25、;p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　精餾段平均分子量：</b></p><p><b>　　提餾段平均分子量：</b></p><p><b>　　4、平均密度<

26、/b></p><p><b>　?。?）、液相密度</b></p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　塔底：視為純水，</b></p><p>　　

27、故精餾段平均液相密度</p><p><b>　　提餾段平均液相密度</b></p><p><b>　　(2)、汽相密度</b></p><p>　　液體表面張力，查【4】</p><p><b>　　液體粘度，查【4】</b></p><p><

28、;b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　將上述1～6步的計算結(jié)果列表如下： </p><p>　?。ㄋ模?、汽液負荷計算</p><p><b>　　精餾段：提餾段：</b></p><p>　?。ㄎ澹?/p>

29、塔和塔板的主要工藝尺寸計算</p><p><b>　　塔徑D的計算</b></p><p>　　精餾段：初選板間距為300mm。即HT=0.30m</p><p>　　查【1】圖11-8得：C20=0.068，查【4】得，溫度t＝87.31℃，σ＝18.8 dyn/cm</p><p>　　由【1】式11－3，校正得：

30、</p><p>　　由【1】式11-2，</p><p>　　據(jù)【1】P148表11－2，取液泛分率為0.8，則實際操作氣速</p><p>　　據(jù)【1】P148表11－1，取</p><p>　　提餾段：初選板間距為300mm。即HT=0.30m</p><p>　　查圖11-8得： C20=0.062, 查【4】

31、得t=101.26 ℃ σ＝15.5 dyn/cm </p><p><b>　　校正得：</b></p><p>　　取液泛分率0.8，則,取</p><p>　　標準化，即提餾段塔徑取與精餾段塔徑同值，減少成本，即塔徑取0.7m。</p><p>　　塔高的計算塔高=（精餾段總板數(shù)不清-2）*HT+(提餾段總板數(shù)

32、-1)*HT+3</p><p>　　=(25-2)×0.3+(8-1)×0.45+3=12 (m)</p><p><b>　　塔板設計</b></p><p><b>　　流型</b></p><p>　　因為：0.3m<D<2.5m,，則選用單流型</p&

33、gt;<p><b>　　堰</b></p><p>　　A、堰長 ，取=0.7D=0.7×0.7=0.49(m)</p><p>　　B、堰高hW(溢流堰上的液流高度hOW)</p><p>　　精餾段：取hL=0.06(m), /D=0.70,</p><p>　　FW由查【1】圖11-11

34、得：FW=1.021</p><p><b>　　所以采用平形堰。</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　查圖11-11得： FW=1.024</p><p>　　>6

35、mm.所以采用平形堰。</p><p><b>　　降液管</b></p><p>　　降液管的寬度Wd與降液管的面積Af</p><p>　　查【1】P147，圖11-16,有Wd/D=0.14,</p><p>　　由【1】P144式11-18，計算液體在降液管中停留時間，檢驗降液管面積，有：</p>

36、<p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　可知：Af=0.0462m2滿足要求。</p><p>　　b、降液管底隙高度h0(降液管底部距塔板的高度)</p><p>　　根據(jù)降液管底部與下一塔板的間隙h0應尺可能比外堰高hW小

37、6mm以上，且液體通過間隙的速度應小于0.4m/s，此外，h0一般不宜小于20~25mm，故取</p><p><b>　?。ǎ┮拦降茫?lt;/b></p><p>　　精餾段：（m/s）<0.4(m/s)</p><p>　　提餾段：（m/s）<0.4(m/s)</p><p><b>　　故符合要

38、求。</b></p><p><b>　　篩孔的設計,</b></p><p>　　取篩孔的孔徑d0=5mm(3～8mm內(nèi)為佳)，其正三角形排列，常壓下，t=(3~4) d0，取=3，故孔中心距.</p><p><b>　　板厚tP</b></p><p>　　根據(jù)板的厚度約為孔徑的0

39、.4~0.8倍，故取tP=0.6， d0=0.6×5=3.0mm</p><p>　　選不銹鋼或合金鋼材料。</p><p><b>　　塔板布置</b></p><p>　　A、取邊緣區(qū)寬度約為安全區(qū)寬度</p><p><b>　　。</b></p><p>　

40、　B、依下式計算開孔面積Ap.</p><p><b>　　篩孔數(shù)n與開孔率</b></p><p><b>　?。祝?lt;/b></p><p>　　因孔為下三角形排列，依下式計算</p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為： </p><p><b>　　精餾段：

41、</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　六、參考文獻：</b></p><p>　　【1】譚天恩等，《化工原理》（下），化學工業(yè)出版社，1992</p><p>　　【2】陳敏恒等，《化工原理》（下），化學工業(yè)出版社，2000</p>