乙醇-水精馏塔化工设计13

前言................................................................................................................................. 1 第一章 设计任务书 .......................................................................................................... 2 第二章 塔板的工艺设计 ................................................................................................... 3

第一节 精馏塔全塔物料衡算 ..................................................................................... 3 第二节 计算温度、密度、表面张力 、粘度、相对.................................................... 4

第三节 理论塔板的计算 ........................................................................................... 11 第四节 塔经的初步设计 ...........................................................................................12 第五节 溢流装置 .....................................................................................................14 第六节 塔板布置及浮阀数目与排列 .........................................................................16 第三章 塔板的流体力学计算 ...........................................................................................18

第一节 气相通过浮阀塔板的压降 .............................................................................18 第二节 堰塔 ............................................................................................................19 第三节．雾沫夹带验算.............................................................................................20 第四节 塔板负荷性能图 ...........................................................................................21 第四章 塔附件设计 .........................................................................................................26

第一节 接管 ............................................................................................................26

第二节 筒体和封头 ..................................................................................................27 第三节 除沫器 .........................................................................................................28 第四节 裙座 ............................................................................................................28 第五节 吊柱 ............................................................................................................28 第六节 手孔 ............................................................................................................28 第五章 塔总体高度的设计 ..............................................................................................29

一 塔的顶部空间高度 .......................................................................................29 塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离，取除沫器到第一块板的距离500mm，塔顶部空间高度为1000mm。............................................29

二 塔的底部空间高度 .......................................................................................29 塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离，釜液停留时间取5min。..........................................................................................................29 ??60?RV?/AT??0.5~0.7?............................................................29 HB??tLS??5?7.50?10?3?60?0.142?/0.54?0.6?1.43m.........................................29

三 塔立体高度 ..................................................................................................29

H1?HTN?5?120?450?54?5?120?24900mm?21.2m........................29 H?H1?HB?H裙?H封?H顶?21.2?1.43?2?0.15?1.0?25.78m.........29

第六章 附属设备设计 .....................................................................................................29 第一节 冷凝器的选择 ..............................................................................................29

第二节 再沸器的选择 ..............................................................................................30

前言

1

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

2009年6月12日

第一章 设计任务书

2

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

5的操作费用，操作压力选为常压。其中塔顶压力为1.01325?10Pa，

5塔底压力[1.01325?10?N(265~530)]Pa

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）

3

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：x?F15/4615/46?85/18?5.37%

塔顶组成：x?D94/4694/46?6/182/462/46?98/18?85.98%

塔底组成：x?W?0.79C

?0.0974kmol/s

进料量：F?5.0万吨/年=物料衡算式为：?2?10?10?(0.15/46?0.85/18)300?24?3600?F?D?W?FxF?DxD?WxW

联立方程组解得：??D?0.00524kmol/s?W?0.09218kmol/s

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 100 95.5 89.0 86.7 85.3 84.1

1.温度 利用表中数据由拉格朗日插值可求得tF、tD、tW液相 0 1.90 7.21 9.66 12.38 16.61 气相 0 17.00 38.91 43.75 47.04 50.89 温度/oC 82.7 82.3 81.5 80.7 79.8 79.7 液相 23.37 26.08 32.73 39.65 50.79 51.98 气相 温度/oC 液相 57.32 67.63 74.72 89.43 气相 68.41 73.85 78.15 89.43 54.45 79.3 55.80 78.74 59.26 78.41 61.22 78.15 65.64 65.99

4

?1? ttF?89.0F?89.0?86.77.21?9.86?5.37?7.21， tF?90.73?C?2?tD?78.15?78.41?tD?78.1589.43?74.7285.98?89.43， tD?78.21?C ?3?t100?95.5tW?100W?0?1.9?0.79?0， tW?98.13?C

?4?精馏段平均温度：ttF+tD1?2?90.73?78.212?84.47?C?5?提馏段平均温度：t2?tF+tW2?90.73?98.132?94.43?C2.密度

已知：混合液密度：1aAaB? =，M为平均相对分子质量)l? +(a为质量百分率A?B 混合气密度：?V?T0?M22.4T?

0(1) 精馏段：t1?84.47?C,

液相组成x84.1?82.784.47?82.71：16.61?23.37?x1?23.37， x1=14.82% 气相组成y84.1?82.7?82.71：

50.89?54.45?84.47y，y1=49.95%

1?54.45所以 ML1?46?0.1482?18?(1?0.1482)?22.15kg/kmol MV1?46?0.4995?18?(1?0.4995)?31.99kg/kmol (2) 提馏段：t2?94.43?C 液相组成x?89.0?89.02：95.51.9?7.21?94.43x x2?2.77% 2?7.21， 气相组成y95.5?89.094.43?89.02：

17.0?38.91?y， y2?34.70%

2?38.91 所以 ML2?46?0.0277?18?(1?0.0277)?18.78kg/kmol MV2?46?0.3470?18?(1?0.3470)?27.27kg/kmol

5

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