分離乙醇水連續(xù)浮閥式精餾塔設(shè)計方案(已修改)
2025-05-07 13:25 本頁面
【正文】 分離乙醇水連續(xù)浮閥式精餾塔設(shè)計方案 塔型選擇根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開動設(shè)備24小時計算，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，故選用浮閥塔。 操作條件的確定 操作壓力由于乙醇~水體系對溫度的依賴性不強，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費用，操作壓力選為常壓，塔頂壓力為。 進(jìn)料狀態(tài)雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計中采取飽和液體進(jìn)料。 加熱方式精餾塔的設(shè)計中多在塔底加一個再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于乙醇~水體系中，乙醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，故可采用直接水蒸氣加熱，這時只需在塔底安裝一個鼓泡管，于是可省去一個再沸器，并且可以利用壓力較底的蒸汽進(jìn)行加熱，無論是設(shè)備費用還是操作費用都可以降低。 熱能利用精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進(jìn)入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜殘液對原料液進(jìn)行加熱。 有關(guān)的工藝計算由于精餾過程的計算均以摩爾分?jǐn)?shù)為基準(zhǔn)，需先把設(shè)計要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率x乙醇 Mc= kg/kmol ， 水 Mw= kg/kmol進(jìn)料液中輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的摩爾分率塔頂輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％的摩爾分率塔底輕組分(乙醇)％的摩爾分率原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M原料液 MF=xFMc+(1xF)Mw=+()= kg/kmol塔頂 MD=xDMc+(1xD)Mw=7788+()= kg/kmol塔底 MW=xWMc+(1xW)Mw=+()= kg/kmol 最小回流比及操作回流比的確定(1)由手冊查得常壓下乙醇水物系汽液平衡組成數(shù)據(jù)，如表1所示。表1 乙醇水氣液平衡組成(摩爾)與溫度的關(guān)系溫度t(℃)乙醇摩爾數(shù)(%)溫度t(℃)乙醇摩爾數(shù)(%)液相x氣相y液相x氣相y1000082(2)用autoCAD繪圖法繪出xy及txy圖。圖3 乙醇和水的xy圖圖4 乙醇和水的txy圖(3)繪圖法求出最小回流比及操作回流比用繪圖法求得最小回流比Rmin，見圖3。其求法如下：由于是泡點進(jìn)料q=1，則q線為一直線，由于本平衡具有下凹的部分，當(dāng)操作線與q線的交點落到平衡線之前，操作線已與平衡線相切，此切點為g(xg,yg)點。此時恒濃區(qū)出現(xiàn)在g點附近，對應(yīng)的回流比為最小回流比。如此可以在xy圖中過點a(,)向平衡曲線做切線切于g點，求得xg=，yg=。則：故操作回流比取 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜殘液量及加熱蒸汽量的計算以年工作日為300天，每天開車24小時計，進(jìn)料量為：kmol/h由于恒摩爾流動可用，則以單位時間為基準(zhǔn)進(jìn)行全塔的物料衡算如下： 即：V0+=D+W =+ W=+得：V39。=V0= kmol/h D= kmol/h W=L39。= kmol/h表2 原料液、餾出液與釜殘液的摩爾流量與沸點溫度名稱原料液F餾出液D釜殘液W質(zhì)量分?jǐn)?shù)(﹪)3090摩爾分?jǐn)?shù)x摩爾質(zhì)量沸點溫度(℃) 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量以單位時間為基準(zhǔn)，并忽略熱損失，則塔頂全凝器的熱負(fù)荷，因為塔頂幾乎為純乙醇，故其焓可以近似為純乙醇計算?！嫦碌钠療醨=，所以kJ/h取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為20℃和35℃則平均溫度下的比熱kJ/kg℃，于是冷凝水用量可求：kg/h 熱能利用以釜殘液對原料液預(yù)熱，則將原料加熱至泡點所需的熱量Qf可記為：其中℃查得tfm=℃時乙醇的比熱為kJ/kg℃，所以，kJ/h釜殘液放出的熱量若將釜殘液溫度降至t2w=55℃那么平均溫度℃，查得水的比熱為kJ/(kg℃）因此，kJ/h由此可知，于是理論上可以用釜殘液加熱原料液至泡點 理論塔板層數(shù)的確定精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：q線方程：x=在xy相圖中分別畫出上述直線(圖5)，利用圖解法可以求出塊(含塔釜)。其中，精餾段10塊，提餾段3塊。圖5 乙醇和水精餾理論板層數(shù)的確定 全塔效率的估算塔板效率是氣、液兩相的傳質(zhì)速率、混合和流動狀況、以及板間返混(液沫夾帶、氣泡夾帶和漏液等所致)的綜合結(jié)果。板效率是設(shè)計重要數(shù)據(jù)。由于影響因素很多且關(guān)系復(fù)雜，至今還難以正確可靠地對其進(jìn)行預(yù)
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