【正文】 58 126NNE PTT ????? 加料板位置在第 53 塊塔板。 ?? ， sm ??? 所以： )( 2 39。39。 ? 得 39。 根據(jù) 5? 下，乙醇 — 水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線，即xy 曲線圖， 泡點進料， q = 1，即 q 為一直線，本平衡 曲線 具有下凹部分， 精餾段 操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切， ? , ? ,所以 ? ， 操作回流比 [1819] m ? ? ? (33) 圖 水圖解法示意圖 （ 3）求取理論塔板數(shù) 1 + 0 . 8 0 3 0 . 1 7 411 Dn n nxRy x xRR? ? ? ???已 知 ： 精 餾 段 操 作 方 程 ： 1 2. 74 4 0. 00 13 6nmyx? ??提 餾 段 操 作 方 程 ： 在圖上作操作線，由點（ , ）起在平衡線與操作線間畫階梯， 8 過精餾段操作線與 q線交 點 ， 直到階梯與平衡線交點小于 為止，由此得到理論板 NT = 26 塊（包括再沸器）加料板為第 24塊理論板。 近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng) 驗越來越豐富，積累的設(shè)計數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計浮閥塔比較合適。 五 ．塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～ 80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。所以有必要做好本次設(shè)計 本設(shè)計所選塔的特性 5 浮閥塔的優(yōu)點是： 一 ．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～ 40%，與篩板塔接近。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜狀態(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計良好的塔其操作彈性仍可達到滿意的程度。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最 4 高；塔頂溫度最低。 98﹪ 247。最終， 基本 完成 乙醇和水 的分離。因為被加熱到泡點，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降?！笆晃濉逼陂g，中國燃料乙醇的潛在市場規(guī)模將急劇擴大。石油對外依存度為 45％。目前中國生產(chǎn)的燃料乙醇總量為 102萬 t。 中國燃料酒精的發(fā)展現(xiàn)狀 [14]： 由于燃料乙醇在中國的推廣使用還處在初級階段．產(chǎn)銷各個環(huán)節(jié)政府行為色彩比較濃，離真正的市場化有很遠的距離。二是 無污染。其中，最受歡迎的是燃料酒精。此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計過程。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 安陽工學(xué)院 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。因燃料乙醇對酒精質(zhì)量要求不高，本設(shè)計書按理想條件主要考慮水和乙醇的存在，因此主要是對水 乙醇分離設(shè)備─浮閥精餾塔做了較詳細的敘述，主要包括：工藝 計 算，輔助設(shè)備計算。 燃料酒精 [1]又稱變性燃料乙醇，可分為替代燃料和燃料添加劑兩種，是清潔汽油的主要代替物， 已在一些國家和地區(qū)得到大量使用。石油、天然氣、煤礦等燃料能源的使用產(chǎn)生了很多環(huán)境問題。為了合理利用資源。大約使用糧食 400 萬 t，基本使用陳化糧。到 2020 年，估計國內(nèi)自產(chǎn)石油 億 t．缺口 25億 t，對外依存度 55％。以中國四家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能來看，遠遠不能滿足未來國內(nèi)對燃料乙醇的需求，燃料乙醇裝置產(chǎn)能擴張不可避免。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點，其中的液態(tài)部分進入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后 通過預(yù)熱器后 進入 分子篩塔進一步進行脫水 ，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。 乙醇 — 水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進料狀況為汽液混合物 q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至下一工段 ,塔釜采用直接蒸汽加熱 ,塔底產(chǎn)品冷卻后 ,送入貯罐。90 ﹪﹦ *107（ ㎏ ） 生產(chǎn) 2萬噸（ 2*107kg kg） 95%的酒精糖蜜原料消耗量： 糖蜜原料含可發(fā)酵性糖 50%，故 2 萬噸 95%的酒精糖蜜消耗為： *107247。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純低沸點組分，純高沸點組分則留在塔底。 三：流體阻力小：流體通過塔設(shè)備時阻力降小，可以節(jié)省動力費用，在減壓操作是時，易于達到所要求的真空度。 常用板式塔類型及本設(shè)計的選型 常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。 浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩者的優(yōu)點。 二 ．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 但是 其缺點是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié) ； 在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。 第 3 章 精餾塔的設(shè)計內(nèi)容 塔板的工藝設(shè)計 精餾塔全塔物料衡算 （ 1）料液及塔頂、塔底產(chǎn)品中乙醇的摩爾分數(shù) F：原料液流量（ kmol/s） xF：原料組成（摩爾分數(shù)，下同） D：塔頂產(chǎn)品流量（ kmol/s） xD：塔頂組成 W：塔底殘液流量（ kmol/s） xW：塔底組成 2 0 / 4 6 8 . 9 1 %2 0 / 4 6 8 0 / 1 8Fx ???原 料 乙 醇 組 成 ： 6 9 5 / 4 6 8 8 . 1 4 %9 5 / 4 6 5 / 1 8Dx ???塔 頂 組 成 ： 0 . 2 / 4 6 0 . 0 7 8 %0 . 2 / 4 6 9 9 . 8 / 1 8Wx ?塔 底 組 成 ： （ 2）平均摩爾質(zhì)量 MF=46*+()*18=MD=46*+()*18=Mw=46*+()*18=（ 3）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率 以 300 天 /a 計有： D’ =20200t/a=1*107kg/7200h=（ 95%C2H5OH） /h （ 4）全塔物料衡算： D= D’ / MD=F=D+W （ 31） x F D WF x D x W?? （ 32） 即 =+ 經(jīng)計算得： F= 理論塔板 數(shù) 的 確定 理論塔板數(shù) NT的求取 （ 1）乙醇 水相平衡數(shù)據(jù) 表 常壓下乙醇 水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系 [78] 溫度 /℃ 液相 氣相 溫度 /℃ 液相 氣相 溫度 /℃ 液相 氣相 100 7 本題中，塔內(nèi)壓力接近于常壓（實際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因為操作壓力偏離常 壓很小，所以其對 xy 平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。 實際塔板數(shù) NP 板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映 了實際塔板上傳質(zhì)過程進行的程度。 ? ， 39。39。 ???? ? 13ENN T39。 精餾塔操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 (1)平均壓力 Pm 取每層塔板壓降為 KPa 精餾塔塔頂?shù)膲毫?4 KPa(表壓 ) 塔頂： PD=+4= 加料板： PF=+*52= KPa 塔底： PW=+*6= KPa 精餾段平均壓力 Pm1=（ +） /2= KPa 提餾段平均壓力 Pm2=（ +） /2= KPa (2)平均 溫度 由 （ 1）知 精餾段平均溫度 為 ℃ 提餾段平均溫度 為 ℃ (3)平均密度 [18] 已知：混合液密度： BBAALaa ??? ??1（ a 為質(zhì)量分數(shù)， ? 為平均相對分子質(zhì)量 ）(36) 混合氣密度： .v Pm vmRTm? ?? (37) 1 ?精 餾 段 ： ℃ 由 （ 2）知精餾段液相組成 x1=% 氣相組成 y1=% k m o lkgM L /)( ?????? k m o lkgM V /)( ?????? 2 ?提 餾 段 ： ℃ 由 （ 2）知提餾段液相組成 x2=% 氣相組成 y2=% 所以 k m o lkgM L /)( ?????? k m o lkgM V /)( ?????? 11 表 由不同溫度下 乙醇和水的密度 溫度 /℃ )/(3??mkgc? )/( 3??mkgw? 80 85 90 95 100 735 730 724 720 716 971． 8 968． 6 965． 3 961． 85 958． 4 由上表可得出不同溫度下水和乙醇的密度 （單位： 3??mkg ）。oo39。1 0 0 9 0 1 0 0 9 3 . 6 15 8 . 8 6 0 . 7 5 8 . 8 ???? 水水 表 面 張 力 ：， 39。 ????? 3/23/239。 ?????? 聯(lián)立方程組 ???????????sc39。sw2 ???? 代入求得 39。 ??? 醇 精餾段粘度： 1 1 1= x (1 )x? ? ???醇 水 sm P a3 6 3 )2 2 9 (3 4 3 2 9 3 ???????? 提餾段粘度： 2 1 2= 39。 2 6 4 . 8 8 3 1 1 . 6 5 7 6 . 4 8 /L L q F k m o l h? ? ? ? ? ? ?39。1 2 .2 1 .0 9 5 /2 .0 1STVu m sA? ? ? (2) 提餾段 取板間距： HT2= 及板上液層高度 hL2= 則 HT2 hL2 = 橫坐標數(shù)值：31 / 2 1 / 22 2223 . 2 4 1 0 9 3 6 . 6 2( ) ( ) 0 . 0 4 7 51 . 9 3 9 1 . 1 6s LsVLV ?? ??? ? ? ? 查圖可知 20 ? ， 0 . 2 0 . 220 2 5 . 9 90 . 0 7 6 ( ) 0 . 0 8 92 0 2 0LCC ?? ? ? ?180。 180。 2 20 .7 8 5 1 .6 2 .0 1TAm? ? ? 空塔氣速： 39。 ( ) ( )1000 owhm? ? ? 滿 足 要 求 39。39。 0 3 . 2 4 1 0 0 . 0 3 1 21 . 0 4 0 . 1 0o wLhmLu??? ? ?? 降液管底隙高度 不宜 小于 ～ ， 本結(jié)果 滿足要求。 80 = mm m? ，按 ， 39。 1 0 .3 5 1 .3 8 1 2 .1 6OF ? ? ? 閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在 9～ 13范圍內(nèi) 塔板開孔率 1 .0 9 5 1 0 0 % 1 0 .5 8 %39。 0 . 0 7 5 1 4 5aAt m mN? ? ?? 取 ，排得閥數(shù)為 178 塊 按 N=178 塊重新核算孔速及閥孔動能因數(shù) 22 221 .9 3 939。 0 .9 6 5 1 0 0 % 1 0 .5 8 %39。 （ 2）提餾段 根據(jù) 32 = 1 .1 6 / = 0 .4 5VTkg m H m? 及查 得系統(tǒng)因 數(shù) [19] ? ，泛點負荷系數(shù)圖 ? 10 2936 .62 100 % % ?? ? ? ? ??? ? ???泛 點 率 由計算可知，符合要求。 + 1 .6 3 6 4 39。 27 2m i n 33600= 0 . 0 0 2 8 4 ( ) 0 . 0 0 6Sow WLhE L ? 取 ? ，則 3m in 23= 088 7 m / 284 ( )SLs?? 由以上數(shù)據(jù)可繪制負荷性能圖，以精餾段為例，繪制 出負荷性能圖如下： 圖 由塔板負荷性能可以看出： ① 在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下的操作點 q（設(shè)計點）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；