【文章內(nèi)容簡介】 品組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）餾出液 90%乙醇釜液 4%乙醇50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)8進(jìn)料溫度： 泡點(diǎn) 進(jìn)料狀況 飽和液體進(jìn)料加熱方式 間接蒸汽加熱 回流比 自選 設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾。精餾過程的流程設(shè)計(jì)如下： 工藝流程如圖 1 所示。原料液由高位槽經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制a(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵,有時(shí)還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表） 。以測量物流的各項(xiàng)參數(shù)。圖 1 板式精餾塔的工藝流程簡圖 設(shè)計(jì)方案簡介設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。具體如下：50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)9 塔型的選擇本設(shè)計(jì)中采用篩板塔。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～15％。塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。壓降較低。缺點(diǎn)是塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 操作壓力的確定本設(shè)計(jì)采用常壓精餾，用常壓精餾可降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用。其中塔頂壓力為 180。 加料方式和加料熱狀況的選擇 加料方式采用直接流入塔內(nèi)。雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料 再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備的安排本設(shè)計(jì)精餾過程采用蒸汽間接加熱，在釜底設(shè)再沸器。塔頂設(shè)冷凝冷卻器，將塔頂蒸氣完全冷凝后再冷卻到 78℃左右回流入塔。塔頂通過回流比控制器分流，餾出產(chǎn)品進(jìn)入貯罐。 設(shè)計(jì)的依據(jù)與技術(shù)來源本設(shè)計(jì)依據(jù)于精餾的原理（即利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使輕重組分分離） ，并在滿足工藝和操作的要求，滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上， 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡化的模型，此次設(shè)計(jì)采用精確計(jì)算與軟件驗(yàn)算相結(jié)合的方法。50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)10第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì) 精餾塔全塔物料恒算F：原料液流量（ ） ：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）/kmolhFxD：塔頂產(chǎn)品流量（ ） ：塔頂組成（摩爾分?jǐn)?shù)）DW：塔底殘液流量（ ） ：塔底組成（摩爾分?jǐn)?shù)）/lW 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 X乙醇 MA = 水 MB = kg/kmol 進(jìn)料液中輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 35％的摩爾分率XF = …………(1.)/.????? 塔頂輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90％的摩爾分率XD= (1.)/. 塔底輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5％的摩爾分率XW= (1.)/.????? 原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾流量 M原料液 MF=xFMA+(1xF)MB=+()=塔頂 MD=xDMA+(1xD)MB = +()=塔底 MW=xWMA+(1xW)MB=+()= 物料衡算總物料衡算 F=D+W輕組分物料衡算 Fx F=DxD+Wxw原料液處理量 ??7510/294FM??73/ 圖 2 物料衡算圖18 kmol/h?下 610下 下 , 下 下 下 下 下 下 下 下 下下 下 ,下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下下 下 下 下 . 50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)11 即 =D+W=0..7788D+聯(lián)立解得 D=W= kmol/h 理論塔板數(shù)的求取理論板：是指在其上氣、液兩相都充分混合，且傳質(zhì)及傳熱過程阻力均為零的理想化塔板。因此進(jìn)入理論板的氣、液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，即兩相溫度相等，組成互成平衡。理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法，圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。考慮到繪圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故用 autoCAD 繪圖法繪圖。⑴ 由手冊(cè)查得常壓下乙醇水物系汽液平衡組成數(shù)據(jù)，如表 3 所示，表 3 乙醇水氣液平衡組成（摩爾）與溫度的關(guān)系乙醇摩爾數(shù) (%) 乙醇摩爾數(shù) (%)溫度 t/℃液相(x) 氣相(y)溫度 t/℃液相(x) 氣相(y)100 0 0 82 ⑵ 用 autoCAD 繪圖法繪出 xy 及 txy 圖（圖 4） 。繪圖求出理論板數(shù)（autoCAD 繪圖求值的方法見附錄一）⑶ 繪圖法求出最小回流比及操作回流比50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)12根據(jù)上述方法，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，所以 ，即 線為一直線，本平衡具有下1q?凹部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切：切點(diǎn) g（ ， ）為xgy， 。??所以 ..DR?故操作回流比取 ???⑷.精餾塔的氣，液相負(fù)荷精餾段 ()(.08)???/提餾段 39。 25/Kolh?39。 3..4./Fl⑸ 求取操作線方程：（精）??????（提）39。139。39。???下 下 611下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 n+1下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 , 下 下 下 下下 下 下 下 , 下 下 下 下 612下 下 下 下 下 下 下 下 下下 下 m下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下 下下 下 下 下 , 下 下 圖 3 精餾段物料衡算圖 提餾段物料衡算圖50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)13 圖 4 xy（txy）圖⑹ 計(jì)算理論板數(shù)在圖上做操作線，由點(diǎn)（，）起在平衡線與操作線間畫階梯，過精餾段操作線與 q 線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線交點(diǎn)小于 為止，由此得到：理論板 塊(含塔釜)1TN?其中精餾段 8 塊，提餾段 3 塊。加料板為第 8 塊理論板。 實(shí)際塔板數(shù)的求取塔板效率是氣、液兩相的傳質(zhì)速率、混合和流動(dòng)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(jì)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(duì)其進(jìn)行預(yù)測。工業(yè)裝置或?qū)嶒?yàn)裝置的實(shí)測數(shù)據(jù)是板效率最可靠的來源。全塔效率實(shí)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)式可用于塔板效率的估算。板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾（O’connell）關(guān)聯(lián)方法公式計(jì)算??.??LTE??50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)14式中：——塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度?——塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度L? smPa?與 取塔頂與塔底平均溫度下的值。對(duì)多組分物系，取關(guān)鍵組分的 。液?相的平均粘度 可按下式計(jì)算LiLx??? 計(jì)算平均黏度由上圖可準(zhǔn)確查得溫度 =℃ =℃ =℃DtFtWt全塔平均溫度 C????186。此溫度下的黏度如下表： 表 4 平均溫度下的黏度組分 乙醇 A 水 B黏度 μ(mPas) 則平均黏度 =+（）=? 計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度 由安托因公式(Antoine) 0logt+CBPA??注： ——純組分液體的飽和液體的蒸汽壓，kPa0P——Antoine 常數(shù)。全塔平均溫度 下乙醇，水的 Antoine 表 5 Antoine 常數(shù)值組分 A B C乙醇(A) 水（ B） 求得 A = kPa B = kPa0P0P相對(duì)揮發(fā)度 = =?0B 計(jì)算塔板效率 TE??.??LT?50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)15圖 5 全塔效率的關(guān)聯(lián)式圖代入數(shù)據(jù)求得塔板效率 ???????????? 計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)：精餾段 塊≈16 提餾段 塊≈6 ?全塔實(shí)際所需塔板數(shù) =22 塊PN加料板位置在第 16 塊塔板 操作壓強(qiáng)塔頂壓強(qiáng) P D=4+=進(jìn)料板壓強(qiáng) PF=PD+N 精 =+16=塔釜壓強(qiáng)降 Pw=PF+N 提 =+6=精餾段平均操作壓強(qiáng)= =??（ 精 ） .提餾段平均操作壓強(qiáng)= =（ 提 ） .7.全塔平均操作壓強(qiáng)50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)16 ?????（ 精 ） （ 提 ） 平均溫度由圖 2 可知 =℃ =℃ =℃DtFtWt精餾段平均溫度： ℃ ????提餾段平均溫度： ℃ 943FWt全塔平均溫度： C????186。 平均摩爾質(zhì)量由乙醇—水圖解理論板及 txy 圖查知 表 6 圖解理論板及 txy 值X y（圖解理論板） X(平衡曲線)XD= y1= X1=XF= y f = Xf =Xw= y w= Xw’ =進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量 氣相 MVmF= y f MA+(1 y f) MB =+() =液相 MLmF= Xf MA + (1Xf)MB =+() =塔底平均摩爾質(zhì)量 氣相 MVmW = y w MA + (1 y w )MB =+() =液相 MLmW=xw’MA + (1xw’)MB =+() =塔頂平均摩爾質(zhì)量 氣相 MVmD=yDMA+(1yD)MB =+() =液相 MLmD=xDMA+(1xD)MB =+() =50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)17平均摩爾質(zhì)量精餾段：氣相 ?????精液相 079LL精提餾段：氣相 ?????提液相 09LLMKm提全塔氣相 ?????精 提液相 9..4./LmMKml精 提表 7 平均摩爾質(zhì)量匯總 Kg/Kmol平均 mol 質(zhì)量液相 氣相精餾段 提餾段 全塔 平均密度 氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即氣相密度： mVVPMRT??精餾段 (278)Kgmt????精 精精提餾段 (.36)mVVPRt???提 提提全塔 ./2VVm Kgm???提 精 液相平均密度計(jì)算：50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)18 BALa???1其中： 為品質(zhì)分率，為 平均密度 。 查手冊(cè)在溫度 =℃ ， =℃， =℃下乙醇，水的密度如表 6：DtFtWt表 8 不同溫度下乙醇和水的密度溫度/℃ （ ）?乙 醇 3/kgm（ ）水?3/kgm 塔底液相平均密度 ?????= 3/Kg塔頂液相平均密度 ?????= 3/g進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 Aa = ????（ ）進(jìn)料液相平均密度 ??= /Kg提鎦段液相平均密度 ??????提精餾段液相平均密度 37..87./LFDm精全塔液相平均密度 ./Lmm Kgm??????精 提精表 9 平均密度匯總50000 噸乙醇～水篩板精餾塔及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)19 平均密度質(zhì)量塔段液相（Kg/ ）3m氣相(Kg/ )3m精餾段 提餾段 全塔 平均表面張力溶液表面張力可用下列各式計(jì)算=∑m?i x由手冊(cè)查得不同溫度下的表面張力如下：表 10 不同溫度下的表面張力表面張力 溫度 ℃ ℃ ℃乙醇(mN/m) 水(mN/