1平 顶 山工学院分离工程设计书专业:化学工程与工艺学号 1114050118 姓名: 陈 瑞 红 设计日期:2008.6.11 2008.6.20:设计题目: 常压二元精馏筛板塔设计 设计条件: 水-乙醇连续精馏体系原料乙醇含量：质量分率=（30+0.5 18）=39原料处理量：质量流量=（10+0.1 18） =11.8tht产品要求：摩尔分数： 0.8Dx.05Wx工艺条件：常压精馏，塔顶全凝，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流， min(1.2)R:指导老师 李 翔2008. 6 2绪 论在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于 10.5%，板效率提高产量 15%左右；而压降可降低 30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少 40%左右；安装容易，也便于清理检修。乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常重要的。本次设计就是针对水乙醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望老师指出，以便订正。3目 录一、总体设计计算-4-1.1 气液平衡数据-41.2 物料衡算-41.3 塔板计算-6二、塔的工艺条件及物性数据计算-82.1 精馏段的数据-82.2 提馏段的数据-10三、塔和塔板主要工艺尺寸计算-113.1 塔径-11-3.2 有效高度-.123.3 溢流装置-.123.4 塔板布置-133.5 筛孔-13四、筛板的流体力学性能-14五、塔的负荷性能图-15六、讨论与优化-186.1 讨论-18-6.2 优化-18 七精馏塔计算数据- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19八、参考书目-204一、总体设计计算1.1 汽液平衡数据（760mm Hg ）乙醇%（mol) 温度液相 X 气相 Y 0.00 0.00 1001.90 17.00 95.57.21 38.91 89.09.66 43.75 86.712.38 47.04 85.316.61 50.89 84.123.37 54.45 82.726.08 55.80 82.332.73 58.26 81.539.65 61.22 80.750.79 65.64 79.851.98 65.99 79.757.32 68.41 79.367.63 73.85 78.7474.72 78.15 78.4189.43 89.43 78.151.2 塔的物料衡算1. 查阅文献，整理有关物性数据水和乙醇的物理性质5名称 分子式相对分子质量密度20 3/kgm沸 点101.33kPa比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s导热系数(20)/(m.)表面张力 (20)N/m水 2HO18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8乙醇 25C46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表常压下乙醇水系统 txy 数据如图。乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：1825时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为： 584532 103.108.016.964.072.8364.7 xxxx 式中 25时的乙醇和水的混合液的表面张力，N m；x乙醇质量分数，。其他温度下的表面张力可利用下式求得 2.121TC式中 1温度为 T1时的表面张力；Nm； 2温度为 T2时的表面张力；Nm；TC混合物的临界温度， TCx iTci ，K；xi组分 i 的摩尔分数； TCi组分 i 的临界温度， K。2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数X =F0.39/46.70.218X =D./.9.82.X =W0546702/./1863. 平均摩尔质量M =0.200 46.07+（1-0.200） 18.02=23.6 kg/kmolF4. 物料衡算已知：F= =50031.8026/kmolh总物料衡算 F=D+W=500易挥发组分物料衡算 0.8D+0.05W=500.0 0.200联立以上二式得：D=100kg/kmolW=400kg/kmol 1.3 塔板计算理论塔板数 的求取TN计算汽化分率 e;参数 有进料组成在 101.325kpa,泡点温度 151，露点温度 105进料温度为求最小回流比 Rmin 和操作回流比 R。由于是泡点进料， ，过点 做直线 交0.2qfx(0.2,)e0.2x平衡线于点 ，由点 可读得 ，因此：d357ymin(1) .81.02qxRyRmin =1.1337由工艺条件决定 R=1.8R min故取操作回流比 R=2.039求理论板数 塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压TN ip饱和蒸气压/kpa组分塔顶 进料 塔底水 49.24 81.45 101.33乙醇 112.57 105.3 224.4求平均相对挥发度塔顶 = = =2.29DABP12.5749进料 =F8.塔底 = =2.21W210.3全塔平均相对挥发度为= = =2.25mD= =F2.492.65理论板数 TN由芬斯克方程式可知N = =min 1lX1lmgWDg0.81.54.32.ggll且 in2.039.3R由吉利兰图查的 即min.TN4.0.392TN解得 =8.39 （不包括再沸器）T进料板min10.81.20lglg1.39l l.65DFxN8前已经查出 即 min0.392TN2.390.TN解得 N=5.2故进料板为从塔顶往下的第 6 层理论板 即 =6F总理论板层数 =8.39 （不包括再沸器）TN进料板位置 =6F(4)、全塔效率 TE因为 =0.17-0.616lg m根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘计划经济为=0.200 0.34+（1-0.200） 0.3165=0.3212m=0.17-0.616lg0.3212=0.47TE3、实际塔板数 精馏段塔板数： 513TNE精提馏段塔板数： 6T提二、塔的工艺条件及物性数据计算2.1 以精馏段为例：1、 操作压力为 Pm塔顶压力： =4+101.3=105.3D若取每层塔板压强 =0.7kpa则进料板压力： =105.3+13 0.7=114.4kpaF精馏段平均操作压力 = kpaPm14.05.319.822、温度 mt根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得塔顶 =81DtC9进料板 =94.5FtC=mt精 8194.57.23.摩尔质量 M塔顶 =0.830.8Dxy= 0.8 46.07+（1-0.8） 18.02=40.4 kg/kmolVD=0.83 46.07+（ 1-0.83） 18.02=41.24 kg/kmolLM进料板： = 0.46 =0.12FyFx= 0.46 46.07+（1-0.46） 18.02=30.88 kg/kmolVF=0.12 46.07+（1-0.12） 18.02=21.36 kg/kmolL精馏段的平均摩尔质量= kg/kmol,VM精 40.385.42= kg/kmol,L精 1.614、平均密度 m液相密度 ,L=,1Lm,ABLw塔顶： = =753.02,L0.92.87351,Lm3/Kg进料板上 由进料板液相组成 =0.12Ax=Aw0.246.70.258.1(1).=,LFm58.710=885.9,LFm3/Kg故精馏段平均液相密度 =,Lm精 75.028.91.53/Kgm气相密度 ,V=,Vm精 PMRT精 109.853.41.298(27)3/g5、液体表面张力 m= 1nix=0.8 16.9+(1-0.8) 0.62=13.64.mD/mN=0.12 16.0+(1-0.12) 0.6=2.448,F=,m精 13.6428.04/6、液体粘度 ,L=,