乙醇正丙醇精馏塔设计说明书.doc
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1、化学与环境工程学院化工原理课程设计设计题目:年产量1.5万吨乙醇-正丙醇精馏塔设计 专业班级: 指导教师: 学生姓名: 学 号: 起止日期 2023.06.13-2023.06.24 目录1设计任务32设计方案43.1 物料衡算73.2 摩尔衡算74塔体重要工艺尺寸84.1 塔板数的拟定84.1.1 塔板压力设计84.1.2 塔板温度计算84.1.3 物料相对挥发度计算104.1.4 回流比计算104.1.5 塔板物料衡算114.1.6 实际塔板数的计算124.1.7 实际塔板数计算134.2 塔径计算134.2.1 平均摩尔质量计算134.2.2 平均密度计算144.2.3 液相表面张力计算
2、154.2.4 塔径计算154.3 塔截面积164.4 精馏塔有效高度计算164.5 精馏塔热量衡算174.5.1 塔顶冷凝器的热量衡算174.5.2 全塔的热量衡算195板重要工艺尺寸计算225.1 溢流装置计算225.1.1 堰长225.1.2 溢流堰高度225.1.3 弓形降液管宽度Wd和截面积Af235.1.4 降液管底隙高度h0235.2 塔板布置235.2.1 塔板的选用235.2.2 边沿宽度和破沫区宽度的拟定245.2.3 鼓泡区面积的计算245.2.4 浮阀的数目与排列245.3 阀孔的流体力学验算265.3.1 塔板压降265.3.2 液泛275.3.3 液沫夹带285.3
3、.4 漏液306设计筛板的重要结果汇总表311设计任务物料组成:为乙醇45%、正丙醇55%(质量分数);产品组成:塔顶乙醇含量98%,塔顶易挥发组分回收率99%;操作压力:101.325kPa(塔顶绝对压力);加热体系:间接蒸汽加热,加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压);冷凝体系:冷却水进口温度25,出口温度45;热量损失:设备热损失为加热蒸汽供热量的5;料液定性:料液可视为抱负物系;年产量(乙醇):1.5万吨;每年实际生产时间:7200h;进料方式:饱和液体进料,q值为1;塔板类型: 浮阀塔板。厂址选地:北京地区2设计方案蒸馏装置涉及精馏塔、原料预热器、蒸馏釜(再沸器)、冷凝器、釜液冷却器
4、和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大,产品质量稳定等优点,本课程设计中年产量大(15000吨/年),所以采用连续蒸馏的方式。蒸馏过程根据操作压力的不同,可分为常压、减压和加压蒸馏。本设计中,由于物料乙醇、正丙醇都是易挥发有机物,所以常压操作,塔顶蒸汽压力为大气压,全塔的压力降很小。由任务书给定,进料热状况为泡点进料,加热方式采用间接蒸气加热,设立再沸器。塔底设冷凝回流装置。工艺流程设计:原料液的走向分派器产品贮罐再沸器釜液贮罐冷却器精馏塔原料预热器原料贮罐产品DL冷却器全凝器釜液WL考虑到蒸气压力对设备规定等各方面的影响,选用的蒸
5、气压力为5kgf/cm2冷凝水WC再沸器E-102低压蒸气LM冷凝水的走向换热器内物料走壳程,冷却水走管程冷却水CWR冷却器E-105冷却器E-104全凝器E-103冷却水CW3精馏塔物料衡算3.1 物料衡算已知数据:乙醇的摩尔质量MA=46.07kg/kmol,正丙醇摩尔质量MB=60.1kg/kmol,塔顶易挥发组分回收率=DXD/FXF=99%FXF=DXD+WXW (1) F=D+W(2)料液的平均摩尔质量MF=MAXF+MB(1-XF)=52.86 kg/kmol,F=150001000/72023/MF=39.41 Kmol/h,则:D=Kmol/hW=18.95Kmol/h,XW
6、=1.074%, 3.2 摩尔衡算原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量=52.86 kg/kmol=46.29 kg/kmol=59.95kg/kmol4塔体重要工艺尺寸4.1 塔板数的拟定4.1.1 塔板压力设计常压操作,即塔顶气相绝对压力p= kPa预设塔板压力降: kPa估计理论塔板数:18 估计进料板位置:12 塔底压力:Pw=101.325+0.618 =112.125 kPa进料板压力:101.325+0.612 =108.525 kPa精馏段平均压力:104.925kPa4.1.2 塔板温度计算温度(泡点)-液相组成关系式:又,则温度(泡点)-气相组成关系式: (1)温度-饱和蒸
7、汽压关系式(安托因方程):乙醇: (2)丙醇: (3)各层塔板压力计算公式: (4)塔顶:已知乙醇的气相组成y为产品组成0.9846,操作压力为常压,则通过联立(1)、(2)、(3)由计算机绘图可求得操作温度及组分饱和蒸汽压;塔底:已知乙醇组成0.01074,通过联立(2)、(3)、(4)并由计算机绘图可得实际操作温度及组分饱和蒸汽压。结果如下:塔顶:PA=103.1102 kPa PB=48.09452 kPa tD=78.6971塔底:PA=222.41892k Pa PB=110.42089 kPa tD=99.4145进料板:PA=162.15676 kPa PB=78.55308 k
8、Pa tD=90.20234.1.3 物料相对挥发度计算,根据上文求出的数据可得:塔顶: 2.1439 塔底: =2.01428 进料板:=2.0643平均相对挥发度: =2.0784.1.4 回流比计算最小回流比 (5)q线方程:采用饱和液体进料时q=1,故q线方程为:xq=xF=0.5163, (6) 相平衡方程:(6),(7)联立得:=0.5163, =0.68925,代入式(5)可以求得:最小理论板数=11.8687(涉及再沸器)最适回流比2.4974.1.5 塔板物料衡算精馏段操作线方程:,代入数据得:y =0.714x +0.286提馏段操作线 ,(),代入数据得:y = 1.26
9、5x -0.0028相平衡方程:用图解法求求理论板层数用逐板法求求理论板层数N=23(涉及再沸器)根据图表得出x1=0.968521, xF=0.496153, yF=0.671734.1.6 实际塔板数的计算4.1.6.1 黏度(通过液体黏度共线图差得)乙醇、正丙醇黏度共线图坐标值物质XY乙醇10.513.8正丙醇9.116.5全塔平均温度为:tm=89.0558 物料在平均温度下的粘度,通过查表可得:乙醇:正丙醇:全塔平均黏度计算公式:代入数据可得平均粘度 4.1.6.2总塔板效率普特拉博伊德公式:代入相关数据得:4.1.7 实际塔板数计算精馏段板数提馏段板数总板数N=48 (涉及塔釜再沸
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