分离乙醇—水混合液筛板精馏塔设

1、目录1. 筛板精馏塔的设计 111 塔型的选择 11.2 设计条件的选择 11.3 物料衡算 11.4 相平衡关系 11.5 塔板数的确定 11.5.1 确定进料热状态 11.5.2 求最小回流比 Rmin21.5.3 选择回流比 R21.5.4 求取理论板数 NT21.5.5 灵敏板的确定 21.5.6 确定实际板数 N21.6 塔板的设计 只设计精馏段） 21.6.1 塔径初选与计算 31.6.2 塔板详细设计 41.7 负荷性能图 42 板塔的工艺设计 52.1 塔的类型是：板式塔 52.2 设计条件的选择 52.3 精馏塔全塔物料恒算 5 2.4相平衡关系 62.5 塔板数的确定 62

2、.5.1 确定进料热状态 62.5.2 求最小回流比 Rmin62.5.3 选择回流比 R62.5.4 相对挥发度 72.5.5 求取理论板数 NT72.5.6 确定实际板数 N83塔径初选与计算 93.1 物性数据 103.1.1 定性温度： 103.1.2 气相和液相平均摩尔量 103.1.3 液相轻组分质量分率与气相和液相平均密度3.1.4 气相和液相体积流量 123.1.5 混合液体液表面张力 133.1.6 混合液的黏度 153.1.7 相对挥发度 163.2 选取板间距 HT163.3 液泛气速 umax 和气速 u163. 4 降液管型式与堰长 lw ，计算塔径 D173.4.1

3、 降液管型式：单流型 173.4.2 堰长 lw173.4.3 塔径 D173.5 塔板详细设计 173.5.1 溢流堰的型式和高度 hw173.5.2 降液管和受液盘的结构及有关尺寸 18 3.6塔板布置 183.7 塔板校核 193.7.1 降液管液泛 193.7.2 降夜管内停留时间 203.7.3 液沫夹 20203.7.4 漏液克服液面表面张力的作用引起的压降3.8 负荷性能图 213.8.1 气体流量的流体力学上下线 21附图124附图225参考文献 261.筛板精馏塔的设计2.4相平衡关系可认为对本次设计给出的物系，溶液为理想溶液，气体为理想气体。查平衡数据，将t，xA，yA三个

4、参数同时绘制在一张方格纸上作tx (y> 图，然后根据tx (y> 图作yx图见附图1 o2.5塔板数的确定确定进料热状态泡点进料：'求最小回流比Rmin用图解法确定 、因为泡点进料，根据y-x曲线图知：X T选择回流比R相对挥发度精馏段挥发度：由'，'所以提溜段挥发度：由得:所以求取理论板数NT理论板：指离开这种板的气、液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均 匀。理论板的计算方法：可采用逐板计算法、图解法，在本次实验设计中可采 用图解法。根据在下，乙醇一水的气、液平衡组成关系可绘制出平衡曲线，即X y曲线图，泡点进料，所以q=1，即q为一直线，本平衡具有以下

5、凹 部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，如图< 图14):操作线回流比已知：精馏段操作线方程提溜段操作线方程:精馏段平衡方程：第i块塔板上升蒸汽的组成：；提馏段平衡方程：1第i块塔板下降液体的组成：第二块塔板上升蒸汽的组成:第二块下降液体的组成:因为；按提馏段方程计算:第三块上升蒸汽的组成：第三块下降液体的组成:第八块上升蒸汽组成:第八块下降液体的组成:在图上作操作线，有点 <）气在平衡线与操作线见画阶梯，过精溜段操作线与q线交点，直到阶梯与平衡线交与小于 亠为止，由此得到 理论板 I块<包括再沸器）加料板为第3块理论板。确定实际板数N板效率与塔板结构、操作条件、物

6、质的物理性质即流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度，板效率可用奥康奈尔公式式中a塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度;塔顶与塔底的平均温度下的液相黏度；塔顶与塔底平均温度下的黏度-<1）精馏段已知： 亠，1所以:故:<2）提溜段已知：J 一 所以：I_全塔所需实际塔板数:3.塔径初选与计算表1 1乙醇一水气、液平衡组成与温度关系沸点t/厂乙醇分子/%液相）乙醇分子/%气相）沸点t/厂乙醇分子/%液相）乙醇分子/%气相）100008227.356.4499.90.0040.05381.532.7359.2699.80.040.5181.333.2458.7899.70.

7、050.7780.739.6561.2299.50.121.5780.642.0962.2299.20.232.9080.148.9264.70990.313.72579.8552.6866.2898.750.394579.850.7965.6497.640.798.7679.751.9865.9995.81.6116.3479.561.0270.2995.51.9017.0079.357.3268.4191.34.1629.9279.265.6472.7189.07.2138.9178.9568.9274.6987.97.4139.6178.7572.3676.9386.79.6643.75

8、78.7474.7278.1585.312.3847.0478.675.9979.2685.212.6447.4978.479.8281.8384.116.6150.8978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.723.3754.4578.1589.4189.4182.325.7555.7478.1589.4389.4382.326.0855.803.1物性数据定性温度:利用表1 1中数据由拉格朗日插值可求得1 3 、精馏段平均温度:提溜段温度:气相和液相平均摩尔量精馏段，=80.21 C液相组成：气相组成H所以 二二=47.78%=64.6

9、9%I_ 亠_| =I_I提溜段液相组成：=5.50%气相组成：|所以1I一 三I液相轻组分质量分率与气相和液相平均密度精馏段液相轻组分质量分率与提馏段液相清组分：气相和液相的平均密度：精馏段气相和液相的密度表1 2不同温度下乙醇和水的密度温度/ Cad温度厂c凶80735971.885720961.8585730968.6100716958.490724965.3求得与下的乙醇和水的密度同理:在精馏段：液相密度1 气相密度: 在提溜段：液相密度1 气相密度:气相和液相体积流量因为泡点进料，根据y-x曲线图知:取提溜段已知:则有质量流量:体积流量: 提溜段：因本设计为饱和液体进料，所以q=1已

10、知:体积流量:混合液体液表面张力不同温度下乙醇和水的表面张力见表 1 3。二兀有机物一水溶液表面张力 可用下列各式计算。x|式中下角标,s、0、W分别代表水、有机物及表面部分，也、指主体部分的分子数，、为主体部分分子体公式：1乙醇表面张力:表1 3乙醇和水不同温度下的表面张力温度厂C708090100乙醇表面张力1817.1516.215.2水表面张力/64.362.660.758.8精馏段水表面张力:因为1，所以联立方程组:代入求得：提馏段乙醇表面张力:水表面张力：凶因为，所以II联立方程组:代入求得:混合液的黏度，查表得:，查表得:精馏段黏度:提溜段黏度:相对挥发度得:精馏段挥发度：由所以

11、提溜段挥发度：由亠n ，二1X I X 3.2选取板间距HT取板间距：3.3液泛气速umax和气速u<1）精馏段由 u=(0.60.8>3=c式中C可由史密斯关联图查出:横坐标数值:取板间距：查图可知:<2）提溜段横坐标数值:取板间距：差图可知3.4降液管型式与堰长lw,计算塔径D降液管型式：单流型3.4.2 堰长 l w设:343塔径D精馏段：圆整:横截面积:1 1 提馏段：圆整：横截面积：3.5塔板详细设计溢流堰的型式和高度 hw出口堰高：本设计米用平直堰，堰上液高按下式计算:精馏段:提溜段:降液管和受液盘的结构及有关尺寸<1 ）降液管的横截面和宽度查图得:<

12、2）降液管底隙高度精馏段：取降液管的底隙的流速:提溜段:3.6塔板布置筛孔按正三角形排列，取孔径LrJ鼓泡区的面积:取，由查图知：E|3.7塔板校核降液管液泛取板厚度查图8-20确定子流系数故气体的动能因子:查表8-19确定充气系数液体通过降塔板的压降液柱液体通过降夜管的压降液柱降夜管内清夜层高度，并取泡沫相对密度 一1 ，可见满足要求，即降夜管内停留时间降液管内不会发生液泛L±sJ停留时间,可见停留时间足够长，不会发生气泡夹带现象液沫夹可见液沫夹带量可以允许漏液克服液面表面张力的作用引起的压降漏液点气速3.8负荷性能图气体流量的流体力学上下线1）漏液线将漏液线看成直线，取其上两点以大致确定其位置第一取设计点的液体流量，相应漏液点的气体体积流量为：第二点取液体流量为对应的漏液点气速为2）液体流量下限线，令,故:在负荷性能图处做垂直线，即为液体流量下限线根据两点，作直线即为漏液线3）液体流量上线取降液管内停留时间为3s在负荷性能图1处作垂直直线，即为液体流量上限线4）过量也沫夹带线第一点为，解出于是第二点取液体流量为根据