浮阀板式精馏塔设计方案

浮阀板式精馏塔设计方案

第1章设计条件与任务

1.1设计条件

在常压操作的连续板式精馏塔分离乙醇-水混合物。塔釜直接蒸汽加热，生产能力和产品的质量要求如下：

生产能力：年处理乙醇-水混合液35 000吨(300天/年）

原料：乙醇含40%(质量分数，下同）的常温液体

分离要求：塔顶乙醇含量为93%

塔底乙醇含量为0.35%

操作条件：①塔顶压力：4kPa(表压)；②进料热状态：自选；③回流比：自选；④单板压降≤0.7kPa。

建厂地址：

1.2设计任务

1 全塔物料衡算、操作回流比和理论塔板数的确定。

2 计算冷凝器和再沸器热负荷。

3 计算精馏段、提馏段的塔板效率，确定实际塔板数。

4 估算塔径。

5 板式塔的工艺尺寸计算，包括溢流装置与塔板的设计计算。

6 塔板的流体力学性能校核，包括板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛的校核。

7 绘制塔板的负荷性能图。塔板的负荷性能图由液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线、液沫夹带线和溢流液泛线确定。

8 塔的结构确定，包括塔体结构与塔板结构。

塔体结构：塔顶空间，塔底空间，人孔(手孔），支座，封头，塔高等。

塔板结构：采用分块式塔板还是整块式塔板。

9 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底(蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型(视情况而定）。

10 精馏塔各接管尺寸的确定。

11 绘制精馏塔系统工艺流程图。

12 绘制精馏塔装配图。

13 编写设计说明书。

14计算机要求：编写程序、CAD绘图等。

15 英语要求：撰写英文摘要。

16 设计说明书要求：逻辑清楚，层次分明，书写工整，独立完成。

第2章设计方案的确定图2.1 板式精馏塔的工艺流程简图

第3章 精馏塔的工艺设计

3.1全塔物料衡算

3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数

9346=

0.8391937

4618D A

D D D A B

w M x w w M M ==-++

40

46=

0.20714060

4618F A

F F F A B

w M x w w M M ==-++

5

46=0.02

1595

4618W A

W W W A B

w M x w w M M ==-++

3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量

)4.3(/79.23)-1(kmol

kg M x M x M B

F A F F =+= )5.3(/492.41)-1(kmol kg M x M x M B D A D D =+= )

6.3(/56.18)-1(kmol

kg M x M x M B

W A W W =+=

3.1.3物料衡算进料处理量

h kmol F /33.204)79.2324300/(100035000=⨯⨯⨯=

3.1.4物料衡算

总物料衡算(直接蒸汽加热）：

(3.7)F S W D +=+

轻组分(乙醇）衡算：

(3.8)F W D Fx Wx Dx =+

由恒摩尔流假设得：

(3.9)S L D =+

3.2实际回流比

由数据手册查的乙醇-水的物系汽液平衡数据如下：

表3.1 常压下的乙醇-水的气液平衡数据

t/℃ x y t/℃ x y 100 0 0 81.5 0.3273 0.5826 95.5 0.019 0.17 80.7 0.3965 0.6122 89 0.0721 0.3891 79.8 0.5079 0.6564 86.7 0.0966 0.4375 79.7 0.5198 0.6599 85.3 0.1238 0.4704 79.3 0.5734 0.6841 84.1 0.1661 0.5089 78.74 0.6763 0.7385 82.7 0.2337 0.5445 78.41 0.7472 0.7815 82.3 0.2608 0.558 78.15 0.8943 0.8942

3.2.1最小回流比及实际回流比确定

根据101.325KPa 下，乙醇-水的汽液平衡组成关系绘出乙醇-水t-x-y 和x-y 图，因为乙醇-水相平衡线具有下凹部分，在操作线与平衡线的交点尚未落到平衡线上以前，操作线已于平衡线相切，所以采用从(X D..X D ）做相平衡线下凹部分做切线，切线的斜率即为R min /R min +1,由此可求出R min 由程序得到(见图3.2）：

由下图可得

R

min /R min +1=0.618

R min =1.62

确定回流比 R=(1.1-2.0）R min

通过尝试比较板数初步取实际操作回流比为理论回流比的1.7倍：

R=1.7R min =2.78

图3.2 最小回流比的确定 求解得到：

F=204.33kmol/h D=42.63kmol/h S=161.49kmol/h W=323.19kmol/h

3.2.2操作线方程

(1）精馏段操作线方程： （3.10）

(2）提馏段操作线方程：（3.11）

3.2.3汽、液相负荷计算

(1）精馏段: (1)161.49kmol/h V R D =+= （3.12）

118.51kmol/h L RD == （3.13）

(2）提馏段：

(1)(1)161.49kmol/h V q F R D V -

=+-=+= （3.14）

F +323.19kmol/h L q RD qF L -

=+== （3.15）

3.3理论塔板数确定

通过Excel 程序，根据相平衡线和精馏段和提馏段段操作线方程做Excel 程序，直到与板块的

液体组成小于0.02为止，由此，得到理论板16块，加料板为第15块理论板。 (由程序可以得到每一块理论板上乙醇汽液组成）如下：

表3.3每块板的气液组成

塔板数 x y [0,0.1868] [0.1868,0.595

5] [0.5955,0.894

1] 1 0.8252 0.8387 0.0902 2.4011 0.8252 2 0.8120 0.8288 0.0892 2.2447 0.8120 3 0.7988 0.8190 0.0881 2.0997 0.7988 4 0.7854 0.8093 0.0871 1.9624 0.7854 5 0.7713 0.7994 0.0860 1.8297 0.7713 6 0.7561 0.7891 0.0849 1.6985 0.7561 7 0.7392 0.7779 0.0837 1.5658 0.7392 8 0.7198 0.7655 0.0824 1.4286 0.7198 9

0.6966 0.7512 0.0808 1.2830 0.6966 10 0.6672 0.7341 0.0790 1.1248 0.6672 11 0.6274 0.7124 0.0767 0.9484 0.6274 12 0.5686 0.6832 0.0735 0.7477 0.5686 13 0.4692 0.6399 0.0689 0.5189 0.4692 14 0.2737 0.5667 0.0610 0.2737 0.2601 15 0.0890 0.4228 0.0455 0.0890 -0.3456 16

0.0148

0.1378

0.0148

0.0246

-2.6519

3.4实际塔板数确定

0.2450.49() (3.16)T L E αμ-=

式中：α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度

L μ(1）精馏段：