分離乙醇—水混合液篩板精餾塔設(shè)

1、目錄1. 篩板精餾塔的設(shè)計(jì) 111 塔型的選擇 11.2 設(shè)計(jì)條件的選擇 11.3 物料衡算 11.4 相平衡關(guān)系 11.5 塔板數(shù)的確定 11.5.1 確定進(jìn)料熱狀態(tài) 11.5.2 求最小回流比 Rmin21.5.3 選擇回流比 R21.5.4 求取理論板數(shù) NT21.5.5 靈敏板的確定 21.5.6 確定實(shí)際板數(shù) N21.6 塔板的設(shè)計(jì) 只設(shè)計(jì)精餾段） 21.6.1 塔徑初選與計(jì)算 31.6.2 塔板詳細(xì)設(shè)計(jì) 41.7 負(fù)荷性能圖 42 板塔的工藝設(shè)計(jì) 52.1 塔的類型是：板式塔 52.2 設(shè)計(jì)條件的選擇 52.3 精餾塔全塔物料恒算 5 2.4相平衡關(guān)系 62.5 塔板數(shù)的確定 62

2、.5.1 確定進(jìn)料熱狀態(tài) 62.5.2 求最小回流比 Rmin62.5.3 選擇回流比 R62.5.4 相對揮發(fā)度 72.5.5 求取理論板數(shù) NT72.5.6 確定實(shí)際板數(shù) N83塔徑初選與計(jì)算 93.1 物性數(shù)據(jù) 103.1.1 定性溫度： 103.1.2 氣相和液相平均摩爾量 103.1.3 液相輕組分質(zhì)量分率與氣相和液相平均密度3.1.4 氣相和液相體積流量 123.1.5 混合液體液表面張力 133.1.6 混合液的黏度 153.1.7 相對揮發(fā)度 163.2 選取板間距 HT163.3 液泛氣速 umax 和氣速 u163. 4 降液管型式與堰長 lw ，計(jì)算塔徑 D173.4.1

3、 降液管型式：單流型 173.4.2 堰長 lw173.4.3 塔徑 D173.5 塔板詳細(xì)設(shè)計(jì) 173.5.1 溢流堰的型式和高度 hw173.5.2 降液管和受液盤的結(jié)構(gòu)及有關(guān)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 降夜管內(nèi)停留時(shí)間 203.7.3 液沫夾 20203.7.4 漏液克服液面表面張力的作用引起的壓降3.8 負(fù)荷性能圖 213.8.1 氣體流量的流體力學(xué)上下線 21附圖124附圖225參考文獻(xiàn) 261.篩板精餾塔的設(shè)計(jì)2.4相平衡關(guān)系可認(rèn)為對本次設(shè)計(jì)給出的物系，溶液為理想溶液，氣體為理想氣體。查平衡數(shù)據(jù)，將t，xA，yA三個(gè)

4、參數(shù)同時(shí)繪制在一張方格紙上作tx (y> 圖，然后根據(jù)tx (y> 圖作yx圖見附圖1 o2.5塔板數(shù)的確定確定進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料：'求最小回流比Rmin用圖解法確定 、因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，根據(jù)y-x曲線圖知：X T選擇回流比R相對揮發(fā)度精餾段揮發(fā)度：由'，'所以提溜段揮發(fā)度：由得:所以求取理論板數(shù)NT理論板：指離開這種板的氣、液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均 勻。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)中可采 用圖解法。根據(jù)在下，乙醇一水的氣、液平衡組成關(guān)系可繪制出平衡曲線，即X y曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1，即q為一直線，本平衡具有以下

5、凹 部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，如圖< 圖14):操作線回流比已知：精餾段操作線方程提溜段操作線方程:精餾段平衡方程：第i塊塔板上升蒸汽的組成：；提餾段平衡方程：1第i塊塔板下降液體的組成：第二塊塔板上升蒸汽的組成:第二塊下降液體的組成:因?yàn)?；按提餾段方程計(jì)算:第三塊上升蒸汽的組成：第三塊下降液體的組成:第八塊上升蒸汽組成:第八塊下降液體的組成:在圖上作操作線，有點(diǎn) <）氣在平衡線與操作線見畫階梯，過精溜段操作線與q線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線交與小于 亠為止，由此得到 理論板 I塊<包括再沸器）加料板為第3塊理論板。確定實(shí)際板數(shù)N板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物

6、質(zhì)的物理性質(zhì)即流體力學(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公式式中a塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度;塔頂與塔底的平均溫度下的液相黏度；塔頂與塔底平均溫度下的黏度-<1）精餾段已知： 亠，1所以:故:<2）提溜段已知：J 一 所以：I_全塔所需實(shí)際塔板數(shù):3.塔徑初選與計(jì)算表1 1乙醇一水氣、液平衡組成與溫度關(guān)系沸點(diǎn)t/廠乙醇分子/%液相）乙醇分子/%氣相）沸點(diǎn)t/廠乙醇分子/%液相）乙醇分子/%氣相）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物性數(shù)據(jù)定性溫度:利用表1 1中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得1 3 、精餾段平均溫度:提溜段溫度:氣相和液相平均摩爾量精餾段，=80.21 C液相組成：氣相組成H所以 二二=47.78%=64.6

9、9%I_ 亠_| =I_I提溜段液相組成：=5.50%氣相組成：|所以1I一 三I液相輕組分質(zhì)量分率與氣相和液相平均密度精餾段液相輕組分質(zhì)量分率與提餾段液相清組分：氣相和液相的平均密度：精餾段氣相和液相的密度表1 2不同溫度下乙醇和水的密度溫度/ Cad溫度廠c兇80735971.885720961.8585730968.6100716958.490724965.3求得與下的乙醇和水的密度同理:在精餾段：液相密度1 氣相密度: 在提溜段：液相密度1 氣相密度:氣相和液相體積流量因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，根據(jù)y-x曲線圖知:取提溜段已知:則有質(zhì)量流量:體積流量: 提溜段：因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以q=1已

10、知:體積流量:混合液體液表面張力不同溫度下乙醇和水的表面張力見表 1 3。二兀有機(jī)物一水溶液表面張力 可用下列各式計(jì)算。x|式中下角標(biāo),s、0、W分別代表水、有機(jī)物及表面部分，也、指主體部分的分子數(shù)，、為主體部分分子體公式：1乙醇表面張力:表1 3乙醇和水不同溫度下的表面張力溫度廠C708090100乙醇表面張力1817.1516.215.2水表面張力/64.362.660.758.8精餾段水表面張力:因?yàn)?，所以聯(lián)立方程組:代入求得：提餾段乙醇表面張力:水表面張力：兇因?yàn)?，所以II聯(lián)立方程組:代入求得:混合液的黏度，查表得:，查表得:精餾段黏度:提溜段黏度:相對揮發(fā)度得:精餾段揮發(fā)度：由所以

11、提溜段揮發(fā)度：由亠n ，二1X I X 3.2選取板間距HT取板間距：3.3液泛氣速umax和氣速u<1）精餾段由 u=(0.60.8>3=c式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出:橫坐標(biāo)數(shù)值:取板間距：查圖可知:<2）提溜段橫坐標(biāo)數(shù)值:取板間距：差圖可知3.4降液管型式與堰長lw,計(jì)算塔徑D降液管型式：單流型3.4.2 堰長 l w設(shè):343塔徑D精餾段：圓整:橫截面積:1 1 提餾段：圓整：橫截面積：3.5塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)溢流堰的型式和高度 hw出口堰高：本設(shè)計(jì)米用平直堰，堰上液高按下式計(jì)算:精餾段:提溜段:降液管和受液盤的結(jié)構(gòu)及有關(guān)尺寸<1 ）降液管的橫截面和寬度查圖得:<

12、2）降液管底隙高度精餾段：取降液管的底隙的流速:提溜段:3.6塔板布置篩孔按正三角形排列，取孔徑LrJ鼓泡區(qū)的面積:取，由查圖知：E|3.7塔板校核降液管液泛取板厚度查圖8-20確定子流系數(shù)故氣體的動(dòng)能因子:查表8-19確定充氣系數(shù)液體通過降塔板的壓降液柱液體通過降夜管的壓降液柱降夜管內(nèi)清夜層高度，并取泡沫相對密度 一1 ，可見滿足要求，即降夜管內(nèi)停留時(shí)間降液管內(nèi)不會發(fā)生液泛L±sJ停留時(shí)間,可見停留時(shí)間足夠長，不會發(fā)生氣泡夾帶現(xiàn)象液沫夾可見液沫夾帶量可以允許漏液克服液面表面張力的作用引起的壓降漏液點(diǎn)氣速3.8負(fù)荷性能圖氣體流量的流體力學(xué)上下線1）漏液線將漏液線看成直線，取其上兩點(diǎn)以大致確定其位置第一取設(shè)計(jì)點(diǎn)的液體流量，相應(yīng)漏液點(diǎn)的氣體體積流量為：第二點(diǎn)取液體流量為對應(yīng)的漏液點(diǎn)氣速為2）液體流量下限線，令,故:在負(fù)荷性能圖處做垂直線，即為液體流量下限線根據(jù)兩點(diǎn)，作直線即為漏液線3）液體流量上線取降液管內(nèi)停留時(shí)間為3s在負(fù)荷性能圖1處作垂直直線，即為液體流量上限線4）過量也沫夾帶線第一點(diǎn)為，解出于是第二點(diǎn)取液體流量為根據(jù)