水乙醇体系二元精馏筛板塔设计.docx
南京工业大学化工原理课程设计任务书专业：生物工程班级：生99136姓名：陈实设计日期:2023年6月17日至2023年6月26日设计题目:常压二元精储筛板塔设计设计条件:水乙醉体系1 .进料F=6kmo1hq=0Xf=O.452 .压力：P顶=4KPa单板压降W0.7KPa3 .采用电加热，塔顶冷凝水采用12深井水4 .规定：Xd=O.88Xw=0.015 .选定RZRmin=1.6指导教师：居沈贵2023年6月26日-XZ-刖S在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸取、解吸、精储、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到达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持续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在多种塔型中，目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，对筛板塔作了较充足的研究并且通过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计措施。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力不小于10.5%,板效率提高产量15%左右；而压降可减少30%左右；此外筛板塔构造简朴，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装轻易，也便于清理检修。本次设计就是针对水乙醇体系，而进行时常压二元筛板精馆塔的设计及其辅助设备於I选型。由于本次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切但愿各位老师指出，以便订正。一、总体设计计算1.1 气液平衡数据1.2 物料衡算-1.3 操作线及塔板计算1.4 全塔Et%和Np的计算二、混合参数计算2.1 混合参数计算2.2 塔径计算2.3 塔板详细计算2.4 校核-2.5 负荷性能图三、筛板塔数据汇总3.1 全塔数据3.2 精馆段和提储段的数据四、讨论与优化4.1 讨论4.2 优化-五、辅助设备选型5.1 全凝器5.2 泵一、总体设计计算1.1汽液平衡数据(76OmmHg)乙醇(mo1)温度液相X气相Y1.9017.0095.57.2138.9189.09.6643.7586.712.3847.0485.316.6150.8984.123.3754.4582.726.0855.8082.332.7358.2681.539.6561.2280.750.7965.6479.851.9865.9979.757.3268.4179.367.6373.8578.7474.7278.1578.4189.4389.4378.151.1-1己知：1 .进料：F=6kmo1/hq=0Xf=O.452 .压力：P顶=4KPa单板压降0.7KPa3 .采用电加热，塔顶冷凝水采用12°C深井水4 .规定：Xd=O.88Xw=0.015 .选定：RRmin=1.6D=(Xf-XwMXd-Xw)XF=(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03kmo1/hW=F-D=6-3.03=2.97kmo1/h查y-x图得Xd(Rmi+1)=0.218.*.Rmin=3.037/.R=I.6Rmin=4.859,饱和蒸汽进料q=01=RD=4.859×3.03=14.723kmo1/hV=(R+1)D=(4.859+1)×3.O3=I7.753kmo1/h1'=1+qF=14.723+0×6=i4.723kmo1/hV,=V-(1-q)F=17.753-(1-0)×6=11.753kmo1/h1.3操作线及塔板计算1 .精馆段操作线：Y=R×X(R+1)+Xd(R+1)Y=0.829X+0.1502 .提储段操作线：Y=(1'V')×X-(WV')×XwY=1.253X-0.000253 .理论塔板的计算运用计算机制图获得理论板数N1=29.33块，其中精储段塔板Nu=26.85块，第27块为加料板,提储段N12=2.48块。4 .4全塔Et%和NP的计算1 .精储段：t=(tra+t进)=(79.25+87.32)/2=83.2850CXa=0.34Xb=I-Xa=O.66Ya=0.59b=i-a=.41查得液体粘度共线图a=0.382cp,b=0.592cp1=YaXb1XaYb=1.454查得：Et%=0.49(1)0245=0.5471Np=N11Et1=49.082 .提储段：t=(t底+t进)/2=(99.9+87.32)/2=93.61Xa=O.045Xb=I-Xa=O.955Ya=O.27b=i-a=o.730查得液体粘度共线图a=0.468cp,b=0.532cp1=Xii=O.045×0.468+0.955×0.532=0.52911=YaXb1XaYb=4.15查得：Et2%=0.49(1)0245=0.346Np2=N12Et2=7.17：Np=Np+Np2=49.08+7.17=56.25圆整为57块其中精锚段49块，提储段8块。二混合参数计算2.1 混合参数计算溶质C2H5OH分子量：Ma=46.07kg/kmo1溶剂HzO分子量：Mb=18.016kg/kmo1pa=0.789g/m1pb=1.000g/m1(1)精储段:进料板液体温度：t进=87.32塔顶温度：t顶=79.25tm=(87.32+79.25)/2=83.285Xm=O34Ym=0.59a=0.382cpb=0.592cpM1=XmXMa+(1-Xm)Mb=O.34x46.07+(1-0.34)x18.016Mg=Ym×Ma+(1-Ym)Mb=O.59×46.07+(1-0.59)×18.016=34.56kg/kmo1质量分率：Wa=XmMaZM1=O.34×46.07/27.55=0.6855Wb=I-Wa=1-0.6855=0.31451p=Wapa+Wbpb=O.6855/0.789+0.3145/1.00p=845.1kgm3P=105325PaPv=PMsZRT=105325×34.56/(8314×(273.15+79.25).*.pv=1.2424kgm3(2)提储段：tis=87.32Ct=99.90Ctm=93.6CXm=0.045Ym=0.27M1=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.045×46.07+(1-0.045)×18.016=19.278kg/kmo1Mg=YmXMa+(1-Ym)Mb=O.27x46.07+(1-0.27)x18.016质量分率：Wa=XmMaM1=0.045×46.0719.278=0.1275Wb=I-Wa=I-0.1275=0.87251p=Waa+Wbpb=O.1275/0.789+0.8725/1p=1.0341kgm3P=105325Papv=PMgRT=105325×25.59/(8314×(273.15+93.16).*.PV=O.8839kgm3a=58.46dyn/cm,b=18.4dyn/cm=X=0.688×58.46+(1-0.688)×18.4=45.96dyn/cm2.2 塔径计算(1)精储段：1s=1×M1(3600p)=442.03×27.55(3600×845.1)=0.004m/sVs=V×Mv(3600pv)=543.39×34.56(3600×1.1952)=4.365mstm=83.285oC此温度下液体的表面张力a=18.2dyn/cmb=67.3dyn/cmG=XmOa+(1Xm)Ob=O.34X18.2+0.66x67.3=50.606两相流动参数：Fv=1sVs×(v)05=0.000130.137×(845.11.2424)o5=O.O247初设板间距H=0.5m清液层高度H1=0.06m/.Ht-H1=O.44m查得：Cf12O=0.093液气气相负荷因子：Cf=(2O)o20×Cf.2o=0.112气体气速：Un.f=Cf(pi-pv)pv05=0.1I2×(845.1-1.2424)/1.242405=2.919m/s空速：u=0.7un,f=0.7×2.919=2.0433m/s初估塔径：D=(Vs(0.785un)05=(0.137/(0.785×2.0433)o5=O.292m圆整为D=O.3mur=vs(0.785×D2)=0.137(0.785×0.32)=1.939m/s实际泛点百分率：utu,f=1.939/2.919=0.6643(2)提储段：1s=1,×M(3600p)=14.723×19.278(3600×1034.1)=0.000076m/sVs=V,×Mv(3600pv)=11.753×25.59(3600×0.8839)=0.0945m/stm=93.6C此温度下液体的表面张力a=18.2dyn/cmb=67.3dyn/cmO=XmOa+(1-Xm)Ob=O045x18.2+0.955x67.3=65.091两相流动参数：F1V=1jVSX(PIpv)05=0.0000760.0945×(1034.1/0.8839)o-5=O.O275初设板间距H=0.5m清液层高度H1=0.06m/.Ht-H1=O.44m查得：Cf.2o=O.O947液气气相负荷因子：Ct=(20)2×Cf,2o=O.1199气体气速：Un.f=Cf(p-pv)pv05=0.1199×839)0.8839o5=4.O99m/s空速：Un=O.7un,f=0.7×4.099=2.869m/s初估塔径：D=(Vs(0.785u)05=(0.0945/(0.785×2.869)°=0.205m圆整为D=O.25mui=vs(0.785×D2)=0.0945(0.785×0.252)=1.926m/s实际泛点百分率：Ufun,f=1.926/4.099=0.4702.3 塔板的详细设计1 .流动型式：选用单溢流型2 .堰H勺计算:(1)精馅段：堰长取1w=0.6D=0.6×0.3=0.18m堰高hw=0.04m1h1w25=0.00013×36000.1825=34.046又1wD=0.6查得：E=I.03堰上清液高hw=0.00284E(1h1w)2z3=O.00553m清液层高度h=hw+hw=0.04+0.00553=0.04553m降液管底隙高ho=hw-0.008=0.032m(2)提循段：堰长取IW=O.6D=0.6x0.25=0.15m堰高hw=0
