文档介绍：目录
一、概述 1
二、设计方案的确定及流程说明 2
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三、塔的工艺计算 3
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四、塔的工艺条件及物性数据计算 9
五、气液负荷计算 13
六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 13
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八、塔板负荷性能图 23
九、设计结果一览表 28
十、设计评述及讨论 29
十一、参考文献 30
一、概述
乙醇在工业、医药、民用等方面,都有很广泛的应用,是很重要的一种原料。在很多方面,要求乙醇有不同的纯度,有时要求纯度很高,甚至是无水乙醇,这是很有困难的,因为乙醇极具挥发性,也极具溶解性,所以,想要得到高纯度的乙醇很困难。
要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度,要用精馏的方法,因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程,因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的,塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作,除精馏塔外,还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知,单有精馏塔还不能完成精馏操作,还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器,有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备,才能实现整个操作。本设计选用浮阀塔。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用,由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式,但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好,广泛应用在化工及炼油生产中,现已列入部颁标准(JB168-68)内,F1型浮阀又分轻阀和重阀两种,但一般情况下都采用重阀,只有处理量大且要求压强降很低的系统中,才用轻阀。浮阀塔具有下列优点:1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统,但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统,浮阀塔也能正常操作。
浮阀有盘式、条式等多种,国内多用盘式浮阀,此型又分为F-1型(V-1型)、V-4型、十字架型、和A型,其中F-1型浮阀结构较简单、节省材料,制造方便,性能良好,故在化工及炼油生产中普遍应用,已列入部颁标准(JB-1118-81)。其阀孔直径为39mm,重阀质量为33g,轻阀为25g。一般多采用重阀,因其操作稳定性好。
F-1型 V-4型 A型
十字架型方形浮阀
图7 浮阀塔板
二、设计方案的确定及流程说明
精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入,物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离,由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中,热能利用率很低,为此,在确定流程时应考虑余热的利用,注意节能。
乙醇—水混合液(原料)经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板,在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后,逐板溢流,最后流入塔底。在每层板上,回流液体与上升蒸汽互相接触,进行热和质的传递过程。操作时,连续的从再沸器取出部分液体气化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液,其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。
如右图所示:
操作压力:精馏操作可在常压、减压和加压下进行。塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题,而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质,。
进料热状态:进料状态有5种,可用进料状态参数q值来表示。本设计中已制定为饱和液体进料即q=1。
加热方式:蒸馏一般采用间接蒸汽加热,设置再沸器,但也可采用直接蒸汽加热。但由于直接蒸汽的加入,对釜内溶液起一定稀释作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需在提留段增加塔板以达到生产要求。
回流比的选择:对于一定的生产能力,即馏出量D一定时,V的大小取决于回流比。~2倍,即=
三、塔的工艺计算
已知参数:乙醇—水混合液处理量,F=4000kg/h; (质量分数);回流比R(自选);进料热状况;塔顶压强(绝压);设单板压降为。
表1 乙醇和水的物理性质
项目
分子式
分子量M
(g/mol)
临界体积VC (cm3/mol)
临界温度TC(K)
临界压强PC(MPa)
偏