分离乙醇—水混合液筛板精馏塔

2020-02-2417:43:33 发表评论
摘要分离乙醇—水混合液筛板精馏塔rn武汉工程大学邮电与信息工程学院__课程设计说明书____论文题目:__学号:__学生姓名:__专业班级:__指导教师:__总评成绩:分离乙醇—水混合液筛板精馏塔0842030331赵青08级高分子材料与工程03班朱薇__2011年6月16日____目录__摘要IAbstractII__第一章文献综述1__11课程设计目的与设计要求1__12课程设计的任务1__13设计方案的确定2__第二章精馏塔设计计算7__21精馏塔的物料衡算7__22塔板的确定9__23精馏塔工艺条件及有关物性参数的计算9__24精馏塔的塔体工艺尺寸计算13__第三章塔板主要工艺尺寸的计算16__31塔板类型和流动形式16__32溢流装置计算16__33塔板布置17__34筛板的流体力学验算19__35塔板负荷性能图23__第四章附属设备30__41再沸器蒸馏釜30__42塔顶回流冷凝器30__43管径直径30__44法兰32__45人孔32__46塔高32__第五章设计结果汇总33__设计小结与体会35__致谢36__参考文献37__附录38__摘要__本文通过设计筛板精馏塔达到分离乙醇—水二元混合物,需要满足年处理量55万吨,原料中乙醇含量46,塔顶产品要求含乙醇不低于92,塔底乙醇含量不高于2,常压操作,泡点进料。__本设计采用连续精馏流程,设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系标况下,的沸点782℃,塔釜采用直接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。__关键词:筛板精馏塔;泡点进料;塔体;塔板____Abstract__Inthispaper_throughthedesignofplatedistillationcolumntoachieveseparationofethanol-waterbinarymixture_wehavetosatisfyannualhandlingcapacityof55_000tonsofrawmaterialsintheethanolcontentof46_thetopproductrequirementsethanolcontainingnotlessthan98_bottomethanolcontentnohigherthan2_atmosphericpressureoperation_bubblepointfeed__ContinuousdistillationprocessDesignusingbubblepointfeedtherawmaterialliquidthroughpreheaterafterheatedtosoakintotheDistillationColumnIncreaseduseofthewholetowerofsteamcondensate_andcondensateinthebubblepointbacktothenextpartofthetower_andtheremainingportionofproductstothestoragetankaftercoolingThematterofisolatesbelongingtotheDepartmentunderstandardconditions_ethanolboilingpointof782℃_towerreactorusingdirectsteamheating_coolingtowerbottomproductstothestoragetank__Keywordssieveplatedistillationcolumnbubblepointfeedtowertra__第一章文献综述__11课程设计目的与设计要求__化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节,通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法;学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧;掌握各种结果的校核,能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性,还要考虑生产上的安全性、经济合理性。__在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求,另外还要有一定的潜力。节省能源,综合利用余热。经济合理,冷却水进出口温度的高低,一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响,因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。__本课程设计的主要内容是设计过程的物料衡算、塔工艺计算、塔板结构设计以及校核[1]。__12课程设计的任务__一课题名称__乙醇-水分混合液的筛板精馏塔设计__二课题条件文献资料,仪器设备,指导力量__一常压操作的连续板式精馏塔筛板塔内分离乙醇-水混合物,直接蒸汽加热,生产能力和产品的质量要求如下:__1设计任务__原料:乙醇—水溶液,年产量55万吨__乙醇含量:46质量分数__设计要求:塔顶的乙醇含量不小于92质量分数__塔底的乙醇含量不大于2质量分数__2操作条件__生产方式:连续操作,中间加料,泡点回流__生产时间:每年以330天计算,每天24小时__进料热状态:泡点进料__回流比:2Rmin__单板压降:小于07kPa;__全塔效率:052__13设计方案的确定__131装置流程的确定__蒸馏装置包括精馏塔,原料预热器,蒸馏釜再沸器,冷凝器,釜液冷却器和产品冷却器等设备,蒸馏过程按操作方式的不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程,连续蒸馏具有生产能力大,产品质量稳定等优点,工业生产中已连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活,适应性强等优点,适合于小规模,多品种或多组分物系的初步分离。__蒸馏时通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的,热量自塔釜输入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,中确装置流程时应考虑余热的利用,譬如,用原料作为塔顶产品或釜液产品冷却器的冷却介质,即可将原料预热,又可节约冷却介质。__另外,为保持塔的操作稳定性,流程中除用泵直接塔原料外,也可采用高位槽送料,以免受泵操作波动的影响。__塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器两种不同的设备。工业上以采用全凝器为主,以便于准确的控制回流比,塔顶分凝器对上升蒸汽有一定的增浓作用,若后续装置使用气态物料,则宜用分凝器[2]。__工艺流程:__冷凝器塔顶产品冷却器乙醇的储罐乙醇原料原料罐精馏塔____再沸器塔底产品冷却水的储罐水____图1-1精馏塔结构图__132操作条件的确定__蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水,而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大如酒精与水的混合液,便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是:可以利用压力较低的蒸汽加热;在釜内只须安装鼓泡管,不须安置庞大的传热面。这样,可节省一些操作费用和设备费用。然而,直接蒸汽加热,由于蒸汽的不断通入,对塔底溶液起了稀释作用,在塔底易挥发物损失量相同的情况下,塔底残液中易挥发组分的浓度应较低,因而塔板数稍有增加。但在本次课程设计中对于乙醇—水的二元混合液,乙醇是轻组分,水由塔底排出,且水的比热较大,故可采用直接水蒸气加热,这时只需在塔底安装一个鼓泡管,于是可省去一个再沸器,并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热,无论是设备费用还是操作费用都可以降低。当残液的浓度稀薄时,溶液的相对挥发度很大,容易分离,__故所增加的塔板数并不多,此时采用直接蒸汽加热是合适的。__值得提及的是,采用直接蒸汽加热时,加热蒸汽的压力要高于釜中的压力,以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于乙醇水溶液,一般采用0407kPa表压。__饱和水蒸汽的温度与压力互为单值函数关系,其温度可通过压力调节。同时,饱和水蒸汽的冷凝潜热较大,价格较低廉,因此通常用饱和水蒸汽作为加热剂。但若要求加热温度超过180℃时,应考虑采用其它的加热剂,如烟道气或热油。__当采用饱和水蒸汽作为加热剂时,选用较高的蒸汽压力,可以提高传热温度差,从而提高传热效率,但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。同时对于釜液的沸腾,温度差过大,形成膜状沸腾,反而对传热不利。__蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时,必须根据所处理物料的性质,兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如,采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料,但压力降低将导致塔径增加,同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料,则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时,一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下,适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因,则在于提高平衡温度后,便于利用蒸汽冷凝时的热量,或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝,从而减少蒸馏的能量消耗[3]。__133进料状态__物料的进料状态有五种,可用进料状态参数q值来表示。进料为过冷液体时,q1;饱和液体泡点时,q=1;气、液混合物时,q在01之间时;饱和蒸汽露点时,q=0;过热蒸汽时,q0。同时,进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系[1]。在实际的生产中进料状态有多种,但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这主要是因为:__1为使精馏段和提馏段保持相同的塔径,便于制造;__2保持塔的操作稳定;__3避免季节的影响[4]。__134冷却剂与出口温度__冷凝器的任务是冷凝离开塔顶的蒸汽,以便为分离提供足够的回流。冷凝的优点是未冷凝的产品富集了轻组分,冷凝器为分离提供了一块理论版。当全冷凝时,部分冷凝液作为回流返回,冷凝器没有分离作用。__冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低,可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂,是最经济的。水的入口温度由气温决定,出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些,冷却剂的消耗可以减少,但同时温度差较小,传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定,但一般不宜超过50℃,否则溶于水中的无机盐将析出,生成水垢附着在换热器的表面而影响传热[5]。__135回流比的选择__回流比是精馏操作中的重要工艺条件,其选择的原则是使设备费用和操作费用之和最低。设计时,应根据实际需要选择合适的回流比,也可参考同类生产的经验值,必要时可迭用若干个R值,利用吉利兰图求出对应的理论板数N,作出N—R曲线,从中找出适宜的回流比R[1]。__本次设计任务是分离乙醇—水混合物,对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程,设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内,塔顶上的蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经塔顶产品冷却器冷却后送至储罐,该物系属于易分离物系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍,塔釜采用直接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐[6]。__136板型的选择__本次设计是通过对筛板塔和浮阀塔的计算和生产能力,塔板效率,操作效率,操作弹性,压力降,以及操作和造价等多方面的比较选择了筛板塔。__筛板塔德主要优点有:__1结构比浮阀塔更简单,便于加工,造价约为泡罩塔的60,为浮阀塔的80左右。__2气液分散较均匀,传质效率较高,处理能力大,比同径的泡罩塔克增加1015。__3塔板效率与浮阀塔大体相当,但比泡罩塔高15左右。__压力较低,每板压降比泡罩塔约低30左右。__4板上液面落差较小。__但筛板也存在着一些不足:__a塔板安装的水平度要求高,否则气液接触不匀;__b操作弹性较小约23,若设计合理,也能具有足够的操作弹性;c小筛孔板容易堵塞[7]。____

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