浮阀塔精馏塔

化工原理精馏塔设计学院：机械工程学院专业：过程装备与控制工程班级：14级03班学号：201402070317学生姓名：夏轲任课老师：马艺提交日期：2017年5月16日目录一、设计方案的拟定1.1设计题目1.2设计内容1.3设计成果二、精馏塔工艺的设计及计算2.1塔的物料衡算2.2塔板数的确定2.3塔的平均温度2.4密度2.5混合物的粘度2.6相对挥发度2.7气液相体积流量计算2.8混合溶液表面张力2.9全塔效率及实际塔板数三、工艺计算及主体设备的设计3.1塔径的初步设计3.2溢流装置3.2.1堰长Wl3.2.2弓形降液管的宽度dW和横截面fA3.2.3降液管底隙高度h3.3塔板布置及浮阀数目与排列3.3.1塔板分布3.3.2浮阀数目与排列3.4塔板的流体力学计算3.4.1相通过浮阀塔板的压降3.5液泛3.6物沫夹带3.7塔板负载性能图3.7.1物沫夹带图3.7.2液泛线3.7.3液相负荷上限3.7.4漏液线3.7.5液相负荷下限性四、塔的附属设备选型及校核4.1接管4.1.1进料管4.1.2回流管4.1.3塔釜出料管4.1.4塔顶蒸汽出料管4.1.5塔釜进气管4.1.6法兰4.2筒体和封头4.2.1筒体4.2.2封头4.3除沫器4.4裙座4.5人孔4.6塔总体高度的计算4.6.1塔的顶部空间高度4.6.2塔的底部空间高度4.6.3塔立体高度五、塔的各项指标校检5.1风载荷5.2风弯矩5.3离心泵的选型5.4塔体的强度和稳定性校核5.5质量载荷5.6塔底抗压强校核5.7裙座的强度及稳定性校核5.8焊缝强度5.9水压试验时塔的强度和稳定性验算六、总结七、主要参考文献项目设计计算结果一、设计方案的拟定1.1设计题目1.2设计内容1.3设计成果二、精馏塔工艺的设计及计算2.1塔的物料衡算酒精回收利用精馏塔的设计（1）回收处理料量12000kg/h；（2）酒精进料10%（V/V）；（3）成品酒精浓度75%（V/V）；（4）酒精采用蒸汽加热连续常压精馏回收工艺，塔内件采用板式结构（1）合理的参数选择和结构设计（2）工艺计算和压降计算（3）从JB/T4710的要求，进行塔器结构的设计与强度校核（1）设计说明书一份（2）设计图纸包括：塔器的设备总图、零件图若干张1、料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数F为原料液流量（kmol/s）D为塔顶产品流量（kmol/s）W为塔底残液流量（kmol/s）Fx为原料组成（摩尔分数）Dx为塔顶组成（摩尔分数）Wx为塔底组成（摩尔分数）塔底乙醇含量不高于0.2%将酒精体积比转化成质量比，自取酒精密度7893/mkg，水密度10003/mkg。进料管乙醇含量8.1%90%100010%78910%789出料管乙醇含量70.3%25%100075%78975%7892.2塔板数的确定%3.318/9.9146/1.846/1.8Fx%1.4818/7.2946/3.7046/3.70Dx%078.018/8.9946/2.046/2.0Wx2、物料衡算进料量：skmolF/176.03600)18967.046033.0(12000物料衡算式：WDFWxDxFxWDF联立代入求解：skmolWskmolD/164.0/0.012常压下乙醇-水气液平衡组成摩尔与温度的关系点。温度/℃液相气相1000095.51.9017.0089.07.2138.9186.79.6643.7583.312.3847.0480.116.6450.8982.723.3754.4582.326.0855.8081.532.7359.2680.739.6561.2279.850.7965.6479.751.9265.9979.357.3264.4178.767.6373.8578.4174.7278.1578.1581.4389.4(1)根据乙醇、水的平衡数据做x-y图%3.3Fx%1.48Dx%078.0WxskmolWskmolD/164.0/0.0122.3塔的平均温度根据1.01325×510pa下，乙醇-水的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线即x-y曲线图，泡点进料，所以q=1.即q为一条直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，qx=0.0332，qy=0.242，所以minR=1.145，操作回流比R=1.7175.已知：精馏段操作线方程为：xyx11DRRR=177.00.632nx提馏段操作线方程为：0004.003.6______1mwmmxxVWxVLy在图上做操作线，由此得到理论板TN=9（包括再沸器），加料板在3块理论板。利用表中数据由拉格朗日值求得Ft、Dt、Wt9.13.35.9521.790.10.899.95FFtt：℃79.93Ft65.391.487.8079.5065.398.797.80DDtt：℃02.80DtR=1.71752.4密度0078.010090.105.95100WWtt：℃82.99Wt精馏段平均温度：℃905.86202.8079.9321DFttt提馏段平均温度：℃96.805299.8279.9322WFttt已知混合液密度：BBAALaa1(a为质量分数，__M为平均相对分子质量)混合气密度：04.22__0TMTV（1）精馏段：℃86.905__1t液相组成7.49%66.97.86905.8666.921.77.800.89:111xxx得气相组成%32.3475.437.86905.8643.7538.917.680.89:111yyy得故kmolkgMkmolkgMvl/13.30)4332.01(184332.046/66.20)0949.01(180949.046____11（2）提馏段：℃96.805__2t液相组成1.349%1.9095.5-96.8051.90-095.5-100:222xxx得气相组成12.07%17.0095.596.80517.00-095.5-100:222yyy得故kmolkgMkmolkgMvl/21.38)1207.01(181207.046/18.38)13490.01(1813490.046____22各温度下乙醇和水的密度表温度/℃乙醇密度/3/mkg水的密度/3/mkg80735971.885730968.6℃905.861t℃96.8052tkmolkgMkmolkgMvl/13.30/66.20____11kmolkgMkmolkgMvl/21.38/18.38____222.5混合物的粘度90724965.395720961.85100716958.4求得1t和2t下的乙醇和水的密度：内差法1t=86.905℃729.773085905.8673072485901乙乙得3/mkg966.7968.685529.86868.6965.385901水水得3/mkg同理：2t=96.805℃，2乙=718.63/mkg，2水=960.6Kg/3m精馏段：31311/02.1)95.8615.273(4.2215.27313.30/97.9037.9662113.017.727)]0949.01(1846949.0/[460949.01mkgmkgvLL提馏段：32322/0.695)96.80515.273(4.2215.27321.38/49.890.6960338.0188.67)]0.013491(184601349.0/[4613490.01mkgmkgvLL1t=86.905℃，查表得，水=0.3281sMPa·乙醇=0.413sMPa·2t=96.805℃，查表得，’水=0.2939sMPa·’乙醇=0.366sMPa·精馏段粘度：3131/02.1/97.903mkgmkgvL3232/0.695/49.89mkgmkgvL2.6相对挥发度2.7气液相体积流量计算)0949.01(3281.00949.0413.0-1111）（水乙醇xx=0.336sMPa·提馏段粘度：)13490.01(2939.013490.0366.0-1222）（’水’乙醇xx=0.295sMPa·（1）精馏段挥发度：由4332.0.0949.0AAyx得5668.0.9051.0BByx29.70949.05668.09051.04332.0ABBAxyxy（2）提馏段挥发度：由1207.0.01349.0''AyxA得8793.0.98651.0''BByx04.1001349.08793.098651.01207.0'''''ABBAxyxy本设计为饱和液体进料，故q=1242.00332.0qFqyxx则145.10332.0242.0242.0481.0minqqqDxyyxR取R=1.5minR=1.7175（1）精馏段：L=RD=1.71750.012=0.02061kmol/sV=(R+1)D=(1.7175+1)0.012=0.03261kmol/s已知：1LM=20.66kg/kmol1VM=30.13kg/kmol1L=903.97kg/3m1V=1.02kg/3m质量流量:1L1LML=20.660.02061=0.426g/sK1V1VMV=30.130.03261=0.983g/sK10.336sMPa·20.295sMPa·29.704.10'1L0.426g/sK1V0.2.8混合溶液表面张力体积流量:41111071.497.903426.0LsLL3m/s964.002.1983.0111VsVV3m/s（2）提馏段：饱和液体进料,q=1skmolqFLL/19661.0)164.0012.0(102061.0'skmolFqVV/03261.0)1('已知：kmolkgML/38.182__kmolkgM/21.38v2__32/8.949mkgL32/695.0mkgV质量流量：2L614.319661.038.18'2__LMLg/sK697.003261.038.21'2__2VMVVg/sK体积流量：32221081.38.949614.3LsLL3m/s003.1695.0697.0222VsVV3m/s二元有机物—水的溶液表面张力可用以下公式计算：1/41/41/4mswwso0其中：ooooowwxvxvxvswswswvvx0sssvvx0002lg(/)woB2/32/3oww0.441(/)qvoQqT（v/-）ABQ2swsolg(/)Aswso1式中下脚标w，o，s分别代表水，有机物及表面部分，983g/sK411071.4sL3m/s964.01sV3m/s2L3.614g/sK697.02Vg/sK321081.3sL3m/s003.12sV3m/swx，ox指主体部分的分子数，wv，ov指主体部分的摩尔体积；w，o指纯水及有机物的表面张力。对乙醇，q=2.（1）精馏段：1t=86.905℃不同温度下乙醇和水的表面张力温度/°C708090100乙醇表面张力/mN/2m1817.1516.215.2水表面张力/mN/2m64.862.660.758.8kmolcmmv