分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件 生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年） 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%塔底乙醇含量不高于0.2%建厂地址： 
max.book118.com 塔板的工艺设计 
1 精馏塔全塔物料衡算 F：原料液流量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组成 原料乙醇组成：塔顶组成：塔底组成：进料量：物料衡算式：F = D + WF xF= D xD+ W xW联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s， W = 0.2371 kmol/s2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。 表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 
温度/℃ 	液相 	气相 	温度/℃	液相 	气相 	温度/℃	液相 	气相 		100	0	0	82.7	23.37	54.45	79.3	57.32	68.41		95.5	1.90	17.00	82.3	26.08	55.80	78.74	67.63	73.85		89.0	7.21	38.91	81.5	32.73	59.26	78.41	74.72	78.15		86.7	9.66	43.75	80.7	39.65	61.22	78.15	89.43	89.43		85.3	12.38	47.04	79.8	50.79	65.64	?	?	?		84.1	16.61	50.89	79.7	51.98	65.99	?	?	?		（1）温度 利用表中数据由拉格朗日插值可求得tF、tD、tW①tF ： tF = 87.41℃②tD ： tD = 78.17℃③tW ： tW = 99.82℃④精馏段平均温度：⑤提馏段平均温度：（2） 密度 已知：混合液密度：混合气密度：①精馏段： 液相组成x1： x1 = 22.94%气相组成y1： y1 = 54.22%所以 ②提馏段 液相组成x2： x2 = 3.44%气相组成y2： y2 = 23.37%所以 表3-12 不同温度下乙醇和水的密度 
温度/℃ 	ρ乙 	ρ水 	温度/℃	ρ乙 	ρ水 		80	735	971.8	95	720	961.85		85	730	968.6	100	716	958.4		90	724	965.3	?	?	?		求得在与下的乙醇和水的密度 ， ， ， 同理：， ， 在精馏段：液相密度： 气相密度：在提馏段：液相密度： 气相密度：（3） 混合液体表面张力 二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算 公式： 注： ， ， ， ， ， ， 式中下角标，w,o,s分别代表水、有机物及表面部分，xw、xo指主体部分的分子数，Vw、Vo主体部分的分子体积，δw、δo为纯水、有机物的表面张力，对乙醇q = 2。 ①精馏段表3-13 不同温度下的表面张力 
温度/℃ 	70	80	90	100		乙醇表面张力/10-2N/m2	18	17.15	16.2	15.2		水表面张力/10-2N/m2	64.3	62.6	60.7	58.8		乙醇表面张力： 水表面张力： 因为，所以联立方程组 ， 代入求得：， ，
提馏段 
， 乙醇表面张力： 解得： 水表面张力： 解得： 因为，所以
联立方程组 ， 代入求得：， （4） 混合物的粘度 ，查表得：，，查表得： ，精馏段粘度：提馏段粘度：（5） 相对挥发度 ①精馏段挥发度：由，得，所以 ②提馏段挥发度：由，得，
（6） 气液相体积流量计算 根据x-y图得： 取①精馏段：已知：，，则有质量流量：体积流量：②提馏段：因本设计为饱和液体进料，所以已知：，，则有质量流量：体积流量：3 理论塔板的计算 理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。 理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。 根据1.01325×105Pa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，如图（图略）：xq = 0.0891， yq = 0.3025，所以，操作回流比已知：精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：在图上作操作线，由点（0.8814, 0.8814）起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q线交点，直到阶梯与平衡线交点小于0.00078为止，由此得到理论板NT = 26块（包括再沸器）加料板为第24块理论板。 板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算。 注：α—— 塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度 μL—— 塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa·s（1）精馏段 已知：，所以：，故块 （2）提馏段 已知：，所以：，故 块 全塔所需实际塔板数：全塔效率：加料板位置在第53块塔板。 4 塔径的初步设计 (1) 精馏段 由，，式中C可由史密斯关联图查出： 横坐标数值：取板间距：，，则查图可知，横截面积：，空塔气速：(2) 提馏段 横坐标数值：取板间距：，，则查图可知，圆整：，横截面积：， 空塔气速：5 溢流装置 (1) 堰长取出口堰高：本设计采用平直堰，堰上液高度按下式计算 近似取①精馏段 ②提馏段 （2） 弓形降液管的宽度和横截面 查图得： 验算降液管内停留时间： 精馏段：提馏段：停留时间。故降液管可使用。 (3) 降液管底隙高度 ①精馏段 取降液管底隙的流速，则②提馏段 取，，取因为不小于20mm，故满足要求。 6 塔板布置及浮阀数目与排列 （1）塔板分布 本设计塔径，采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。 （2）浮阀数目与排列 ①精馏段 取阀孔动能因子，则孔速 每层塔板上浮阀数目为： 取边缘区宽度，破沫区宽度计算塔板上的鼓泡区面积，即：其中 所以浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距则排间距：考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用81mm，而应小些，故取，按，，以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数288个。 按重新核算孔速及阀孔动能因数 阀孔动能因数变化不大，仍在9~13范围内 塔板开孔率②提馏段 取阀孔动能因子，则每层塔板上浮阀数目为：
按，估算排间距， 
取，排得阀数为244块 按块重新核算孔速及阀孔动能因数 阀孔动能因数变化不大，仍在9~13范围内 塔板开孔率浮阀数排列方式如图所示（图略） 
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