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1、年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计1设计任务书 1设计题目：年产 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计2设计条件生产能力：年产 吨 85% （mol%）乙醇4102设备型式：浮阀塔操作压力：常压原料液：乙醇的摩尔百分含量为 35%，50进料乙醇的纯度：塔顶不低于 85%（mol%,下同） ，塔底不高于 1%。每年按 330 天计，每天 24 小时连续生产建厂地址：兰州地区要求单板压降都不大于 103Pa, 3设计步骤及要求31 确定设计方案（1）流程的选择（2）塔板类型的选择，例如浮阀的类型、降液管、溢流装置等的选择（3）压力的选择（4）进料热状况的选择（5）加热方式的选择32 查阅物料的物性数据
2、（1）乙醇-水的相平衡数据（2）确定精馏段和提馏段的定性温强度和压强（3）分别确定精馏段和提馏段的气相和液相的平均密度、液相的平均表面张力、液体的平等均粘度33 塔的工艺计算331 塔设计方案的确定（1）全塔的物料衡算（2）绘制相平衡图（t-x-y 和 x-y 相图）（3）确定回流比（4）确定理论塔板数年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计2（5）确定全塔效率（6）分别确定精馏段和提馏段的实际塔板数和进料板位置（7）分别确定精馏段和提馏段的气液两相的负荷332 精馏段塔板主要工艺结构尺寸的计算（1）塔径（初选板间距、求取空塔气速和泛点气速）（2）塔高的计算（3）溢流装置的设计（包括溢流堰的型式
3、、堰长、堰高、降液管的宽度和面积、降液管内流体的停留时间、降液管的底隙高度）（4）塔板上各区域的布置（包括塔板的开孔区、降液区、安定区和边缘区的分布）（5）浮阀的个数以及排列方式（包括阀孔直径、个数、排列和开孔率等）（6）精馏段塔板的流体力学计算级校核（包括溢流堰上清液层的高度、塔板的压降、降液管内清液层的高度、降液管内液体的停留时间、雾沫夹带量、漏液点等）（7）绘制塔板的气液负荷性能图，要求操作弹性不小于 2.（8）如果不符合上述要求重新进行以上计算333 提馏段塔板主要工艺结构尺寸的计算（步骤同精馏段）334 塔附件的工艺设计包括封头、筒体、法兰、补强圈接管、除沫器、裙座手孔或人孔、吊柱等
4、335 计算结果列表4设计成果41 设计说明书（A4 纸）（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。42 精馏塔工艺条件图（2 号图纸） （手绘）5时间安排（1）第十九周第二十二周（2）第二十二周的星期五下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟.6设计考核设计是否独立完成；设计说明书的编写是否规范；工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范；答辩；年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计0目 录1设计方案的确定12操作条件和基础数据1 3精馏塔的物料衡算131 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率132 物料衡算
5、14塔板数的确定241 进料泡点温度的计算242 q 值得计算 243 求最小回流比和操作回流比244 求精馏塔的气、液相负荷445 求操作线方程446 图解法求理论板层数447 塔板效率的求取548 实际板层数的求取55精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算551 操作压力计算552 操作温度计算653 液体平均粘度计算654 平均摩尔质量的计算755 平均密度的计算8551 气相平均密度计算 8552 液相平均密度计算 856 液体平均表面张力计算96精馏塔的塔体工艺尺寸计算 1061 塔径的计算 10611 精馏段塔径的计算10612 提馏段塔径的计算1162 精馏塔有效高度的计算 127
6、塔板主要工艺尺寸的计算 12年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计171 溢流装置计算 12711 堰长 lW12712 溢流堰高度 hW 12713 弓形降液管宽度 Wd 和截面积 Af 13714 降液管底隙高度 ho1472 塔板布置 14721 塔板的分块14722 边缘区宽度确定14723 开孔区面积计算14724 筛孔计算及其排列158筛板的流体力学验算 1681 塔板降 16811 干板阻力 hc 计算16812 气体通过液层的阻力 hl 计算 17813 液体表面张力的阻力 h 计算1782 液面落差 1883 液沫夹带 1884 漏液 1885 液泛 199塔板负荷性能图 1
7、991 漏液线 1992 液沫夹带线 2093 液相负荷下限线 2194 液相负荷上线线 2295 液泛线 2296 筛板负荷图及操作弹性 2310主要工艺接管尺寸的计算和选取 24101 蒸汽出口管的管径计算 24102 回流液管的管径计算25103 进料液管的管径计算25104 釜液排出管的管径计算25年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计2105 人孔相关尺寸的选取26参考文献26年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计0设计计算1设计方案的确定本设计任务为分离乙醇水混合物提纯乙醇，采用连续精馏塔提纯流程。设计中采用 50冷进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用
8、全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系较难分离，回流比较大，故操作回流比取最小回流比需提高。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2操作条件和基础数据进料中乙醇含量（摩尔分数） ；35.0Fx产品中乙醇含量（摩尔分数） ；8D塔釜中乙醇含量（摩尔分数） ；1.Wx处理能力 ；年万 吨 /2DG进料热状况 50冷进料；根据上述工艺条件作出浮阀塔的设计计算如下。3精馏塔的物料衡算31 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量乙醇的摩尔质量 kmolgM/07.46乙 醇水的摩尔质量 218水klMF /.)35.(07.4635. mogD 6
9、408klW /3.182.).1(.32 物料衡算每年 330 天，每天工作 24 小时，其处理量为 2 万吨/年故塔顶馏出液的量为 hkmolD/3.608.41)3/(02总物料衡算 WF年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计1乙醇的物料衡算 WDF01.85.0.3联立解得 hkmol/.14974塔板数的确定由于精馏塔采用冷进料，故 ，并不能采用气液相图直接计算。Fqx41 进料泡点温度的计算根据饱和蒸汽压的安托尼方程： )/(lgpCTBA和泡点方程： 联立试差计算得到泡点温度。)/()(abbFPX乙醇的安托尼方程 )48.231/(05.163827.lp乙 醇水的安托尼方程
10、704gT水兰州当地的压强 kaP5.求得泡点温度 38T42 q 值的计算化工原理（陈敏衡）给出如下公式用以计算非泡点温度进料。 )(1进 料泡 点 trcmpbaxp baxrr泡点温度乙醇的摩尔热容 mol146.35kJ/Cma泡点温度水的摩尔热 7b泡点温度乙醇的摩尔气化潜热 KlkJra/90泡点温度水的摩尔气化潜热 ob4ml1.47J/k.657.0.35146.cmp bmaxc l02/ 39brx 1.85-8.344021.7)(1 ）（进 料泡 点 trcqmp43 求最小回流比及操作回流比年产 2 万吨乙醇-水精馏塔的工艺设计2乙醇-水是非理想物系，先根据乙醇-水平衡数据，绘出平衡线，如图所示。液相中乙醇摩尔分数 气相中乙醇摩尔分数 液相中乙醇摩尔分数 气相中乙醇摩尔分数0.0 0.0 0.25 0.5510.01 0.11 0.30 0.5750.02 0.175 0.40
