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1、1题目：日产题目：日产 100100 吨乙醇吨乙醇-水精馏塔工艺设计水精馏塔工艺设计设计任务设计任务1. 进料液含 30%乙醇（质量） ，其余为水。2.产品的乙醇含量不得低于 90%（质量） 。3.残液中乙醇含量不得高于 0.5%（质量） 。4.进料方式：饱和液体进料。5.采取直接蒸汽加热6.全凝器：列管式换热器，冷却介质循环水，冷却水入口 t=20，出 口 t=40。操作条件操作条件（1） 、精馏塔顶压强 2 KPa(表压)。（2） 、单板压降0.5 KPa。（3） 、全塔效率：Et50%设计内容设计内容1 .选定连续精馏流程；2 .塔的工艺计算；3. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计：（1） 、
2、塔高、塔径及塔板结构的主要参数；（2） 、塔板的流体力学验算（仅验算压降） ；4 辅助设备选型与计算；5 包括全凝器的型号的选用及性能参数6 设计结果一览表；7 工艺流程图及全凝器主体设备图。2目录目录一一概述 1二二精馏塔设计方案简介 12.1 操作压力的选择分析 22.2 进料热状况的选择分析 22.3 加热方式的选择分析 22.4 回流比的选择分析 22.5 产品纯度或回收率 22.6 方案的确定 22.7 总述 2三塔的工艺尺寸的计算 33.1 精馏塔的物料衡算 33.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 33.1.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 33.1.3 物料衡算
3、 33.2 塔板数的确定 43.2.1 理论板层数的求取 4 TN33.2.2 实际板数的求取 63.3 精馏塔的物性计算 63.3.1 精馏段物性计算 63.3.1.1.操作压力计算 63.3.1.2.操作温度计算 63.3.1.3.平均摩尔质量计算 73.3.1.4.平均密度计算 73.3.1.5.液体平均表面张力计算 73.3.2 提馏段物性计算 83.3.2.1 操作压力计算 83.3.2.2 操作温度计算 83.3.2.3 平均摩尔量计算 83.3.2.4 平均密度计算 9四 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 94.1 塔径的计算 94.2 塔高的计算 10五 塔板主要工艺尺寸的计算 105
4、.1 溢流装置计算 115.2 塔板布置 12六.流体力学验算 136.1 塔板压降 13七.全凝器的设计 1447.1 确定物性数据 147.2 换热器的初步选型 147.3 估算传热面积 157.3.1 热流量 157.3.2.平均传热温差 157.3.3.冷却水用量 157.3.4.传热面积 157.4 工艺结构尺寸 167.4.1管径和管内流速 167.4.2管程数和传热管数 167.4.3.平均传热温差 167.4.4.传热管排列和分程方法 167.4.5壳体内径 167.4.6折流板 177.4.7接管 177.5 换热器核算 177.5.1 热流量核算 177.5.1.1 壳程表
5、面传热系数 177.5.1.2 管内表面传热系数 187.5.1.3 污垢热阻和管壁热阻 187.5.1.4 传热系数 19eK7.5.1.4 传热面积裕度 1957.5.2 换热器内流体的流动阻力 197.5.2.1 管程流体阻力 197.5.2.2 壳程阻力 20八.换热器的结果汇总 21九.总结 22十.参考文献 23十一.符号说明 241一概述一概述乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、 无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛 地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃 料越来越有取代传统燃料的趋势
6、，且已在公交、出租车行业内被采用。 长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精 馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此， 研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常重要的。二设计方案简介二设计方案简介2.12.1 操作压力的选择分析操作压力的选择分析操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙 醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。2.22.2 进料热状况的选择分析进料热状况的选择分析该塔的进料状况选为泡点进料，因为泡点进料时的操作比较容易控制，且不受 季节气温的影响；此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同
7、，设计和制造 时比较方便。2.32.3 加热方式的选择分析加热方式的选择分析塔釜一般采用间接蒸汽加热，但对塔底产物基本是水，且在低浓度时的相对挥 发度较大的体系，也可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可利用压 力较低的蒸汽加热，塔釜只须安装鼓泡管，一般可节省设备费用和操作费用。2.42.4 回流比的选择分析回流比的选择分析影响精馏操作费用的主要因素是塔内蒸气量 V。对于一定的生产能力，即馏出2量 D 一定时，V 的大小取决于回流比。实际回流比总是介于最小回流比和全回 流两种极限之间。由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数，还影响到加热 蒸汽和冷却水的消耗量，以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器
8、的结构尺寸的选择， 因此，适宜回流比的选择是一个很重要的问题。 适宜回流比应通过经济核算决定，即操作费用和设备折旧费之和为最低时的回 流比为适宜回流比。但作为课程设计，要进行这种核算是困难的，通常根据下 面 3 种方法之一来确定回流比。 根据本设计的具体情况，参考生产上较可靠的回流比的经验数据选定； 先求出最小回流比 Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的 1.12 倍， 即 R（1.12）Rmin；2.52.5 产品纯度或回收率产品纯度或回收率产品纯度通常是根据客户的要求决定的。若客户对精馏塔顶和塔底产品的纯度 都有要求，则产品的回收率也已确定；若用户仅指定其中一种产品的纯度，则 可根
9、据经济分析决定产品的回收率。提高产品的纯度意味着提高产品的回收率， 可获得一定的经济效益。但是产品纯度的提高或者是通过增加塔板数或者是增 加回流比来达到的，这意味着设备费用或操作费用的增加，因此只能通过经济 分析来决定产品的纯度或回收率。本设计中纯度已经给定，故设计时不需要再 考虑。2.62.6 方案的确定方案的确定本设计任务为分离乙醇水混合物，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。 塔顶上升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 经产 品冷却器冷却后送至储罐。为保持塔的操作稳定性，采用高位槽送料，以免
10、受 泵操作波动的影响。该物系属于恒沸物系，故不能用一般的蒸馏方法分离，可 采用低压普通蒸馏的方法。操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用直接接 蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.72.7 总述总述蒸馏是通过物料在塔内的多次部分汽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，为此在确定装置流程时用考虑余热的利用 塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器全凝器两种不同的设置。工业上以采用 全凝器为主，以便于准确地控制回流比 另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵直接送入原料外也可采用高位槽 送料，以免受泵操作波动的影响。 。3三塔的工艺计算三塔的工艺计算3.13.1 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算3 31.11.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率乙醇的摩尔品质 = 46.07 kg/kmolAM水的摩尔品质 = 18.02 kg/kmolBM=0.144Fx02.18/7 . 007
