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1、题 目：乙醇乙醇- -水精馏塔工艺设计与塔顶冷凝器选型设计水精馏塔工艺设计与塔顶冷凝器选型设计 专 业：煤炭深加工与利用煤炭深加工与利用 学生姓名：武婷 学 号: 090010 小组成员:郭泽红 指导教师: 完成日期: 新疆工业高等专科学校教务处印制新疆工业高等专科学校教务处印制 （乌鲁木齐市（乌鲁木齐市 830091） 化工原理化工原理 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计 设计人员 所在班级 成绩 指导教师 日期 一、一、 设计题目：设计题目：乙醇水连续精馏塔的设计 二、二、 设计任务及操作条件设计任务及操作条件 （1）进精馏塔的料液含乙醇 35%（质
2、量分数，下同） ，其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于 94； （3）塔顶易挥发组分回收率为 99.5%； （4）生产能力为 25000 吨/年 94%的乙醇产品； （5）每年按 330 天计，每天 24h 连续运行。 （6）操作条件 a) 塔顶压强 4kPa(表压) b) 进料热状态 自选 c) 回流比 自选 d）加热蒸汽压力 低压蒸汽（或自选） e) 单板压降小于等于 0.7kPa 三、 设备形式：筛板塔或浮阀塔 四、 设计内容： 1、设计说明书的内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔
3、板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A2 号图纸） ； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸） 。 五、 设计基础数据： 1. 常压下乙醇水体系的 t-x-y 数据； 2. 乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。 。 第一章第一章前言前言 化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物。其中大部分是均相混 合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。精馏是分离液体混合物（含可液化的气 体混合物）最常用的一种单元操作。在
4、化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程 在能量剂的驱动下（有时加质量剂） 。使气、液两相多次直接接触和分离。利用液相混合物中各组 分挥发度的不同。使易挥发组分由液相向气相转移。难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混 合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。 在本设计中我们使用筛板塔。筛板塔的突出优点是结构简单造价低。合理的设计和适当的操 作筛板塔能满足要求的操作弹性。而且效率高采用筛板可解决堵塞问题适当控制漏液。 筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一。五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设 计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备。为减少对传质的
5、不利影响。 可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。筛 板塔多用不锈钢板或合金制成。使用碳钢的比率较少。 它的主要优点是：结构简单。易于加工。造价为泡罩塔的 60 左右。为浮阀塔的 80%左右；在 相同条件下。生产能力比泡罩塔大 20%40%；塔板效率较高。比泡罩塔高 15%左右。但稍低于浮 阀塔；气体压力降较小。每板降比泡罩塔约低 30%左右。缺点是：小孔筛板易堵塞。不适宜处理脏 的、粘性大的和带固体粒子的料液；操作弹性较小（约 23） 。 蒸馏是分离均相混合物的单元操作。精馏是最常用的蒸馏方式。是组成化工生产过程的主要 单元操作。精馏是典型的化工操
6、作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学 知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练。为以后从事设计工作打下 坚实的基础。 第二章第二章流程的确定和说明流程的确定和说明 2.1 设计思路 首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料 预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被 加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了， 气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方 的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进
7、入到塔顶产品冷却器中， 停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就 叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在 再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而 进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇和水的分离。 2.1 设计流程 乙醇水混合液经原料预热器加热，进料状况为汽液混合物 q=1 送入精馏塔，塔顶上升蒸 汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐,塔釜采用 直接蒸汽加热,塔底产品冷却后,送入贮罐(附流程图)。 摘摘 要要 本设计是以乙醇水物系为设计物系
8、，以筛板塔为精馏设备分离乙醇和水。筛板塔是化工生产中主要的 气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较 完整的精馏设计过程。 通过计算得出 xF=0.174 , xD=0.86 , xW=0.002 ,F=137.98kmol/h,实际板数为 37 块，工艺参数的选定 泡点进料、泡点回流。回流比为 2.78,进料位置为第 11 块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出 塔径为 1 米，有效塔高 19.7 米， 。通过筛板塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。本次设计过 程正常，操作合适。 关键词：关键词：乙醇，水，二元精馏，筛板连续精馏精馏塔
9、，提馏段 1 1 塔的工艺计算塔的工艺计算 查阅文献，整理有关物性数据表查阅文献，整理有关物性数据表 1-11-1 年处理原料能力F=25000F=25000 吨吨/ /年年 质量分数 35 . 0 F 94 . 0 D 05. 0 W 分子量分子量 kmol kg M07.46 乙醇 kmol kg M01.18 水 1.11.1 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 F：进料量（kmol/s） ：原料组成（摩尔分数。下同） F x D：塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成 D x W：塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成 W x 根据公式 ： （1-1）
10、 B B A A A A A M w M w M w n 原料液乙醇的摩尔组成 =17.40% F x 18/6546/35 46/35 塔顶产品乙醇的摩尔组成 = =86% D x 18/646/94 46/94 塔底残夜乙醇的摩尔组成 =0.20% W x 18/ 5 . 9946/5 . 0 46/5 . 0 1.21.2 平均摩尔质量平均摩尔质量 根据公式可得： （1-2） baaa MxMxM)1 ( _ 原料液的平均摩尔质量： kmolkgMF/90.2301.18)174. 01 (07.46174 . 0 馏出液的平均摩尔质量： kmolkgMD/14.4201.18)86 .
11、 0 1 (07.4686 . 0 塔釜残液的平均摩尔量： kmolkgMW/07.1801.18)002 . 0 1 (07.46002 . 0 1.31.3 全塔物料衡算：全塔物料衡算： 进料量： F=25000 吨/年=137.98kkmol/h 全塔物料衡算式：F=D+W, F*=D*+W* F x D x W x 解之得：D=27.68kmol/h ，W=110.30kmol/s 1 14 4 回流比的确定回流比的确定 1.4.1 平均相对挥发度的计算 由相平衡方程 （1-3） x x y ) 1(1 2 得： （1-4） ) 1( ) 1( yx xy 表表 1-21-2 由常压下
12、乙醇由常压下乙醇- -水的平衡数据水的平衡数据 x0 .18 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0 .4 0. 45 0. 5 0. 55 0 .6 0. 65 0 0. . 7 7 y y0 .51 0. 525 0. 551 0. 575 0. 595 0 .61 0. 635 0. 657 0. 678 0 .69 0. 725 0. 755 由道尔顿分压定律 （1-5） yi PP BB AA B A i xP xP V V 得 （1-6） )1 ( )1 ( AA AA BA BA i xx yy xx yy 将上表数据代入得： 序号 12345 5 3.68153.156
13、92.72542.35012.1263 序号 678910 1.91551.72281.54081.41961.3207 则 04 . 3 . 10 10321 则平衡线方程 x x x x x x y 04 . 2 1 04 . 3 ) 104 . 3 (1 04 . 3 ) 1(1 2 1.4.2 最小回流比的计算和适宜回流比的确定 174 . 0 F x86 . 0 D x002 . 0 W x 因为 所以 1q174 . 0 Fq xx 相平衡方程： 447. 0 ) 1(1 x x y 泡点进料 ： q yy 最小回流比 ： 74 . 1 174 . 0 447 . 0 447 .
14、0 86 . 0 min qq qD xy yx R 任务要求操作回流比是最小回流比的 1.6 倍 78 . 2 74. 16 . 16 . 1 min RR 1.4.3 精馏段和提馏段操作线方程的确定 精馏段： hkmolRDL/01.777 .2778 . 2 hkmolDRV/71.104 7 . 27) 178 . 2 () 1( （1-7） 11 1 R x x R R y x nn 精馏段操作线方程： 228 . 1 735 . 0 1 nn xy 提馏段： hkmolqlL/01.217 0 . 140101.77D hkmolFFqVV/71.104) 11 (71.104)
15、1( （1-7） wmm x V W x V L y 1 提馏段操作线方程：0017. 0072 . 2 1 mm xy 通过精馏段操作线方程和提馏段操作线方程用图解法所得 理论塔板数为 16 块，其中第 12 块为进料板，精馏段的理论塔板数为 12 块。提馏段的理论塔板 数为 4 块。 得图如下： 图图 1-11-1 理论塔板数图解 1.51.5 精馏塔的塔顶、进料板、塔釜温度、全塔效率的确定精馏塔的塔顶、进料板、塔釜温度、全塔效率的确定 1.5.11.5.1 全塔的相对平均挥发度的计算全塔的相对平均挥发度的计算 常压下乙醇和水的气液平衡数据 表表 1 13 3 乙醇乙醇水系统水系统 t tx xy y 数据数据 乙醇摩尔数/%乙醇摩尔数/%沸点 t/ 气相液相 沸点 t/ 气相液相 9
