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1、123大学2013届本科毕业论文（设计）摘 要乙醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，在国民经济中占有十分重要的地位。随着乙醇工业的迅速成熟，各种制乙醇的方法相继产生。由于乙醇与水混合物的特殊性，即相对挥发度的不同且在一定浓度时生成共沸物，精馏操作一直是乙醇生产不可缺少的工序。本设计的主要内容是根据20万吨乙醇生产工艺的需求，通过物料衡算和热量衡算以及板式浮阀塔设计的理论知识来设计浮阀塔，并由负荷性能图来进行校验。此外，本设计遵循经济、资源综合利用、环保的原则，严格控制工业三废的排放，充分利用废热，降低能耗，提高工艺的可行性。关键词：乙醇精馏； 浮阀塔；塔附件设计AbstractEtha
2、nol is a very important organic chemical raw material, but also a fuel, in the national economy occupied a very important position. With the rapid ethanol industry matures, various methods have been found. As a characteristic of a mixture of ethanol and water, the difference of the relative volatili
3、ty and is generated in a certain concentration azeotrope, distillation operation has been indispensable step of ethanol production.The design of the main content is based on 200,000 tons of ethanol production technology，which needs through material balance and energy balance and the plate valve colu
4、mn design theory to design the float valve column by load performance diagrams for verification. In addition, the design follows the economy, resource utilization, environmental protection principles, strictly control industrial waste emissions, the full use of waste heat, reduce energy consumption
5、and improve the feasibility of the process.Keywords: Ethanol distillation， Valve column， Design38目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 设计的目的和意义11.2 产品的性质及用途11.2.1 物理性质11.2.2 化学性质21.2.3 乙醇的用途2第二章 工艺流程的选择和确定32.1 粗乙醇的精馏32.1.1 精馏原理32.1.2 精馏工艺和精馏塔的选择32.2 乙醇精馏流程5第三章 物料和能量衡算73.1 物料衡算73.1.1 粗乙醇精馏的物料平衡计算73.1.2 主塔的物料平
6、衡计算83.2 主精馏塔能量衡算93.2.1 带入热量计算93.2.2 带出热量计算103.2.3 冷却水用量计算10第四章 精馏塔的设计114.1 主精馏塔的设计114.1.1 精馏塔全塔物料衡算及塔板数的确定114.1.2 求最小回流比及操作回流比124.1.3 气液相负荷124.2 求操作线方程124.3 图解法求理论板134.3.1 塔板、气液平衡相图134.3.2 板效率及实际塔板数144.4 操作条件144.4.1 操作压力144.4.2 混合液气相密度154.4.3 混合液液相密度164.4.4 表面张力164.5 气液相流量换算19第五章 塔径及塔的校核215.1 塔径的计算2
7、15.2 溢流装置235.2.1 堰长235.2.2 出口堰高235.2.3 弓形降液管的宽度和横截面积235.2.4 降液管底隙高度245.3 塔板布置245.4 浮阀数目与排列245.5 气相通过浮阀塔板的压降265.6 淹塔275.7 塔板负荷性能图285.7.1 雾沫夹带线285.7.2 液泛线295.7.3 液相负荷上限线305.7.4 漏液线305.7.5 液相负荷下限线31第六章 塔附件设计346.1 接管设计346.2 壁厚356.3 封头356.4 裙座356.5 塔高的计算356.5.1 塔的顶部空间高度356.5.2 塔的底部空间高度366.5.3 塔立体高度36第七章
8、总结37致 谢38参考文献39第一章 绪 论1.1 设计的目的和意义由于我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。乙醇作为石油的补充已成为现实，发展乙醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。煤在世界化石能源储量中占有很大比重（我国情况更是如此），而且煤制乙醇的合成技术很成熟。随着石油和天然气价格的迅速上涨，煤制乙醇更加具有优势。本设计遵循“工艺先进、技术可靠、配置科学、安全环保”的原则；结合乙醇的性质特征设一座年产20万吨煤制乙醇的生产车间。作为替代燃料，近几年，汽车工业在我国获得了飞速发展，随之带来能源供应问题。石油作为及其重要的能源储量是有
9、限的，而乙醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一。我国政府已充分认识到发展车用替代燃料的重要性，并开展了这方面的工作。通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题的能力；还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。通过完成设计，可以知道乙醇的用途；基本掌握煤制乙醇的生产工艺；了解国内外乙醇工业的发展现状；以及乙醇工业的发展趋势。1.2 产品的性质及用途1.2.1 物理性质乙醇是一种很好的溶剂，既能溶解许多无机物，又能溶解许多有机物，所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分，也常用乙醇作为反应的溶剂，使参加反应的有机
10、物和无机物均能溶解，增大接触面积，提高反应速率。例如，在油脂的皂化反应中，加入乙醇既能溶解NaOH，又能溶解油脂，让它们在均相（同一溶剂的溶液）中充分接触，加快反应速率，提高反应限度。乙醇的物理性质主要与其低碳直链醇的性质有关。分子中的羟基可以形成氢键，因此乙醇黏度很大，也不及相近相对分子质量的有机化合物极性大。室温下，乙醇是无色易燃，且有特殊香味的挥发性液体。1.2.2 化学性质乙醇具有酸性（不能称之为酸，不能使酸碱指示剂变色，也不与碱反应，也可说其不具酸性）乙醇分子中含有极化的氧氢键，电离时生成烷氧基负离子和质子。乙醇的pKa=15.9，与水相近。乙醇的酸性很弱，但是电离平衡的存在足以使它
11、与重水之间的同位素交换迅速进行。因为乙醇可以电离出极少量的氢离子，所以其只能与少量金属（主要是碱金属）反应生成对应的醇金属以及氢气。醇可以和高活跃性金属反应，生成醇盐和氢气。醇金属遇水则迅速水解生成醇和碱。（1）乙醇可以与金属钠反应，产生氢气，但不如水与金属钠反应剧烈。（2）活泼金属（钾、钙、钠、镁、铝）可以将乙醇羟基里的氢取代出来。1.2.3 乙醇的用途乙醇可作为溶剂、各种化合物的结晶、洗涤剂、萃取剂；可用于有机合成；食用酒精可以勾兑白酒；可用作粘合剂、硝基喷漆、清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料、还可以做防冻剂、燃料、消毒剂等。一般使
12、用 95%的酒精用于器械消毒；7075%的酒精用于杀菌，例如 75%的酒精在常温（25）下一分内可以杀死 大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、白色念球菌、铜绿假单胞菌等；更低浓度的酒精用于降低体温，促进局部血液循环等。但是研究表明，乙醇不能杀死细菌芽孢，也不能杀死肝炎病毒（如：乙肝病毒）。故乙醇只能用于一般消毒，达不到灭菌标准！因其是良好的有机溶剂，所以中医用它来送服中药，以溶解中药中大部分有机成分并对中药有防腐作用。乙醇也可调入汽油，作为车用燃料。乙醇汽油也被称为（E型汽油），我国使用乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合
13、物等主要污染物排放。 第二章 工艺流程的选择和确定2.1 粗乙醇的精馏在乙醇合成时，因合成条件如压力、温度、合成气组成及催化剂性能等因素的影响，在产生乙醇反应的同时，还伴随着一系列的副反应。所得产品除乙醇为，还有乙醇、水、醚、醛、酮、酯、烷烃、有机酸等几十种有机杂质。由于乙醇作为有机化工的基础原料，用它加工的产品种类很多，因此对乙醇的纯度均有一定的要求。乙醇的纯度直接影响下游产品的质量、消耗、安全生产及生产过程中所用的催化剂的寿命，所以粗乙醇必须提纯。2.1.1 精馏原理精馏是将沸点不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中，同时多次部分气化和多次部分冷凝，使其分离成纯态组分的过程。其分离的原理如下
14、：对于由沸点不同的组分组成的混合液，加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离。因低沸点组分易于气化，则所得气相中低沸点组分含量高于液相中的含量，而液相中高沸点组分含量，较气相中高。若将气相混合蒸汽再部分冷凝下来，将冷凝液再加热到一定温度，使其部分气化，并将气相与液相分离，则所得气相冷凝液中的低沸点组分又高于原气相冷凝液。如此反复，低沸点组分不断提高，到最后制得接近纯态的低沸点组分。2.1.2 精馏工艺和精馏塔的选择 乙醇精馏按工艺主要分为两种：双塔精馏工艺技术和三塔精馏工艺技术。双塔精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点，其在联醇装置中得到了迅速推广。三塔精馏工艺技术是
15、为减少产物在精馏中的损耗和提高热利用率，而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程。近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。a .双塔精馏工艺国内中、小乙醇厂大部分都选用双塔精馏工艺传统的主、预精馏塔几乎都选用板式结构。来自合成工段的粗乙醇，经减压进入粗乙醇贮槽。经粗乙醇预热器加热到45后进入预精馏塔。乙醇的精馏分2个阶段：先在预塔中脱除轻馏分后进入主精馏塔，进一步把高沸点的重馏分杂质脱除，从塔顶或侧线采出.经精馏乙醇冷却器冷却至常温后，就可得到纯度较高的精乙醇产品。该工艺具有流程简单，运行稳定，操作方便，一次投资少的特点。b.三塔精馏工艺 近年来，许多企业原有乙醇双塔精馏装置已不能满足企业的需要。随着生产的强化，不仅消耗大幅度上升，而且残液中的乙醇含量也大大超过了工艺指标。对企业的达标排放构成了较大的威胁。 乙醇三塔精馏工艺技术是为了减少乙醇在精馏过程中的损耗，提高乙醇的收率和产品质量而设计的。预精馏塔后的冷凝器采用一级冷凝，用以脱除二甲醚等低沸点的杂质，控制冷凝器气体出口温度在一定范围内。在该温度下，几乎所有的低沸点馏分都为气相，不造成冷凝回流。
