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1、辽宁石油化工大学继续教育学院论文 毕 业 设 计（论 文）化工系)题 目 年产12万吨乙醇-水精馏装置的设计 专 业 应用化工 班 级 姓 名 0000 学 号 指导教师 00000 完成日期 1目录摘要1第一章 综 述21.1 精馏21.1.1 精馏的含义21.1.2 精馏的原理21.2 相和相平衡31.3 精馏的分类31.3.1 精馏的分类方式31.3.2 间歇精馏31.3.3 连续精馏31.3.4 减压精馏及其应用41.3.5 加压精馏及其应用41.3.6 常压精馏41.3.7 恒沸精馏41.3.8 萃取精馏51.4 常用精馏塔的结构形式51.4.1填料塔61.4.2 板式塔81.4.3
2、 怎样合理地选择精馏塔的操作条件101.5乙醇的性质及作用101.5.1乙醇的物理性质101.5.2 乙醇的化学性质111.5.3 乙醇的危害121.5.4 乙醇的用途131.5.5 乙醇的工业制法14第二章 工艺计算152.1设计任务及要求152.2计算过程152.2.1塔形的选择152.2.2操作压力162.3有关工艺计算162.4最小回流比及操作回流比的确定172.5塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算172.6理论塔板层数的确定182.7全塔效率的估算192.8、实际塔板数20第三章 精馏塔主题尺寸的计算213.1精馏段与提馏段的体积流量213.1.1精馏段213.1.2提馏段22
3、3.2塔径的计算233.3塔高的计算25结论26致谢.27参考文献.281摘要人类与化工的关系十分密切，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从衣、食、住、行等物质生活，到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。有些化工产品在人类发展历史中，起着划时代的重要作用。它们的生产和应用，甚至代表着人类文明的一定历史阶段。化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。我们在生产中常用的精馏设备是板式塔和精馏塔。然而乙醇已经同时也成为人们生活中不可缺少的东西了。例如，乙醇可以做
4、成不同浓度的消毒剂;乙醇是酒的主要组成部分;乙醇可以调入汽油，作为车用燃料关键词：水 、 乙醇 、 精馏塔 、济源职业技术学院毕业设计（论文）第一章 综 述1.1 精馏1.1.1 精馏的含义 一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。把液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离成为所要求组分的操作过程称为精馏。1.1.2 精馏的原理 为什么把液体混合物进行多次部分气化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？由于液体混合物中所含组分的沸点不同，当其在一定温度下部分气化
5、时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了汽液两相的组成。当对部分气化所得的蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而未冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样多次地进行部分气化和部分冷凝，将最终在液相中留下基本上是高沸点，在气相中留下基本是低沸点组分。由此可见，部分气化和部分冷凝，都使汽液相的组成发生了变化，多次部分气化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯的或比较纯的组分。塔内所发生的传质、传热过程如下：（1）汽液两相进行热的交换利用部分气化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得的液体混合物；（
6、2）气、液两相在热交换过程中同时进行质的交换。温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热而部分汽化。此时，因挥发能力的差异，低沸点组分比高沸点组分挥发的多，结果表现为低沸点组分从液相转入气相，气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气体混合物，因加热了温度较低的液体混合物，而使自己部分冷凝，同样因为挥发能力的差异，使高沸点组分从气相转入液相，液相中难挥发组分增浓。精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上部称为塔顶，塔的最下部称为塔釜。一块塔板只进行一次部分气化和部分冷凝，塔板数越多，部分气化和部分冷凝的次数就越多，分离效果就越好。通过整个精馏过程，最终由塔顶得到的易挥发组分（塔顶馏出物）。塔釜得到
7、的基本上是难挥发组分。1.2 相和相平衡相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间，往往有一个相界面，把不同的相分别开。如，水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相；空气为多种气体的混合物，只具有一相；糖溶解在水里形成糖水，形成均匀一相，若糖有不溶解的，就形成为两相。 在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个和两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。平衡时，物质还是在不停的运动，但是，各相的量和各组分在各相的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。1.
8、3 精馏的分类1.3.1 精馏的分类方式 精馏可以从三个角度去分类。 第一、按精馏操作的方式的不同，间歇精馏和连续精馏。 第二、按精馏操作的条件（如压力）不同，可分为加压精馏、常压精馏、减压精馏等。 第三、按精馏分离原理的不同，可分为一般精馏和特殊精馏。特殊精馏又包括恒沸精馏、萃取精馏、水蒸汽蒸馏及分子蒸馏等。1.3.2 间歇精馏 间歇精馏就是将处理的物料一次加入精馏塔釜内，然后加热进行精馏，直到塔顶和塔釜产品不符合要求为止。排出残余的物料后，再装入一批物料进行精馏。其精馏塔没有提馏段和精馏段之分。操作时，釜液经间接加热至沸腾，釜中产生的蒸气上升到精馏塔内，在此进行热的交换和质的交换。塔内上升
9、的蒸气从塔顶引致分凝器；分凝器所得冷凝液的一部分再引致塔顶部的塔板，作为回流；而未冷凝的蒸气及另一部分冷凝液则进入冷凝冷却器，在其中使蒸气全部冷凝，并使馏出液冷却至一定温度进入贮槽，若需要获得不同沸点范围的馏出液时，则应装置若干个贮槽，按沸点范围的不同分别收集。1.3.3 连续精馏连续精馏指的是精馏操作连续进行、连续采出。连续精馏的塔一般一般是由精馏段和提馏段组成，此两段是以进料板为分界，进料板以上的部分为进料段，进料板以下的部分为提馏段（包括进料板）。但是少数的连续精馏塔，他们或者只有精馏段而无提馏段，或者只有提馏段而无精馏段。 操作时，原料液经换热器换热到指定的温度，从提馏段的最上一层塔板
10、（即进料板）加入塔内。如果液体进料，则物料在该板与精馏段的回流液汇合，然后逐层下流至塔釜。在逐层下降的同时就从液体中不断蒸出了易挥发（低沸点）组分，从而使下流至塔釜的液态含有较多的难挥发组分（高沸点）。把塔釜液的一部分连续引至贮槽；另一部分送至塔底部的蒸发釜（再沸器）加热气化。蒸发釜中产生的蒸气自塔底逐层上升，使蒸气中易挥发组分逐渐增浓，然后进入塔顶分凝器。一部分蒸气在分凝器中冷凝，所得的液体送回塔顶作为回流；其余部分蒸气或者作为气相产品直接引出，或者进入冷凝冷却器，将未冷凝的蒸气全部冷凝，冷凝液流至产品贮槽。这种把原料液不断地加入塔内，又从塔顶和塔釜连续不断地采出的过程，就称为连续精馏。1.
11、3.4 减压精馏及其应用在减压（低于一个大气压）下进行分离混合物的精馏叫做减压精馏。减压下，纯物质的沸点较正常压力下要低。减压精馏，就是借助降低系统压力，使混合液的泡点下降，在较低压力下沸腾，以达到降低精馏操作的温度。不言而喻，减压精馏适用于高沸点物质的混合物，以及在高温下精馏会引起物质的聚合或分解变质的混合物。1.3.5 加压精馏及其应用 指塔顶压力高于大气压力下操作的精馏过程叫加压精馏。 加压精馏常用于被分离混合物沸点较低情况下，如在常温常压下混合物为气态的物料。如从烃类裂解气中分离出甲烷、氢的精馏。1.3.6 常压精馏 在大气压（常压）下操作的精馏过程叫常压精如果被分离的混合物在常压下有
12、较大的相对挥发度，并且塔顶物料可以用水来冷凝冷却，塔釜物料可以用水蒸汽来加热，这时应采用常压精馏。例如乙醇和甲醇的提纯。1.3.7 恒沸精馏 在被分离的物系中加入共沸剂（或称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以致于使需要分离的几种物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。 恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。因而恒沸精馏消耗的能量较多。1.3.8 萃取精馏 在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。精馏
13、时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排除，这样的操作称为萃取精馏。 萃取剂的选择原则： （1）萃取剂的选择性要大。被分离组分在萃取剂中相对挥发度的大小称为萃取剂的选择性。被分离组分在萃取剂中相对挥发度增大的多，分离就容易，也就是选择的萃取剂选择性大。选择性是选择萃取剂最主要的依据。因为选择性的大小也就是决定了被分离组分中轻重关键组分分离的难易程度。因此塔板数的多少、回流比的大小也与它有密切的关系。（2）萃取剂对被分离组分的溶解度要大，这样塔板上的液体才能形成均相，不会分层。（3）萃取剂的沸点应比被分离组分的沸点高的多，否则萃取剂易从塔顶挥发损失掉。 （4）热稳定性、化学稳定性要
14、好，无毒性，不腐蚀设备。（5）回收容易价格易得。1.4 常用精馏塔的结构形式 对精馏过程来说，精馏设备是使过程得以进行的重要条件。性能良好的精馏设备，为精馏过程的进行创造了良好的条件。它直接影响到生产装置的产品质量、生产能力、产品的收率、消耗定额、三废处理以及环境保护等方面。 常用的精馏塔型式有填料塔和板式塔，填料塔有拉西环填料塔、鲍尔环填料塔、鞍型填料塔、波纹填料塔、丝网填料塔、丝网波纹填料塔等。丝网波纹填料塔因其在保持高传质效率的前提下，降低了造价，也越来越受到青睐。对于甲醇来说予塔采用这种塔型的为数不少。 无论采用哪种塔都必须以下共同的要求：（1）具有适宜的流体力学条件，达到汽液两相的良好接触。（2）结构简单，制造成本低，安装检修方便。在使用过程中耐吹冲，局部的损坏影响范围小。（3）要求有较高的分离效率和较大的处理量，同时要求在宽广的汽液负荷范围内塔板效率高而且稳定。（4）蒸气通过塔的阻力
