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1、 2015 届毕业设计（论文） 题 目：5000吨年70%回收乙醇精馏工艺 和装置设计 专 业：资源科学与工程 班 级：资 科1101班 姓 名：丁 炜 指导老师：姚 成 起讫日期：2015.03-2015.06 2015年 6 月 目录5000吨年70%回收乙醇精馏工艺和装置设计摘 要乙醇作为一种新型能源,具有环保、可再生的特点。作为一种可再生能源，可经玉米、甘蔗、木薯等农作物发酵、精馏制得。乙醇主要用于电子元件制造，高级化妆品溶剂和化工生产原料等。除了大量应用于化学、化工、制酒业、医疗外,还可以在一定程度上可以代替化石能源。乙醇在各种类型实验和生产中使用的比例很大，寻找一种将乙醇能够高效回
2、收的方法将对国家的能源环境有很大的益处，节约资源和成本。 本文通过对乙醇理化性质，精馏原理，精馏方法，影响因素，工艺设计和装置构成等方面进行阐述，为乙醇水溶液精馏工艺和装置设计理论支持，也为工业化精馏装置的实际应用提供了简要说明和生产依据。其次，本文通过对各项设备装置和工艺过程参数的计算，设计出了一套完整的适用于5000吨年70%乙醇的回收精馏工艺和装置。 关键词：乙醇 精馏 工艺 装置设计IIIThe technological and equipment design for 70% Recovery of Ethanol rectification of 5000 tons annual
3、 outputAbstractAs a new energy, ethanol have such unique features like environmental-friendly and easily renewable. As a renewable energy, the ethanol can be made from corn, sugar cane, cassava and other crops by fermentation and rectification. Ethyl alcohol is mainly used in manufacturing electroni
4、c components, high-class cosmetic solvents and chemical production materials, etc. Besides its widely applied in chemistry, chemical engineering, winemaking Industry, medical treatment, and it can also partly become the alternative option of fossil fuels in some areas. We can see the role of ethanol
5、 in various types of experiments and manufactures. It will be great benefited for national energy-environment by finding an efficient method to recover the ethanol, and also it can help saving resources and reducing costs.The main ideas of this paper are trying to explain the physical and chemical p
6、roperties of ethanol, with the use of the principles of rectification, and deeply describe the distillation method, influence factors, technological design and equipment constitute. It theoretically support the rectification technology of ethanol-water solution and equipment design, and it also prov
7、ides a brief description and production base for the practical application of industrial rectification equipment. Secondly, through the calculation of the parameters of the equipment and process, a complete set of applicable to 5000 tons per year of distillation process and apparatus recovery of 70%
8、 ethanol has been designed.Key Words: Ethanol;Distillation;Technology; Equipment design目 录摘 要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1引言11.2本课题研究的问题和拟采用的研究手段11.2.1研究的问题11.2.2拟采用的研究手段和设计思路11.2.3总结21.3乙醇的概述21.3.1乙醇的介绍21.3.2乙醇的物理和化学性质21.4 精馏原理和方法的概述31.4.1精馏原理31.5影响乙醇精馏效率的因素71.5.1塔釜状态对乙醇精馏的影响71.5.2回流比对乙醇精馏的影响71.5.3进料对
9、乙醇精馏的影响71.5.4萃取剂对萃取精馏的影响81.6本课题的研究意义8第二章 工艺计算92.1设计任务及要求92.2塔型选择及精馏流程92.2.1塔型的选择92.2.2精馏流程及分子筛吸附过程102.3塔的物料衡算122.3.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数122.3.2平均摩尔质量132.3.3物料衡算132.4 塔板数的确定142.4.1乙醇水物系的气液平衡数据142.4.2最小回流和操作回流比的确定142.4.3操作线方程162.4.4图解法求理论塔板层数172.4.5确定全塔效率和实际塔板数182.5塔的工艺条件及物性数据计算212.5.1操作压力212.5.2平均摩尔质量212.
10、5.3平均密度222.5.4表面张力的计算242.6气液相流量换算25第三章 精馏塔主体尺寸的计算263.1塔径的计算263.1.1塔径计算公式263.1.2求空塔气速u263.2溢流装置283.2.1溢流堰长293.2.2出口堰高度303.2.3堰高303.2.4弓形降液管高度Wd及降液管面积Af303.3塔板布置313.3.1塔板的分块313.3.2边缘区宽度确定313.3.3开孔区面积计算313.4气体通过筛孔气速313.5塔的高度323.6塔板力学性能校验323.6.1塔板阻力hp323.6.2验算液体在降液管中停留时间343.6.3降液管泡沫层高度353.6.4雾沫夹带量校核363.
11、6.5漏液点38第四章 操作负荷性能图404.1漏液线404.2过量雾沫夹带线414.3液相负荷下限线424.4液相负荷上限线424.5液泛线43第五章 换热器选型与计算455.1概述455.2全塔的物料衡算465.3.7 核算总传热系数515.3.8 接管的选择525.4塔顶冷凝器的选型与计算535.4.1确定选型方案535.4.2根据定性温度确定物性参数545.4.3换热器的衡算545.4.4 选K值，估算传热面积555.4.5 初选换热器型号555.4.6 核算压降565.4.7 核算总传热系数585.4.8 接管的选择595.5塔顶冷却器的选型与计算605.5.1确定选型方案605.5
12、.2根据定性温度确定物性参数605.5.3换热器的衡算615.5.4选K值，估算传热面积625.5.5初选换热器型号625.5.6核算压降635.5.8 接管的选择655.6塔釜再沸器的工艺粗计算665.6.1物性数据的查取665.6.2热负荷的衡算665.6.3确定流体的流径675.7塔釜冷却器的工艺粗计算675.7.1热负荷的衡算675.7.2计算平均温度差675.7.3确定流体的流径68第六章 辅助设备的选型与计算696.1离心泵的计算及选型696.1.1物性参数的获取696.1.2离心泵的选型706.2料液储罐的选型与计算716.2.1原料储罐726.2.2产品储罐726.3各接管尺寸
13、的确定736.3.1液体管道736.3.2塔顶上升蒸汽管73第七章 总结74参考文献75致谢79第一章 绪论第一章 绪论1.1引言 乙醇在人类的生活与社会发展中一直处于重要地位，与我们的生活息息相关，乙醇可用于电子元件制造，高级化妆品溶剂和化工生产原料等1。除了大量应用于化学、化工、制酒业、医疗外,还可以在一定程度上可以代替化石能源2。当代社会，寻找一种将乙醇能够高效回收的方法对国家的经济绿色发展有很大的益处，能够节约资源和降低生产成本。 在对比综述了多种分离乙醇-水体系多种方法的基础上, 发现共沸精馏法具有生产连续、机械化程度高、产量大、消耗能源品位低、产品纯度高等优点, 在目前诸多的生产无
14、水乙醇的工艺中占主要地位, 是工业化生产无水乙醇的主要方法3。本文在总结节能型乙醇脱水技术研究进展的基础上,选择共沸精馏法进行实验，展望了高浓度乙醇（无水乙醇）制备工艺的前景。1.2本课题研究的问题和拟采用的研究手段1.2.1研究的问题 （1）设计一套5000吨/年70%乙醇水溶液精馏纯化到99.0%的工艺和装置。 （2）精馏塔、换热器（冷凝器）、塔釜等关键设备装置的选型和结构设计。 （3）制定合理可行的工艺流程，确定操作条件，如操作压力、进料状态、加热方式等，确定回流比，计算塔顶产品产量，加热蒸汽量和釜残液量，估算全塔效率，进行工艺设计、物料衡算、热量衡算。1.2.2拟采用的研究手段和设计思路 （1）研究手段：首先，通过查阅相关文献资料，了解乙醇精馏的相关方法，选取出最合理的精馏纯化方式。其次，根据化工工艺设计手册和化工物性算图手册进行工艺设计、物料衡算、热量衡算，制定合理可行的工艺流程，
