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1、化工原理课程设计说明书设计题目： 乙醇水精馏塔设计设计者： 专业： 化学工程与工艺学号： 指导老师： 2006年6月19日化工原理课程设计任务 设计题目：乙醇水精馏塔设计设计条件系统进料：25C处理量： 25，000吨/年进料浓度：28%乙醇（质量） 处理要求：塔顶乙醇浓度 94% （质量） 塔底乙醇浓度 0.1%（质量）塔顶压强：4kPa(表压)进料状态： 泡点进料回流比： 1.7Rmin冷却水温： 28C加热蒸汽： 0.2 MPa（表压）设备形式： 筛板塔年工作时： 7200小时年工作日： 300天（连续操作）塔顶冷凝器采用全凝器塔低再沸器为间接蒸汽加热目录一、 前言二、 设计方案简介三、
2、 工艺流程图及说明.四、 工艺计算及精馏塔设计1、 工艺条件.2、 汽液平衡数据.3、 物料衡算.4、 实际塔板数确定5、 精馏塔内汽液负荷计算6、 工艺条件及物性数据计算7、 塔和塔板主要工艺尺寸计算8、 塔板负荷性能图五、 辅助设备设选型计算六、 课程设计的其它问题.七、 选用符号说明八、 参考文献.九、 结束语前言 乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工业原料之一，与酸碱并重，它作为再生能源犹为受人们的重视。工业上常用发酵法（C6H10O5）n和乙烯水化法制取乙醇。乙醇有相当广泛的用途，除用作燃料，制造饮料和香精外，也是一种重要的有机化工原料，如用乙醇制造乙酸、乙醚等；乙醇又是一种有
3、机溶剂，用于溶解树脂，制造涂料。众所周知，在医药卫生方面，乙醇作为消毒杀菌剂而造福于人类。人类餐饮饭桌上饮用各种酒品，乙醇也是其中不可或缺的组成部分，如：啤酒含35，葡萄酒含620，黄酒含815，白酒含5070（均为体积分数）。据有关资料表明，乙醇对人体具有营养价值。现在，乙醇成为了一种新型替代能源乙醇汽油。按照我国的国家标准，乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。它不影响汽车的行驶性能，还减少有害气体的排放量。乙醇汽油作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，符合我国能源替代战略和可再生
4、能源发展方向，技术上成熟安全可靠，在我国完全适用，具有较好的经济效益和社会效益。乙醇精馏是生产乙醇中极为关键的环节，是重要的化工单元。其工艺路线是否合理、技术装备性能之优劣、生产管理者及操作技术素质之高低，均影响乙醇生产的产量及品质。工业上用发酵法和乙烯水化法生产乙醇，单不管用何种方法生产乙醇，精馏都是其必不可少的单元操作。本次设计的精馏塔是为了精馏乙醇以得到高纯度的乙醇，要求达到塔顶馏出物浓度（94%（wt）,塔底浓度（0.1%（wt）。本设计采用填料塔，与板式塔相比，填料塔有一下优点：（1）生产能力大；（2）分离效率高；（3）压力降小；（4）持液量小；（5）操作弹性大。设计方案简介工艺流程
5、图及说明工艺计算及精馏塔设计1、工艺条件 正如前面设计任务书，本次设计工艺条件如下：进料温度： 25C处理量： 25，000吨/年进料浓度： 28%乙醇（wt）处理要求： 塔顶乙醇浓度 94%（质量） 塔底乙醇浓度 0.1%（质量）塔顶压强： 4kPa(表压)进料状态： 泡点进料回流比： 1.7Rmin 冷却水温： 28C加热蒸汽： 0.2 MPa设备形式： 填料塔塔顶冷凝采用全凝器塔低再沸器为间壁加热年工作日：300天（连续操作）年工作时：7200小时2、汽液平衡数据及t-x-y, x-y图（1） 乙醇和水的汽液平衡数据如下：温度t / C乙醇的摩尔分数/ %温度t / C乙醇的摩尔分数/
6、%液相xA汽相 yA液相xA汽相 yA1000.000.0081.532.7358.2695.51.9017.0080.739.6561.2289.07.2138.9179.850.7965.6486.79.6643.7579.751.9865.9985.312.3847.0479.357.3268.4184.116.6150.8978.7467.6373.8582.723.3754.4578.4174.7278.1582.326.0855.8078.1589.4389.43表一：乙醇水二元汽液平衡数据（2）作t-x-y 和 x-y图3、全塔物料衡算（1）由质量分数求摩尔分数 乙醇相对分子质量
7、 MA=46.07g/mol；水的相对分子质量 MB=18.02 g/mol。 进料、塔顶、塔底质量分数： =29%(wt%)；=94%；=0.1%。将以上计算结果列为下表物料位置进料口塔顶塔釜摩尔分数0.13200.85970.0004表二：进料、塔顶、塔釡物料摩尔分数（2）全塔物料衡算 进料平均相对分子量：21.723 kg/kmol 进料量：F =44.4mol/s 物料衡算： 解得：D=6.8mol/s, W=37.6mol/s6、工艺条件物性计算 工艺条件物性的计算包括：操作压强、温度、平均分子量、平均密度、液体表面张力、液体黏度及表格。下面分别计算以上各个物性数据。6.1 温度的计
8、算为了考察精馏塔内物质的状态性质，需要计算塔内各部分的温度具体为：塔顶、进料口、塔釡、精馏段平均温度、提馏段平均温度。 利用表一中数据由拉格朗日插值可求得 ：=85.07 C (=0.1320)：78.21 C (=0.8579)：99.905C (=0.0004)可知塔内的各个温度为下：塔顶78.21C；进料口 C；塔釡 C；精馏段平均温度 C；提馏段平均温度C。6.2 操作压强乙醇、水的饱和蒸汽压可以用下式计算： 式中：p为蒸气压mmHg；A、B、C为常数；t为摄氏温度（C）物质名称温度范围t/ C安托尼常数ABC乙醇-301508.044941554.3222.65水0608.10765
9、1750.286235.0水601507.966811668.21228.0表三：乙醇、水安托尼常数（摘自：物化实验）6.2.1 塔顶压力：78.21 C，=0.8579由安托尼公式可以计算出该温度下，100.845KP， 44.034KP假设该物系为理想物系：92.77KP6.2.2 进料处：C，=0.1320同上，可以计算出该温度下，131.469KP， 57.964KP67.667KP6.2.3 塔釡：C， =0.0004（同上计算可得）224.455KP， 100.98KP101.029KP6.2.4 精馏段：C平均液相组成： 0.3157所以有115.315KP， 50.598KP7
10、0.94KP6.2.5 提馏段：C平均液相组成： 0.0436所以有 172.863KP， 76.998KP81.18KP6.3 平均分子量的计算 利用拉格朗日插值法，结合表一中数据，计算精馏段和提馏段内平均汽液相组成。6.3.1 液相组成由以上计算可知精馏段和提馏段的液相组成分别为：0.3157，0.0436。汽相组成精馏段： 0.5783提馏段： 0.2716所以精馏段和提馏段的平均液相组成分别为0.3157， 0.0436，0.5783，0.2716。6.3.2 计算平均分子量精馏段： 提馏段：6.4 平均密度 用下式计算密度，混合液密度： 混合气密度：。其中：a为质量分数，为平均相对分
11、子质量不同温度下乙醇和水的密度如下表(表示乙醇，表示水)温度/ C/kg/m3/kg/m3温度/ C/kg/m3/kg/m380735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3表四：不同温度下乙醇和水的密度求C ，C下乙醇和水的平均密度：C， =733.39 kg/m3 =970.75 kg/m3同理：C ，722.01 kg/m3 963.58kg/m3精馏段：液相：= =826.04 kg/m3汽相：=1.177 kg/m3 提馏段：液相 = =931.18kg/m3气相 =kg/m36.5 混合液体表面张力二元有机物水溶液表面张力可用下
12、列各式计算：式中：， ， ， ， ， 式中：下角标w，o，s分别代表水、有机物及表面部分，分别表示主体部分的分子含量，指主体部分的摩尔分子体积，为水、有机物的表面张力，对乙醇=2。乙醇、水的表面张力和温度的关系如下表温度/C708090100乙醇的表面张力/ 10-2N/m21817.1516.215.2水的表面张力/ 10-2N/m264.362.660.758.8表五：不同温度下乙醇、水的表面张力精馏段：C =21.81cm3/mol，=46.07/1.177=39.14cm3/mol。乙醇的表面张力： =16.9910-2N/m2水的表面张力： =62.2910-2N/m2=0.661=lg0.661= -0.180 = -0.965= -0.180+(
