酒精和水精馏分离

第一章 设计任务书

一 设计题目

分离乙醇-水混合液的板式精馏塔 二 设计数据

处理量：每天处理乙醇-水混合液2.57吨，每天处理两批次 原 料：乙醇含量为73%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶含量不低于95% 三 操作流程的确定和说明

操作压力：由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔

的操作费用，操作压力选为常压。其中塔顶压力为5

1.0132510Pa ⨯，

塔底压力

5

[1.0132510(265~530)]N Pa ⨯+ 塔型选择：根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，

产品流量为 ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。

进料状态：虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、

气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。

加热方式：精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保

证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。

第二章 塔板的工艺设计

第一节 精馏塔全塔物料衡算

F ：原料液流量（kmol/s ） x F ：原料组成（摩尔分数，下同）

D：塔顶产品流量（kmol/s） x D：塔顶组成

W：塔底产品流量（kmol/s） x W：塔底组成

原料乙醇组成：

塔顶组成：

进料量：

第二节计算温度、密度、表面张力、粘度、相对

挥发度气液相及体积流量

表一.常压下乙醇-水气液平衡组成(摩尔)与温度关系

精馏段挥发度:由

得

所以 0.49950.8515

5.730.50050.1482

A B B A y x y x α⨯==⨯=

因为是饱和液体进料，所以 q=1,又因xF=0.0537,所以q 为一条直线。x-y 相图如下所示：

根据x-y 相图得： min 0.85980.3212

2.0130.32120.0537

D q q q

x y R y x --=

=

=--

min 1.5 1.5 2.013 3.02R R ==⨯=取

第三节 理论塔板的计算

理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。

理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次试验设计中采用逐板计算法。

根据 1.01325 ⨯105Pa 下，乙醇-水气液平衡组成关系及操作线方程计算。

min 2.013R =，操作回流比等于： min 1.5 1.5 2.013 3.02R R ==⨯=。

已知：精馏线操作方程：

平衡线方程：

由于塔顶采用全冷凝

所以要用精馏的方法分离该任务下的酒精-水溶液得到95％的酒精需要八块板（不包括塔底再沸器），最终得到的塔底残液的浓度为0.0586即5.86％