乙醇—水溶液精馏塔设计

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乙醇-水溶液连续精馏塔设计

目录

1.设计任务书 (3)

2.英文摘要前言 (4)

3.前言 (4)

4.精馏塔优化设计 (5)

5.精馏塔优化设计计算 (5)

6.设计计算结果总表 (22)

7.参考文献 (23)

8.课程设计心得 (23)

精馏塔设计任务书

一、设计题目

乙醇—水溶液连续精馏塔设计

二、设计条件

1．处理量：15000 （吨/年）

2．料液浓度：35 （wt%）

3．产品浓度：93 （wt%）

4．易挥发组分回收率：99%

5．每年实际生产时间：7200小时/年

6. 操作条件：

①间接蒸汽加热；

②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）

③进料热状况：泡点进料；

三、设计任务

a) 流程的确定与说明；

b) 塔板和塔径计算；

c) 塔盘结构设计

i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；

ii. 流体力学验算；

iii. 塔板负荷性能图。

d) 其它

i. 加热蒸汽消耗量；

ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量

e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配

图，编写设计说明书。

乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计

前言

乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。

要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔

底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。

浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。

F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。

精馏塔优化设计计算

在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年

操作条件：①间接蒸汽加热

②塔顶压强：1.03atm（绝对压强）

③进料热状况：泡点进料

一精馏流程的确定

乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图

二塔的物料衡算

1.查阅文献，整理有关物性数据

⑴水和乙醇的物理性质

⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表

常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。

乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18

25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为：

58453210314.410348.100163.009604.09726.283364.67x x x x x --⨯-⨯+-+-=σ 式中 σ——25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，N ／m ； x ——乙醇质量分数，％。

其他温度下的表面张力可利用下式求得

2

.11221

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--T T T T C C ＝σσ

式中 σ1——温度为T 1时的表面张力；N ／m ；

σ2——温度为T 2时的表面张力；N ／m ； T C ——混合物的临界温度，T C ＝∑x i T ci ，K ； x i ——组分i 的摩尔分数；

T Ci ——组分i 的临界温度， K 。 2. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 X F =

0.35/46.07

0.35/46.070.65/18.02

+=0.174

X D =0.93/46.07

0.93/46.070.07/18.02

+=0.838

X W =0.01/46.07

0.01/46.070.99/18.02+=0.0039

3. 平均摩尔质量

M F =0.174⨯46.07+（1-0.174）⨯18.02=22.9 kg/kmol

M D = 0.838⨯46.07+ (1-0.838) ⨯18.02=41.52kg/kmol M W =0.0039⨯46.07+（1-0.0039）⨯18.02=18.12kg/kmol

4. 物料衡算

已知：F=3

1500010720027.84

⨯⨯=74.83/kmol h

总物料衡算 F=D+W=74.83

易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.83⨯0.174 联立以上二式得：

D=15.25kg/kmol W=59.57kg/kmol

三 塔板数的确定

1. 理论塔板数T N 的求取

⑴根据乙醇——水气液平衡表1-6，

⑵求最小回流比R min 和操作回流比R 。

因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q 线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图g 点所示. 此时恒浓区出现在g 点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点a(D x ,D x )向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求min R