化工原理课程设计--- 乙醇——水筛板精馏塔工艺设计

化工原理课程设计任务书

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设计时间：

设计题目：乙醇——水筛板精馏塔工艺设计

（取至南京某厂药用酒精生产现场）

设计条件： 1. 常压操作，P=1 atm（绝压）。

2. 原料来至上游的粗馏塔，为95——96℃的饱和蒸汽。因沿

程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3. 塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，产量为 40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03%（质量分

率）。

5．塔釜采用饱和水蒸汽加热（加热方式自选）；塔顶采用全凝器，泡点回流。

。

6．操作回流比R=（1.1——2.0）R

min

设计任务： 1. 完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接管的计

算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程图，t-x-y相平衡图，塔板负

荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条件图。

3．写出该精流塔的设计说明书，包括设计结果汇总和对自己

设计的评价。

指导教师：时间

1设计任务

1.1 任务

1.1.1 设计题目乙醇—水筛板精馏塔工艺设计（取至南京某厂药用酒

精生产现场）

1.1.2 设计条件 1.常压操作，P＝1 atm（绝压）。

2．原料来至上游的粗馏塔，为95－96℃的饱和蒸气。

因沿程热损失，进精馏塔时原料液温度降为90℃。

3．塔顶产品为浓度92.41%（质量分率）的药用乙醇，

产量为40吨/日。

4．塔釜排出的残液中要求乙醇的浓度不大于0.03％

(质量分率)。

5．塔釜采用饱和水蒸气加热（加热方式自选）；塔顶

采用全凝器，泡点回流。

6．操作回流比R=(1.1—2.0)

R。

min

1.1.3 设计任务

1.完成该精馏塔工艺设计，包括辅助设备及进出口接

管的计算和选型。

2．画出带控制点的工艺流程示意图，t-x-y相平衡

图，塔板负荷性能图，筛孔布置图以及塔的工艺条

件图。

3．写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总

和对自己设计的评价。

1.2 设计方案论证及确定

1.2.1 生产时日

设计要求塔日产40吨92.41%乙醇，工厂实行三班制，每班工作8小时，每天24小时连续正常工作。

1.2.2 选择塔型

精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较[1]知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，它与泡罩塔相比较具有下列优点：生产能力大10-15%，板效率提高15%左右，而压降可降低30%左右，另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右，安装容易，也便于

清洗检修[2]。因此，本设计采用筛板塔比较合适。

1.2.3精馏方式

由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式。

1.2.4 操作压力

常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。

1.2.5加热方式

在本物系中，水为难挥发液体，选用直接蒸汽加热，可节省再沸器。

1.2.6 工艺流程

原料槽中的原料液先由离心泵送到预热器预热，再进精馏塔，精馏塔塔顶蒸汽经全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品输送进乙醇贮存罐，而再沸器则加热釜液，塔釜产品流入釜液贮存罐。

2 筛板式精馏塔的工艺设计

2.1 精馏塔的工艺计算

2.1.1乙醇和水的汽液平衡组成

相对挥发度 的计算：

塔顶产品浓度为92.4%，因此，可近似看成纯乙醇溶液；同理，塔底浓度为0.02%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为乙醇沸点为78.3o C，塔底温度为水的沸点96.0o C

表2-1查[2]

书得：不同温度下乙醇和水的汽液平衡组成如下表所示：

根据以上数据画出以下乙醇-水的t-x（y）相平衡图，以及乙醇-水的x-y图

② 通过试差法求出塔顶、塔底、进料处、加料板的乙醇气相组成

17.05

.95903891.017.00.895.95--=--进料板Y

0190

.05

.95900721.00190.00.895.95--=--进料板X

解得 X 进料板=0.0639 Y 进料板=0.355

③计算塔顶、塔底、进料处相对挥发度

计算公式为：Xa

Ya 1Xa 1Ya ）（）

（α--=

顶

Y --=--8943.03.7815.788943.07815.015.7841.78

Y

顶

=0.8292

8943

.015

.783.788943.07472.015.7841.78--=--顶X

X 顶=0.8094

17

.05

.959617.005.95100--=--顶Y

0190

.05

.9596019.005.95100--=--底X

塔顶：α顶=1.123 塔底：α底=8.957 加料板：α加料板=8.063

④计算乙醇－水的平均相对挥发度：

乙醇－水的相对挥发度一般应用各温度下的挥发度的几何平均值或者算术平均值表示，

本设计中使用各温度下的几何平均值来表示。 α底顶αα=

=2.32

2.1.2全塔物料衡算

原料液中：设 A 组分－乙醇; B 组分－水

查[6]书和[7]书得:

乙醇的摩尔质量：M 乙=46.07 kg/kmol 水的摩尔质量： M 水=18.02 kg/kmol

826.002

.18/0759.007.46/9241.007

.46/9241.0=+=

D x