乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计

化工原理课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔的设计

班级；

姓名；

学号；

指导教师；

2014年1月10号

目录

1.设计任务书 (3)

2.前言 (4)

3.精馏塔优化设计 (5)

4.精馏塔优化设计计算 (5)

5.设计计算结果总表 (22)

6.参考文献 (23)

7.课程设计心得 (23)

精馏塔设计任务书

乙醇——水溶液连续精馏塔设计

摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。

关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。

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45%，产品浓度为92%，年生产能力5.0万吨/年

操作条件：①间接蒸汽加热

②操作压力；常压

③进料热状况：自选

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

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 ={0.45/46}/【{0.45/46}+{0.55/18}】=0.2425 X D ={0.92/46}/【{0.92/46}+{0.08/18}】=0.8182 X W =0.007921

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，作图

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 作图可知 b=0.396b=

1

D

x R + ∴R min =1.247

由工艺条件决定 R=1.6R m in 故取操作回流比 R=1.99

⑶求理论板数T N

塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压i p

①求平均相对挥发度 塔顶 D α=A B P P =101.344.2

=2.29 进料 F α=

188.5

86.1=2.189 塔底 W α=220.0

101.33

=2.17

全塔平均相对挥发度为