乙醇-水连续精馏塔的设计

化工原理课程设计任务书一

一、设计题目：乙醇精馏塔

二、设计任务及条件

（1）、进料含乙醇38.2%，其余为水（均为质量分率，下同）

（2）、产品乙醇含量不低于93.1%；

（3）、釜残液中乙醇含量不高于0.01%；

（4）、生产能力5000T/Y乙醇产品，年开工7200小时

（5）、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；④回流比：R=5

⑤单板压降：75mm液柱

三、设计内容

（1）、流程的确定与说明；

（2）、塔板和塔径计算；

（3）、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。（4）、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

四、设计成果

（1）设计说明书一份；

（2）A4设计图纸包括：流程图、精馏塔工艺条件图。

化工原理课程设计任务书(6)

(一) 设计题目

乙醇-水连续精馏塔的设计

(二) 设计任务及操作条件

1) 进精馏塔的料液含乙醇25%（质量分数，下同），其余为水；

2) 产品的乙醇含量不得低于94%；

3) 残液中乙醇含量不得高于0.1%；

4) 生产能力为日产（24小时）吨94%的乙醇产品；

5) 操作条件

a) 塔顶压力 4kPa（表压）

b) 进料热状态自选

c) 回流比自选

d) 加热蒸气压力 0.5MPa（表压）

e) 单板压降≤0.7kPa。

(三) 塔板类型

浮阀塔。

(四) 厂址

厂址为武汉地区。

(五) 设计内容

1、设计说明书的内容

1) 精馏塔的物料衡算；

2) 塔板数的确定；

3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；

4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；

5) 塔板主要工艺尺寸的计算；

6) 塔板的流体力学验算；

7) 塔板负荷性能图；

8) 精馏塔接管尺寸计算；

9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。

2、设计图纸要求：

1) 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）；

2) 绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。

3.4 浮阀精馏塔设计实例

3.4.1 化工原理课程设计任务书

1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计

2 原始数据及条件

生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年）原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体

分离要求：塔顶乙醇含量不低于95%

塔底乙醇含量不高于0.2%

建厂地址：江苏常州

3.4.2 塔板的工艺设计

1 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：塔底残液流量（kmol/s）x W：塔底组成

原料乙醇组成：

塔顶组成：

塔底组成：

进料量：

物料衡算式：F = D + W

F x F= D x D+ W x W

联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s，W = 0.2371 kmol/s

2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系

在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系

（1）温度

利用表中数据由拉格朗日插值可求得t F、t D、t W

①t F ：t F = 87.41℃

②t D ：t D = 78.17℃

③t W ：t W = 99.82℃

④精馏段平均温度：

⑤提馏段平均温度：

（2）密度

已知：混合液密度：

混合气密度：

①精馏段：

液相组成x1：x1 = 22.94% 气相组成y1：y1 = 54.22% 所以

②提馏段

液相组成x2：x2 = 3.44%

气相组成y2：y2 = 23.37% 所以

表3-12 不同温度下乙醇和水的密度

求得在与下的乙醇和水的密度

，，

，

同理：，，

在精馏段：液相密度：

气相密度：

在提馏段：液相密度：

气相密度：

（3）混合液体表面张力

二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算

公式：

注：

，，

，，

，，

式中下角标，w,o,s分别代表水、有机物及表面部分，x w、x o指主体部分的分子数，V w、V o主体部分的分子体积，δw、δo为纯水、有机物的表面张力，对乙醇q = 2。

①精馏段

表3-13 不同温度下的表面张力

乙醇表面张力：

水表面张力：

因为，所以

联立方程组，

代入求得：，

，

1.提馏段

，

乙醇表面张力：解得：水表面张力：解得：因为，所以

联立方程组，

代入求得：，

（4）混合物的粘度

，查表得：，

，查表得：，精馏段粘度：

提馏段粘度：

（5）相对挥发度