乙醇-水连续精馏装置的工艺设计

年产4500吨填料塔乙醇连续精馏塔

班级：制药工程0901

参与人员：贾红茹、田婧、朱璐莹、杨烽、

张彦冰、赵璐菁、陈雯雯、

马杰伟、吴涛、曹昱

指导教师：***

时间：2012.5.30至2012.6.15

目录

1.概述 (2)

1.1设计目的 (2)

1.2设计任务 (2)

1.3生产流程简介 (2)

2.工艺计算 (4)

2.1全塔物料衡算： (5)

2.2组分的y-x相平衡图: (5)

2.3确定最小回流比Rmin以及实际的R: (5)

N： (5)

2.4确定理论板数

T

2.5摩尔流率的计算 (6)

2.6热量衡算 (6)

2.7填料的选择： (8)

2.8塔径的确定： (9)

2.9校核： (11)

2.10填料层高度 (13)

3. 辅助设备的设计 (14)

3.1填料塔的附属元件设计 (14)

3.2塔附属高度 (15)

3.3管道设计（GB/T8163—1999） (16)

3.4贮罐选择 (19)

3.5换热器选型 (20)

3.6泵的选择 (24)

4.数据汇总表 (26)

5.认识与体会 (27)

摘要：乙醇是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势。本文主要介绍了年产4500吨乙醇的生产工艺，通常设置乙醇回流装置，将使用过的和未反应的乙醇予以提纯回收，根据医药工业生产特点和工厂试验经验，设计乙醇连续精馏装置，得乙醇产品。本文主要承担填料塔的设计，根据物料性质采用填料精馏塔。并通过物料衡算和热量衡算，进行设备选型及塔体工艺尺寸的计算，设计出符合要求的填料精馏塔。

关键字：乙醇；填料塔；精馏塔

1.概述

1.1设计目的

培养学生运用化工原理课程及有关知识进行化工工艺设计的能力，且在培养学生设计能力的同时，建立正确的设计思路和设计方法。

1.2设计任务

1．年产量：D=4500吨

2．加热蒸汽压：4atg

3．冷却器进口温度：20℃

4．冷却器出口温度：35℃

5．原料液浓度：30%（质量浓度）

6．产品浓度：92%（质量浓度）

7．塔釜中乙醇含量：1%（质量浓度）

8．工作时间：330天/年

9．操作条件：以设定压力的饱和蒸汽在塔釜间接加热，塔顶采用冷凝冷却器，以水作为冷凝剂，冷却器水的进口温度与冷凝器水的出口温度为设定值。采用泡点进料，泡点回流。

1.3生产流程简介

本装置为泡点进料，原料在预热器中预热至泡点，从精馏塔进料位置加入，在进料位置与塔上部回流汇合后流入塔底的再沸器，回流液体在物料表面与上升气体相接触，进行热质传递过程。操作连续的从再沸器中取出部分液体汽化产生上升蒸汽一次通过填料层，其余的

为塔底产品。塔顶蒸汽进入冷凝器冷凝后，部分泡点回流，其余作为产品流出。

2.工艺计算 2.1全塔物料衡算：

2.1.1.确定关键组成：

D=4500T/Y X D =92% X F =30% X W <1%（均为质量分量数） 分子量：乙醇46.07g/mol 水18.02g/mol 2.1.2.换算成摩尔百分比：

F 0.346.07x 0.14350.30.7

46.0718.02

==+

D 0.9246.07x 0.81810.920.08

46.0718.02

==+

W 0.0146.07x 0.00390.010.99

46.0718.02

==+

2.1.

3.平均摩尔质量：

mPa s

0.4262 7490.3458

8830.2878

955.58

每年以330个工作日计算

D=4500T/Y=12.33Kmol/h 由全塔物料衡算：F=D+W 由乙醇组分衡算：F D w Fx =Dx +Wx

F W D W X X D 0.14350.00390.1714F X X 0.81810.0039

--===-- ∴F=71.94Kmol/h

2.2组分的y-x 相平衡图:

根据乙醇-水的相平衡数据[1]描出各点,然后用一条光滑的曲线将这些点连接起来,得到乙醇-水的相平衡图。见附图1

2.3确定最小回流比Rmin 以及实际的R:

在相平衡曲线上，过A （0.8181，0.8181）作相平衡曲线的切线，

得挟点，查得此切线的Y 轴截距为

D min x R 1

=+0.315 ，由此求得

min R 1.6265=，由于R=（1.2~2）min R ，圆整得R=3

2.4确定理论板数T N ：

过A 点作D

x R 1

=+0.2046的直线，取泡点进料，则q=1，所以q 线

为过（F X ，0）且垂直于X 轴的一条直线，求得此二直线的交点E ，连接EC ，其中C 点坐标为（w x ，w x ），则AE 为精馏段操作线，EC 为提馏段操作线。在此坐标上，在操作线和相平衡线画理论板数，作图结果：理论板数T N 12=（块），其中精馏段理论板10块，提馏段理论板2块，第10块板为加料板。

2.5摩尔流率的计算

L=RD=312.33kmol/h=36.99kmol/h V=(R+1)D=49.32kmol/h

L L+qF=36.9971.94108.93kmol/h V=V-(1-q)F=49.32kmol/h

⨯=+=

2.6热量衡算

2.6.1．塔釜加热蒸汽量W 汽的计算：

压强 4498.1101.325493.725==⨯+=P atg kPa 查得此压强下饱和水蒸气温度[2]

151.2t =℃

⑴塔釜加热蒸汽用量： 在4atg 下，0r 2114.73/=kJ kg

查液体的汽化热共线图[2]，得98.75℃时乙醇的汽化热r 910kJ/kg =乙醇 查水的饱和蒸气表[2]，得98.75℃时水的汽化热r 2425kJ/kg =水

r x r x r 1-0.01J g

=+=⨯⨯乙醇乙醇

水水（）2425+9100.01=2409.85k /k W W W 0010.010.990.010.99

M M M 46.0718.02M 18.125Q =W r V M r V M r 49.3218.1252409.85

W 1018.68kg/h r 2114.732

=+=+

⇒=∴⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯∴=

==乙醇水汽汽

6W Q =2.15410⨯塔釜热负荷kJ/h

⑵预热器加热蒸汽用量：