乙醇精餾塔-畢業(yè)設計

河南理工大學2013屆本科畢業(yè)論文摘要乙醇是一種極重要的有機化工原料，也是一種燃料，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。隨著乙醇工業(yè)的迅速成熟,各種制乙醇的方法相繼產(chǎn)生。由于乙醇與水混合物的特殊性，即相對揮發(fā)度的不同且在一定濃度時生成共沸物，精餾操作一直是乙醇生產(chǎn)不可缺少的工序。本設計的主要內(nèi)容是根據(jù)20萬噸乙醇生產(chǎn)工藝的需求,通過物料衡算和熱量衡算以及板式浮閥塔設計的理論知識來設計浮閥塔，并由負荷性能圖來進行校驗.此外，本設計遵循經(jīng)濟、資源綜合利用、環(huán)保的原則，嚴格控制工業(yè)三廢的排放，充分利用廢熱,降低能耗，提高工藝的可行性.關鍵詞：乙醇精餾；浮閥塔；塔附件設計

AbstractEthanolisaveryimportantorganicchemicalrawmaterial，butalsoafuel，inthenationaleconomyoccupiedaveryimportantposition.Withtherapidethanolindustrymatures,variousmethodshavebeenfound。Asacharacteristicofamixtureofethanolandwater,thedifferenceoftherelativevolatilityandisgeneratedinacertainconcentrationazeotrope，distillationoperationhasbeenindispensablestepofethanolproduction.Thedesignofthemaincontentisbasedon200，000tonsofethanolproductiontechnology，whichneedsthroughmaterialbalanceandenergybalanceandtheplatevalvecolumndesigntheorytodesignthefloatvalvecolumnbyloadperformancediagramsforverification.Inaddition,thedesignfollowstheeconomy，resourceutilization，environmentalprotectionprinciples,strictlycontrolindustrialwasteemissions,thefulluseofwasteheat,reduceenergyconsumptionandimprovethefeasibilityoftheprocess。Keywords：Ethanoldistillation，Valvecolumn，Design目錄TOC\o”1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc358470596"摘要 I_Toc358470599”第一章緒論 1HYPERLINK\l”_Toc358470600”1。1設計的目的和意義 1HYPERLINK\l”_Toc358470601"1。2產(chǎn)品的性質(zhì)及用途 1HYPERLINK\l”_Toc358470602"1.2。1物理性質(zhì) 1HYPERLINK\l”_Toc358470603”1.2.2化學性質(zhì) 2第二章工藝流程的選擇和確定 32.1粗乙醇的精餾 32。1。1精餾原理 3HYPERLINK\l”_Toc358470608”2.1。2精餾工藝和精餾塔的選擇 3HYPERLINK\l”_Toc358470609”2.2乙醇精餾流程 5HYPERLINK\l”_Toc358470610"第三章物料和能量衡算 7HYPERLINK\l”_Toc358470611"3。1物料衡算 7HYPERLINK\l”_Toc358470612"3。1.1粗乙醇精餾的物料平衡計算 7HYPERLINK\l”_Toc358470613"3.1.2主塔的物料平衡計算 8HYPERLINK\l”_Toc358470614”3.2主精餾塔能量衡算 93.2。1帶入熱量計算 9HYPERLINK\l”_Toc358470616”3.2.2帶出熱量計算 10_Toc358470618”第四章精餾塔的設計 114.1主精餾塔的設計 11HYPERLINK\l”_Toc358470620”4.1。1精餾塔全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定 114。1.2求最小回流比及操作回流比 12HYPERLINK\l”_Toc358470622”4。1。3氣液相負荷 12HYPERLINK\l”_Toc358470623"4。2求操作線方程 12HYPERLINK\l”_Toc358470624"4。3圖解法求理論板 13_Toc358470626”4。3。2板效率及實際塔板數(shù) 14_Toc358470628"4.4。1操作壓力 14_Toc358470630"4.4.3混合液液相密度 16HYPERLINK\l”_Toc358470631"4.4。4表面張力 16HYPERLINK\l”_Toc358470632”4.5氣液相流量換算 19HYPERLINK\l”_Toc358470633"第五章塔徑及塔的校核 21HYPERLINK\l”_Toc358470634”5。1塔徑的計算 21HYPERLINK\l”_Toc358470635”5。2溢流裝置 23HYPERLINK\l”_Toc358470636”5.2.1堰長 23_Toc358470638”5.2。3弓形降液管的寬度和橫截面積 23HYPERLINK\l”_Toc358470639”5。2。4降液管底隙高度 24HYPERLINK\l”_Toc358470640”5.3塔板布置 245。4浮閥數(shù)目與排列 245。6淹塔 27HYPERLINK\l”_Toc358470644”5.7塔板負荷性能圖 285.7.1霧沫夾帶線 28HYPERLINK\l”_Toc358470646"5。7。2液泛線 295。7.3液相負荷上限線 30HYPERLINK\l”_Toc358470648"5。7.4漏液線 30HYPERLINK\l”_Toc358470649”5.7。5液相負荷下限線 31_Toc358470651"6.1接管設計 34HYPERLINK\l”_Toc358470652"6.2壁厚 356.3封頭 356。5塔高的計算 35HYPERLINK\l”_Toc358470656”6.5。1塔的頂部空間高度 35HYPERLINK\l”_Toc358470657"6。5.2塔的底部空間高度 36HYPERLINK\l”_Toc358470658"6。5。3塔立體高度 36HYPERLINK\l”_Toc358470659”第七章總結(jié) 37致謝 38參考文獻 39第一章緒論1.1設計的目的和意義由于我國石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實問題，尋求替代能源已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的關鍵。乙醇作為石油的補充已成為現(xiàn)實，發(fā)展乙醇工業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲量中占有很大比重（我國情況更是如此），而且煤制乙醇的合成技術很成熟。隨著石油和天然氣價格的迅速上漲，煤制乙醇更加具有優(yōu)勢。本設計遵循“工藝先進、技術可靠、配置科學、安全環(huán)保"的原則；結(jié)合乙醇的性質(zhì)特征設一座年產(chǎn)20萬噸煤制乙醇的生產(chǎn)車間.作為替代燃料，近幾年，汽車工業(yè)在我國獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來能源供應問題.石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而乙醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點,替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一。我國政府已充分認識到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作.通過設計可以鞏固、深化和擴大所學基本知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹立良好的學術思想和工作作風.通過完成設計，可以知道乙醇的用途;基本掌握煤制乙醇的生產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外乙醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及乙醇工業(yè)的發(fā)展趨勢.1。2產(chǎn)品的性質(zhì)及用途1。2.1物理性質(zhì)乙醇是一種很好的溶劑，既能溶解許多HYPERLINK”http：///view/42610.htm”\t”_blank”無機物,又能溶解許多有機物,所以常用乙醇來溶解HYPERLINK”/view/443217.htm"\t”_blank"植物色素或其中的藥用\t"_blank”成分，也常用乙醇作為反應的溶劑，使參加反應的有機物和無機物均能溶解,增大接觸面積，提高\t"_blank”反應速率。例如，在\t”_blank”油脂的HYPERLINK”/view/146749。htm”皂化反應中，加入乙醇既能溶解NaOH，又能溶解油脂，讓它們在均相(同一溶劑的溶液）中充分接觸,加快反應速率，提高反應限度。乙醇的物理性質(zhì)主要與其低碳直鏈醇的性質(zhì)有關。分子中的羥基可以形成氫鍵，因此乙醇黏度很大，也不及相近\t”_blank"相對分子質(zhì)量的有機化合物極性大。室溫下,乙醇是無色HYPERLINK”/view/1249327.htm”\t”_blank"易燃，且有特殊香味的揮發(fā)性液體。1。2.2化學性質(zhì)乙醇具有酸性（不能稱之為酸，不能使HYPERLINK”/view/247768。htm"\t”_blank”酸堿指示劑變色,也不與堿反應，也可說其不具酸性)乙醇分子中含有極化的氧氫鍵,電離時生成烷氧基HYPERLINK”/view/19364.htm”\t”_blank"負離子和HYPERLINK”/view/24430.htm"\t”_blank"質(zhì)子.乙醇的HYPERLINK”/view/2578919.htm”\t"_blank”pKa=15。9，與水相近。乙醇的HYPERLINK”/view/1212447.htm”酸性很弱，但是電離平衡的存在足以使它與\t”_blank”重水之間的HYPERLINK”/view/1160。htm"同位素交換迅速進行.因為乙醇可以電離出極少量的氫離子，所以其只能與少量HYPERLINK”http：///view/6314.htm”\t"_blank”金屬（主要是\t”_blank"堿金屬)反應生成對應的醇金屬以及_blank"氫氣。醇可以和高活躍性金屬反應,生成HYPERLINK”/view/1452088。htm"\t”_blank”醇鹽和氫氣.醇金屬遇水則迅速HYPERLINK”http：///view/19501.htm"水解生成醇和\t"_blank”堿。(1）乙醇可以與金屬鈉反應，產(chǎn)生氫氣，但不如水與金屬鈉反應劇烈。（2）活潑金屬（鉀、鈣、鈉、鎂、鋁）可以將乙醇羥基里的氫取代出來。1。2。3乙醇的用途乙醇可作為化合物的HYPERLINK”http：///view/148817。htm”結(jié)晶、洗滌劑、HYPERLINK”http：///view/62582.htm"萃取劑；可用于HYPERLINK”/view/45367。htm"有機合成；食用酒精可以勾兌白酒；可用作粘合劑、硝基噴漆、清漆、化妝品、HYPERLINK”/view/172081。htm"油墨、脫漆劑等的溶劑以及農(nóng)藥、醫(yī)藥、HYPERLINK”/view/45797.htm"橡膠、塑料、人造纖維、HYPERLINK”http：///view/115642.htm"洗滌劑等的制造原料、還可以做HYPERLINK”http：///view/443321.htm"防凍劑、消毒劑等。一般使用95％的酒精用于器械消毒；70～75%的酒精用于殺菌,例如75％的酒精在HYPERLINK”http：///view/63153.htm"常溫（25℃）下一分內(nèi)可以殺死HYPERLINK”http：///view/29729.htm”大腸桿菌、金黃色HYPERLINK”/view/5119。htm"葡萄球菌、白色HYPERLINK”/view/97485。htm"念珠菌、白色念球菌、HYPERLINK”/view/1505833。htm"銅綠假單胞菌等；更低濃度的酒精用于降低體溫,促進局部HYPERLINK”/view/18631.htm”血液循環(huán)等。但是研究表明,乙醇不能殺死細菌芽孢，也不能殺死肝炎病毒（如:乙肝病毒）。故乙醇只能用于一般消毒,達不到滅菌標準!因其是良好的有機溶劑，所以HYPERLINK”http：///view/8915.htm"中醫(yī)用它來送服HYPERLINK”http：///view/14724。htm”中藥，以溶解中藥中大部分有機成分并對中藥有防腐作用。乙醇也可調(diào)入汽油，作為車用\t”_blank"燃料。乙醇汽油也被稱為（E型汽油)，我國使用乙醇汽油是用90％的普通汽油與10％的燃料乙醇調(diào)和而成。它可以改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物排放.

第二章工藝流程的選擇和確定2.1粗乙醇的精餾在乙醇合成時，因合成條件如壓力、溫度、合成氣組成及催化劑性能等因素的影響，在產(chǎn)生乙醇反應的同時,還伴隨著一系列的副反應。所得產(chǎn)品除乙醇為，還有乙醇、水、醚、醛、酮、酯、烷烴、有機酸等幾十種有機雜質(zhì)。由于乙醇作為有機化工的基礎原料，用它加工的產(chǎn)品種類很多，因此對乙醇的純度均有一定的要求。乙醇的純度直接影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量、消耗、安全生產(chǎn)及生產(chǎn)過程中所用的催化劑的壽命，所以粗乙醇必須提純。2.1。1精餾原理精餾是將沸點不同的組分所組成的混合液,在精餾塔中，同時多次部分氣化和多次部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過程。其分離的原理如下:對于由沸點不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化,并將氣相與液相分離。因低沸點組分易于氣化，則所得氣相中低沸點組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點組分含量,較氣相中高.若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來,將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化,并將氣相與液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點組分又高于原氣相冷凝液。如此反復，低沸點組分不斷提高，到最后制得接近純態(tài)的低沸點組分。2。1。2精餾工藝和精餾塔的選擇乙醇精餾按工藝主要分為兩種:雙塔精餾工藝技術和三塔精餾工藝技術。雙塔精餾工藝技術由于具有投資少、建設周期短、操作簡單等優(yōu)點，其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。三塔精餾工藝技術是為減少產(chǎn)物在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進、高效和能耗較低的工藝流程。近年來在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應用。a。雙塔精餾工藝國內(nèi)中、小乙醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu).來自合成工段的粗乙醇,經(jīng)減壓進入粗乙醇貯槽。經(jīng)粗乙醇預熱器加熱到45℃后進入預精餾塔。乙醇的精餾分2個階段：先在預塔中脫除輕餾分后進入主精餾塔，進一步把高沸點的重餾分雜質(zhì)脫除,從塔頂或側(cè)線采出。經(jīng)精餾乙醇冷卻器冷卻至常溫后,就可得到純度較高的精乙醇產(chǎn)品。該工藝具有流程簡單，運行穩(wěn)定，操作方便，一次投資少的特點。b。三塔精餾工藝近年來，許多企業(yè)原有乙醇雙塔精餾裝置已不能滿足企業(yè)的需要。隨著生產(chǎn)的強化，不僅消耗大幅度上升，而且殘液中的乙醇含量也大大超過了工藝指標。對企業(yè)的達標排放構(gòu)成了較大的威脅。乙醇三塔精餾工藝技術是為了減少乙醇在精餾過程中的損耗，提高乙醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設計的。預精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝,用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。在該溫度下，幾乎所有的低沸點餾分都為氣相，不造成冷凝回流.脫除低沸點組分后，采用加壓精餾的方法，提高乙醇氣體分壓與沸點，減少乙醇的氣相揮發(fā)，從而提高了乙醇的收率。作為一般要求的精乙醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達到合格的質(zhì)量.如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進一步提純。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時采出精乙醇,常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。粗乙醇預熱器的熱量由精乙醇提供,也不需要外供熱量。因此。該工藝技術生產(chǎn)能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精乙醇生產(chǎn).c。雙塔與三塔精餾技術比較（1）工藝流程.三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了2臺主精餾塔（其中1臺是加壓塔)和1臺常壓塔,較雙塔流程多1臺加壓塔。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負荷，并目常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽,又節(jié)省冷卻水。（2）蒸汽消耗.在消耗方面，由于常壓塔加壓塔的蒸汽冷凝熱作為加熱源，所以三塔精餾的蒸汽消耗相比雙塔精餾要低。（3)產(chǎn)品質(zhì)量.三塔精餾制取的精乙醇純度較高,含有的有機雜質(zhì)相對較少。（4)設備投資。三塔精餾的流程較雙塔精餾流程要復雜，所以在投資方面，同等規(guī)模三塔精餾的設備投資要比雙塔精餾高出20%~30%.（5)操作方面。由于雙塔精餾具有流程簡單，運行穩(wěn)定的特點，所以在操作上較三塔精餾要方便簡單.本設計中乙醇產(chǎn)量為20萬t/a，屬于中型產(chǎn)量，由于生產(chǎn)能力小，蒸汽消耗量對全廠成本及蒸汽平衡影響比較小，可選用二塔流程。乙醇與水共沸物濃度為95.6%，雙塔精餾大可滿足精餾純度的要求。通過上述比較可知,三塔精餾技術的一次性投入要比雙塔精餾高出20%到30％。乙醇精餾綜合考慮各項因素，所以設計可采用雙塔精餾工藝.粗乙醇降壓到0。05MPa后人閃蒸槽，釋放出溶解在粗乙醇中的大部分氣體，出來的粗乙醇則進入精餾塔。其中一個塔為粗餾塔，另一個為精餾塔，兩塔之間不直接連通,互相影響較小，操作方便。乙醇混合液首先通過蒸發(fā)得到一定濃度的乙醇溶液,再通過精餾系統(tǒng)達到乙醇的共沸濃度，最后通過分子篩脫水得到無水乙醇.d.精餾塔的選擇精餾塔是粗乙醇精餾工序的關鍵設備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對環(huán)境的影響。所以要根據(jù)企業(yè)的實際條件選擇合適的高效精餾塔。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。其各自結(jié)構(gòu)及特點如下：（1）泡罩塔泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個活多個炮罩.該類型塔塔板效率高,操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低,設備體積大，結(jié)構(gòu)復雜，投資較大。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替.（2)浮閥塔浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管.該類型塔板效率高，單位面積生產(chǎn)能力大，造價較低。但浮閥易損壞，維修費用高。（3）填料塔填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當5塊以上的理論板。塔總高一般為浮閥塔的一半。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡單，維修量極小，相對投資較小，是目前使用較多的塔型之一。（4）新型垂直篩板塔新型垂直篩板塔的傳質(zhì)單元,是由塔板開有升氣孔及罩于其上的帽罩組成。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單可靠，抗結(jié)垢、防堵塞性能好,由于操作氣速高,氣流自清洗能力強且升氣孔直徑大,很不容易堵塞,投資省,傳質(zhì)單元的間距較大,便于布置加熱和冷卻排管。板上液面梯度小，液面橫向混合好、無流動及傳質(zhì)死區(qū)。綜合比較上面四種塔,可以知道浮閥塔和新型垂直篩板塔性質(zhì)更加優(yōu)越，同時浮閥塔技術更成熟，操作簡單，而且維修費用較低，所以設計選用了浮閥塔。2。2乙醇精餾流程精餾系統(tǒng)采用雙塔蒸餾流程，其中一個塔為粗餾塔，另一個為精餾塔,兩塔之間不直接連通，互相影響較小，操作方便。乙醇混合液首先通過蒸發(fā)得到一定濃度的乙醇溶液,再通過精餾系統(tǒng)達到乙醇的共沸濃度,最后通過分子篩脫水得到無水乙醇。來自合成工段的粗乙醇，經(jīng)減壓進入粗乙醇貯槽。經(jīng)粗乙醇預熱器加熱到45℃后進入預精餾塔。從塔頂出來的氣體先經(jīng)過一級冷凝器冷卻，冷凝液體進入預精餾塔回流槽,通過預塔回流泵回流到預精餾塔頂部,未冷凝氣體進入二級冷凝器，其中不凝氣體通過預塔水封放空.其中冷凝液進入二級冷凝液儲槽，進行脫鹽水萃取，萃取后的乙醇水進入預精餾塔回流槽進行回流,預塔回流槽中需要通過堿液泵加入2％到5％的堿液,用于防腐蝕。在預塔中脫除輕餾分后進入主精餾塔，進一步把高沸點的重餾分雜質(zhì)脫除，從塔頂或側(cè)線采出。經(jīng)精餾乙醇冷卻器冷卻至常溫后，通過分子篩脫水得到無水乙醇。塔底的廢水經(jīng)常壓塔廢水冷卻器冷卻，并經(jīng)過常壓塔廢水泵送到廢水處理工段，工藝流程如圖2—1：圖2-1精餾段工藝流程圖第三章物料和能量衡算3.1物料衡算3。1.1粗乙醇精餾的物料平衡計算（1)進料A。粗乙醇：35889。48kg/h。根據(jù)以上計算列表3-1：表3—1進料量Table3—1feedrate組分乙醇乙醛異丁醇水合計流量：kg/h25000340。9521.5341065236014.5組成:(wt）%69.310.950。0629。68100B。堿液：據(jù)資料，堿液濃度為8%時,每噸粗乙醇消耗0。1kg的NaOH。則消耗純NaOH:0.136014.5×0.00013.601kg/h換成8%為：3。601/8％=45。0125kg/hC。軟水：據(jù)資料記載。軟水加入量為粗乙醇的20％計,則需補加軟水：36014。520%－45.01(1－8％)=7161。5kg/h據(jù)以上計算列表3—2：表3-2預塔進料及組成Table3—2Pre-towerfeedingandcomposition物料量：kg/hCH5OHH2ONaOHCH3CHOC4H9OH合計粗乙醇2500010652340.9521.53436014.5堿液41。413。60145.01軟水7161。57161.5合計2500017854.913。601340。9521。53443221.01（2）出料A.塔底.乙醇：25000kg/hB。塔底水.粗乙醇含水：10652kg/h堿液帶水：41。41kg/h補加軟水：7161。5kg/h合計：17854。91kg/hC。塔底異丁醇及高沸物：21。534kg/hD。塔頂乙醛及低沸物：340.95kg/h由以上計算列表3-3：表3-3預塔出料流量及組成Table3-3Pre—towerdischargeflowrateandcomposition物料量kg/hCH5OHH2ONaOHCHCHOC4H9OH合計塔頂340.95340。95塔底2500017854.913.60121。53442880.045合計2500017854.913.601340。9521。53443220。9953。1.2主塔的物料平衡計算(1）進料預后粗乙醇:42880。045kg/h(2）出料主塔塔釜液中的乙醇占乙醇總量的0。5％。塔頂乙醇含量94%（質(zhì)量分數(shù))(經(jīng)分子篩脫水后達到99。5%）:塔頂出料：G×94％=25000×99.5％×99.5%則塔頂出料G=26330。45kg/h塔釜G=25000×0.5％=125kg/hG=17854.91—（26330.45-25000×99.5％)=16399.46kg/h表3—4塔釜組成Table3-4towerreactorcomponents塔釜乙醇水NaOH高沸物塔釜kg/h12516399。463。60121.534總出料：由以上計算,得表3-4甲醇精餾塔物料平衡匯總表：單位：kg/h，總物料為25000+17854。91+3.601+21。534=42880。045kg/h得乙醇精餾塔物料平衡匯總表3—5：表3—5乙醇精餾塔物料平衡匯總表Table3-5Summaryofethanoldistillationcolumnmaterialbalance物料總物料塔頂出料塔釜出料乙醇2500024875125NaOH3.6013.601水17854。911455。4516399。46高沸物21.53421.534合計42880.04526330.4516549.5953。2主精餾塔能量衡算3。2.1帶入熱量計算查《化工工藝設計手冊》,乙醇露點溫度t=78℃操作條件:塔頂78。2℃，塔釜100℃，進料溫度81.2℃，回流液溫度40℃，取回流液與進料的比例為3.75:1。帶入熱量見表3—6:Q入=Q進料+Q回流液+Q加熱=4993800+5977515.02+1942102+Q加熱=12913417+Q加熱表3-6主塔入熱Table3-6theheatbringintothemaincolumn物料進料回流液加熱蒸汽組分乙醇水+堿乙醇流量：kg/h2500017280。4519736.84溫度：℃81。281.240比熱:kJ/kg℃2。464.262。46熱量：kg/h49938005977515。021942102Q加熱3.2.2帶出熱量計算所以Q出＝25834230＋20675563。58＋30750＋7235324。4＋5％Q入=53775867。98+5%Q入帶出熱量見表3—7:表3—7主塔物料帶出熱量Table3-7Pylonsmaterialsbringouttheheat物料精乙醇回流液殘液熱損失組分乙醇乙醇乙醇水+堿流量：kg/h2487519736。8412517280。45溫度：℃78。278.2100100比熱：kJ/kg℃2.462。462。464.187潛熱：kJ/kg846。19855.19熱量：kg/h2583423020675563。58307507235324。45%Q入因為:Q出＝Q入所以:Q入=Q出=56606176.8kJ/h所以：Q=56606176。8－12913417=43692759.8kJ/h已知水蒸氣的汽化熱為2118。6kJ/kg所以:需蒸汽G3蒸汽=43692759。8÷2118.6=2062kg/h3.2。3冷卻水用量計算對熱流體:Q入＝Q產(chǎn)品精乙醇+Q回流液=4993800+5977515.02＋1942102=12913417kJ/hQ出=Q精乙醇(液)+Q回流液（液）=25834230+20675563。58=46509793=46509793kJ/hQ傳=56606176.8(1—5%）－46509793=7266074。96kJ/h冷卻水溫：30℃到50℃所以：每噸精乙醇消耗G3水=t水/t精乙醇

第四章精餾塔的設計4.1主精餾塔的設計表4—1乙醇精餾塔物料平衡匯總表物料總物料塔頂出料塔釜出料乙醇2500024875125NaOH3.6013.601水17854。911455。4516399。46高沸物21。53421.534合計42880。04526330.4516549.5954。1。1精餾塔全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定F:原料液流量（kmol/s）x:原料液組成（摩爾分數(shù),下同）D：塔頂產(chǎn)品組成（kmol/s）x：塔頂組成W：塔底殘夜流量(kmol/s）x：塔底組成原料乙醇組成:x==35.4％塔頂組成：x==86.0%塔底組成:x==0。297%F==0。4269kmol/sD==0.1727kmol/sW==0。2542kmol/s4.1。2求最小回流比及操作回流比采用作圖法求最小回流比∵泡點進料所以q=1根據(jù)x—y圖過（，）作與氣液平衡的一條切線，如圖所示，點h（4.42％，30.86％）∴得：=2.085操作回流比:4.1。3氣液相負荷L=RD=3.75×0。1727=0。6476kmol/sV=（R+1)D=4.75×0.1727=0.8203kmol/sL’=L+qF=0。6476+1×0。4269=1.0745kmol/sV’=V=0.82034.2求操作線方程1.精餾段操作線:式中：-精餾段中第n層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)；—精餾段第n+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù).化簡得：y=x+=0.79x+0。181其中,R=L／D為回流比。2.提餾段方程：式中:—提餾段第m層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)；—提餾段第m+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)。簡化得：y=x—=1.31x—0。000934。3圖解法求理論板4.3.1塔板、氣液平衡相圖由精餾段方程可得在y上的交點（0，18.1）,連接兩點,得精餾段操作線。由提餾段操作線方程任意取兩個點(0。1，0。13）、(0.5，0。654)，連接兩點得提餾段操作線。由點（86，86）起在平衡線與操作線間畫階梯，直到階梯線與對角線的交點小于0。294為止，如圖：圖4—2平衡相圖EquilibriumphasediagraminFigure4—2由此得理論板N=24塊(包括再沸器），加料版為第21塊理論板。4.3.2板效率及實際塔板數(shù)由黏度、揮發(fā)度算得：QUOTE=20/0.48=41.7取整為42塊 =3/0。39=7.7取整為8塊(不包括再沸器）全塔所需實際塔板數(shù)=42+8=50塊，其中第43塊為進料板4。4操作條件4.4。1操作壓力塔頂操作壓力：=101。3+4=105。3kpa每層塔板壓降:△P=0.65kpa進料板壓力：105。3+0。65×50=132。6kpa精餾段平均壓力:=118.95kpa塔底壓力：=105。3+0.65×50=137。8kpa提餾段平均壓力：=135。2kpa（1）溫度:，得=81.12℃:，得=78.2℃=100℃精餾段平均溫度:===80℃提餾段平均溫度：===90。56℃4.4。2混合液氣相密度混合氣密度公式：精餾段：=80°C液相平均組成：==50。2%氣相平均組成：==65。4%=+(1—)=57。92％×46+（1—57.92％)×18=32.1=+(1—）=65。4%×46+（1-65。4%）×18=36。3===71.94％=1—=1—0。7786=28.16％提餾段:同理：=90.56°C時=5.05%=32。8%=+（1-）=5.05％×46+(1—5。05％)×18=19。42=+(1-）=32.8％×46+（1-32.8％)×18=27。184===11.96%=1-=1-0.1196=88.04％精餾段：提留段:4.4.3混合液液相密度表4—3不同溫度下乙醇和水的密度Table4—3atdifferenttemperaturesthedensityofethanolandwater溫度溫度80735971.395720961。8585730968。6100716958.490724965.3求得在79.66℃和90。56℃下的乙醇和水的密度:=90。56℃===723。551kg/=963。75kg/同理：=80℃=735kg/=971。3kg/在精餾段：=+=+得：=788。9kg/提餾段：=+=+得：=926。95kg/4。4。4表面張力二元有機—水溶液表面張力可用下列各式計算：公式：=+==聯(lián)立以下各式求、+=1B=lg（)Q=0。441×()A=B+Q精餾段：=80°表4-4乙醇水的表面張力Table4—4Surfacetensionofethanolandwater溫度/C708090100乙醇表面張力/N/1817.1516。215.2水表面張力/N/64.362。660。758。8===0.02282/kmol=22。82===0.05831/kmol乙醇表面張力:又：=0.109聯(lián)立解得：∴提餾段：===0。01936/mol===0。04947乙醇表面張力：插值得：又：=6。478聯(lián)立解得：則：4.5氣液相流量換算精餾段:L=0.6476kmol/sV=0。8203kmol/s=34。22kg/kmol=37.26kg/kmol=775.48kg/=1。577kg/則：質(zhì)量流量：（取小點)提餾段:=1.0745kmol/s=0。8203kmol/s=19。42kg/kmol=27.184kg/kmo=926。95kg/=1.22kg/（取小點）

第五章塔徑及塔的校核5.1塔徑的計算精餾段塔徑計算：橫坐標：液氣動能參數(shù)：選取:板間距則:=0。68m圖5-1史密斯關聯(lián)圖Figure5-1SmithRelationships查圖可知：校正：將塔圓整：=3.3m橫截面積：空塔氣速:提餾段：橫坐標：液氣動能參數(shù)：選?。喊彘g距則：=0.68m查圖可知：校正：由于精餾段的直徑為3.3米，根據(jù)塔的要求不可能塔的下端比上段小的情況，將塔圓整：=3。3m橫截面積：空塔氣速：5.2溢流裝置5。2.1堰長采用單溢流：取5.2。2出口堰高本設計采用平直堰，堰上高度按下式計算近似取液流收縮系數(shù)：E=1精餾段:提餾段：5.2.3弓形降液管的寬度和橫截面積查圖：,則:校驗：精餾段停留時間：提餾段停留時間：5。2.4降液管底隙高度即為降液管底緣與塔板的距離.—0.006精餾段：0。0344—0。006=0。0284提餾段：0。038-0。006=0。0325。3塔板布置(1)邊緣區(qū):（2）泡沫區(qū)：(3)鼓泡區(qū)面積：∴=6.556m5.4浮閥數(shù)目與排列浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排的孔心距t=75mm精餾段:取閥孔動能因子圓整N=1128個則:考慮到塔的直徑較大。必須采用分塊式塔板，而各分塊板的支承與銜接也要占去一部分泡鼓區(qū)面積，因此排間距不宜采用77。5mm,而應小于此值，故取圖5—2浮閥塔板分塊結(jié)構(gòu)Figure5-2valvetraysblockstructure按t=75mm以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)1168個閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。提餾段：取閥孔動能因子取整數(shù)位1016個則：考慮到塔的直徑較大。必須采用分塊式塔板，而各分塊板的支承與銜接也要占去一部分泡鼓區(qū)面積,因此排間距不宜采用84mm，而應小于此值，故取閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)5。5氣相通過浮閥塔板的壓降可根據(jù)計算精餾段（1）干板阻力因＞故（2）板上充氣液層阻力：本設備分離水和乙醇的混合物，即液相為碳氫化合物，可取(3）液體表面張力所造成的阻力此阻力很小,可忽略不計.因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當?shù)母叨葹樘狃s段（1）干板阻力因≦故=19.9×=0.032（2）板上充氣液層阻力：本設備分離水和乙醇的混合物，即液相為碳氫化合物，可取(3）液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計.因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當?shù)母叨葹?.6淹塔為防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象,要求控制降液管中清液高度精餾段(1)單層氣體通過塔板壓降所相當?shù)囊褐叨龋海?）液體通過降液管的壓頭損失，因不設進口堰（3）板上液層高度取，已選定則可見＜，所以符合防止淹塔的要求提餾段（1）單層氣體通過塔板壓降所相當?shù)囊褐叨?（2）液體通過降液管的壓頭損失（3）板上液層高度取，已選定則可見＜,所以符合防止淹塔的要求5.7塔板負荷性能圖5.7.1霧沫夾帶線泛點率=據(jù)此可作出負荷性能圖中的霧沫夾帶線,按泛點率85%計算精餾段：整理得：即：提餾段:整理得：即：∴得坐標點數(shù)據(jù)如下:表5—3霧沫夾帶線數(shù)據(jù)Table5-3entrainmentlinedata精餾段0.020。005精餾段提餾段20。40.0221。60.005提餾段22。0723.45。7.2液泛線由此可確定液泛線，忽略式中而:精餾段：0.392整理得：提餾段：0.394整理得：表5-4在操作范圍內(nèi)任意取若干個對應值Table5-4intheoperatingrangeofanynumberofcorrespondingvalues??taken精餾段0。0050.010。02精餾段53。152.050.0提餾段60。758。955。275。7.3液相負荷上限線液體的最大流量應保證降液管中停留時間不低于3～5s液體降液管內(nèi)停留時間~以作為液體在降液管內(nèi)停留時間的下限則：5。7.4漏液線對于型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，則精餾段提餾段5。7.5液相負荷下限線取堰上高度作為液相負荷下限條件作出液相負荷下限線,該線為與氣相流量無關的豎直線取則由以上各線作出塔板負荷性能圖由塔板負荷性能圖可看出:=1\＊GB3①在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點p（設計點）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；=2\*GB3②塔板的氣相負荷上限完全由霧沫夾帶控制,操作下限由漏液控制；=3\＊GB3③按固定的液氣比圖5—5精餾段負荷性能圖Figure5—5rectifyingsectionloadperformancechart圖5-6提餾段負荷性能圖Figure5—6Loadstrippingsectionperformancechart

表5-7浮閥塔工藝設計計算結(jié)果Table5—7valvetowerprocessdesigncalculations項目符號單位精餾段提餾段備注塔徑3