乙醇—水体系精馏装置
设计方案
一、绪论
1.1课程设计的目的
课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础知识去解决某以设计任务的一次训练，在整个教学计划中起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几方面要求学生加强训练。 （1） 查阅资料选用公式和收集数据的能力。
（2） 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作上的劳动条件和环
境保护的正确设计思路，在这种设计思路的指导下去分析和解决实际问题的能力。 （3） 迅速准确的进行工程计算和计算机绘图的能力。
1.2设计依据
课程设计方案选定所涉及的主要容有：操作压力、进料状况、加热方式及其热能的利用。
（1） 操作压力
精馏常在常压，加压或减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。一般来说，常压精馏最为简单经济，若无聊无特殊要求，应尽量在常压下操作。加压操作可提高平衡温度，有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用，或可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝，冷却费用。在相同的塔径下，适当提操作压力还可以提高塔德处理能力。所以我们采用塔顶压力为1.04atm进行操作。
（2） 进料状况
进料状态有多种，但一般都是将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这样，进料温度不受季节，气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作也比较好控制。此外，泡点进料时，精馏段和提馏的塔径相同，设计制造比较方便。 （3）加热方式
精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量，若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热方式，但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，使残液轻组分浓度降低，所需塔板数略有增加。 （4）热能的利用
精馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，因此热效率很低，通常进入再沸器的能量仅有5%左右被利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的。但其位能较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用作低
温热源，供别处使用。或可采用热泵技术，提高温度后在用于加热釜液。
1.3设计容及任务 1.3.1设计题目
乙醇—水体系精馏装置设计
1.3.2设计任务及条件：
（1）、进料含乙醇40﹪，其余为水（均为质量分数，下同） （2）、生产乙醇含量不低于92﹪； （3）、塔顶易挥发组分回收率为99﹪； （4）、生产能力195000吨／年92%的乙醇产品，年开工7920小时 （5）、操作条件：
a、低压蒸汽加热；b、塔顶压力：4KPa（表压强）c、进料热状态：泡点进料；d、回流比：R=1.8 e、单板压降:≦0.7KPa
1.4设计容：
（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计算； （4）、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 （5）、塔板的主要工艺尺寸设计计算 （6）、塔板的流体力学验算 （7）、塔板的负荷性能图 （8）、精馏塔结管尺寸计算 （9）、对本设计的评述或有关问题的分析讨论
1.5设计成果工艺
（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。
二、塔的工艺计算
2.1工艺过程 2.1.1物料衡算
WF=40﹪ WD=92﹪ WW=0.01﹪ M乙醇=46g/mol M水=18g/mol
0.4/46=0.207
0.4/46?0.6/180.92/46XD==0.818
0.92/46?0.08/18XF=XW=0.0028 Qn,D=
195000000=599.2kmol/h ①
41.1?7920Qn,F=Qn,D+Qn,W ② Qn,FXF=Qn,DXD+Qn,WXW ③ 由①②③式可知 Qn,F=2391.8kmol/h Qn,W=1792.6 kmol/h
表1 物料衡算数据记录 F D W 2391.8 kmol/h 599.2kmol/h 1792.6 kmol/h XF XD XW 0.207 0.818 0.0028 2.1.2理论及实际塔板数的确定
乙醇水溶液的t-x-y图10510095t/℃908580757000.10.20.30.40.5x,(y)
0.60.70.80.91乙醇水溶液的y-x图10.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.10.20.30.40.50.60.70.80.9x1
y
（1）求最小回流比Rmin及操作回流比R。
取xD=0.818与x-y相切，并延长交于y轴，由图读出y=0.375，由最小回流比计算式得：
0.818?0.375Rmin =
Rmin?10.818解得：Rmin=1.91
k =
取操作回流比 R?1.8Rmin?1.8?1.91?2.144
（3）求理论板数NT。 精馏段操作线为 y?xR2.1440.818x?D?x??0.68x?0.26 R?1R?12.144?12.144?1如图，按常规M.T.作图法解得：
NT?27层（包括再沸器），其中精馏段理论板数为22层，提馏段为5层，第12层为加
料板。 全塔效率ET
依式 ET?0.17?0.616lg?m
根据塔顶、塔底液相组成查图1，求得塔平均温度为82.5?C,该温度下进料液相平均黏
度为：
?m?0.174??C2H6O?(1?0.174)?HO?0.174?0.40?0.826?0.32?0.33392mPa?s2故
ET?0.17?0.616lg0.33392?0.58
实际塔板数N
精馏段 Nj?22提馏段 Nt?2
0.?18.9?19层 ?3.4?4层
0.582.1.3精馏塔塔径的计算
A. 查的有关乙醇与水的安托因方程：
lg(PS/kpa)?A? 乙醇:
得：p0A?101625.05???7.33827?t?231.48???B1652.46?7.33827?t?Ct?231.48
乙醇—水体系精馏装置设计方案
