水——乙醇连续精馏板式塔设计任务书

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1、分离乙醇和水精馏塔设计第一章工艺流程的选择及示意图第一节概述一、精馏操作在化工生产中的应用在化工、石油、轻工等生产过程中，原料和中间产品有许多是由几具组分组成的液相均相混合物(或称混合液、溶液)，为了对某些组分进行提纯，或回收其中有用的组分，常需将混合液进行分离。精馏就是最为常用的分离方法之一。该设计中，用精馏的方法来分离乙醇和水的混合物。二、精馏分离的依据精馏是利用混合物中各组分挥发性不同这一性质，将混合物中各组分进行分离的单元操作。由于乙醇比水在同样的条件下更易挥发，因此，乙醇为易挥发组分，水为难挥发组分。第二节设计方案的确定一、操作压

2、力　　精馏操作通常可在常压、加压、减压下进行，确定操作压力主要是根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。一般来说，常压精馏最为简单经济，若物料无特殊要求，应尽量在常压下操作。对于沸点低、常压下呈气态的物料必须在加压下进行蒸馏。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，适当地提高操作压力，可以提高塔的处理能力。但相对挥发度有所下降。对热敏性的物料和高沸点物料常采用减压精馏操作，降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这

3、样可以使用较低温位的加热剂。但降低压力也导致塔径增加和塔顶蒸汽温度的降低，且必须使用抽真空的设备，增加了相应的设备和操作费用。本设计为3atm压力下操作。二、加热方式　本设计的精馏塔采用间接蒸汽加热。三、进料状态进料的热状态指进料的q值，q的定义为使每千摩尔进料变成饱和蒸汽所需的热量与每千摩尔进料的汽化潜热之比。进料状态主要有五种：冷进料、泡点进料、气、液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸气进料等。其中泡点进料的操作比较容易控制，并且不受季节气温的影响；另外，泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造时也比较方便。所以本设计操作选择泡点

4、进料,即q=1。四、热能利用蒸馏过程的特性是重复地进行汽化和冷凝，因此，热效率很低，其蒸馏系统的热能利用问题非常重要。五、艺流程示意图23分离乙醇和水精馏塔设计第二章精馏塔的工艺设计计算及结构设计第一节引言精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质用的塔设备首先必须要能使气、液两相得到充分接触，以达到较高的传质效率。塔设备设计要具备下列各种基本要求：1、气、液处理量大，即当生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带，拦液或液泛等破坏操作的现象。2、操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动，仍能在较高的传质效率下进行

5、稳定操作，并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。3、流体流动的阻力少，可降低操作费用。4、结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。5、耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修。6、塔内的滞留量要小。第二节原始数据原始液：乙醇和水的混合物生产能力4500kg/h进料组成41%（质量分率）原料液温度20℃塔顶产品组成94%塔底产品组成0.1%操作压力40000Pa热源条件3.0atm第三节物料衡算1、挥发度高的乙醇作为轻组分在塔顶分出，挥发度低的水作为重组分在塔底分出。2、乙醇的分子式为，分子量为46.07kg/kmol;水的分子式为，分子量为

6、18.02kg/kmol.23分离乙醇和水精馏塔设计3、将质量分率换算成摩尔分率原料组成：[参考文献（4）下册]馏出液组成：釜出液组成：4、原料液摩尔流量原料液平均分子量：塔顶平均分子量：塔底平均分子量：精馏段平均分子量：提馏段平均分子量：单位：Kg/Kmol23.53241.301520.82532.416822.17855、回流比的确定根据乙醇—水溶液气液平衡数据，在常压下作（y-X）平衡相图。作X=直线与对角线相交于a点，过a点作相平衡曲线的切线，交轴于b点。此切线为精馏段操作线，=(0.83-0.468)/(0.83-0.192)=

7、0.5674[参考文献（4）下册]∴R=(1.1-2.0),截距b=,原料液为泡点进料q=1.于是有回流比与板数的关系：序号的倍数R截距b理论塔板数N23分离乙醇和水精馏塔设计11.21.57390.32252221.41.83620.29261731.62.09860.26791541.82.36090.24701352.02.62320.229112任意选定以上表中的五种回流比，作R-N图，从而选出合适的回流比R=1.6395，相对应的理论塔板数N=17块。6、原料的摩尔流量：[参考文献（4）下册]7、列物料衡算方程式{[参考文献（4）

8、下册]8、求解：{9、解得：D=46.6253kmol/hW=306.0847kmol/h10、计算结果列于下表：组分进料液塔顶产品塔底产品进料量F（kmol/h）摩尔百分率馏出