乙醇-水连续精馏系统实施方案

1、设计说明设计课程:班级名称:课题名称:学生名称:指导老师:年 月日0 / 26设计任务书系（部）：班级：学生姓名：设计题目：乙醇一一水连续精储系统地设计设计任务：一、原始资料：（一）、工艺参数：原料乙醇地含量为 30+0.5%n （n为本人序号, n为奇数时取“ +”，n为偶数时取“一”产品要求：Xd=0.95Xw=0.03F=5000 kg/h（二）、工艺操作条件：常压精储塔底间接加热，泡点进料，泡点回流，R= （1.22.0）二、提交内容：（一）、设计说明书一份（包括封面书、任务书、摘要、 关键词、目录、正文、成绩评定表）（二）、设计图纸一张（工艺流程示意图）指导老师：（签字）年月日系主任

2、：（签字）年月日0 / 26摘 要精储所进行地是气（汽）、液两相之间地传质，而作 为气（汽）、液两相传质所用地塔设备，首先必须要能使 气（汽）、液两相得到充分地接触，以达到较高地传质效 率.不同地塔型各有某些独特地优点，设计时应根据物系 性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型.本论文设计 了乙醇和水地分离过程连续精储塔，设计满足毕业设计 地要求，对精储塔进行物料衡算和塔地工艺条件及物性 数据进行了计算，并对塔体、塔板工艺尺寸作了计算,5E2R关键词：精储塔 计算 设备0 / 26AbstractThe distillation is gas (vapor), liquid two-phase

3、between the mass transfer, and as a gas (vapor), liquid two of the tower equipment used it, we should first can contentious (vapor), liquid two-phase get sufficient contact, in order to achieve higher mass transfer efficiency. Different tower each have some unique advantages, design should be based

4、on the content of nature and specific requirements, seize the main contradiction selection. This paper designed the ethanol and water separation process of continuous distillation, design meets the requirements of graduation design, the column of materials and calculation of the tower of process con

5、ditions and physical property data are calculated, and the tower body, tower board the calculation process size.p1EanKeyWOrdS：columncalculationequipmen t0 / 26目录.概述 0DXDK乙醇水物系 0RTCrp乙醇性质及用途 05PCzV乙醇水物系特点2jLBHr。精微地方法2xHAQX选题地意义3LDAYt设计任务4Zzz6Zo设计任务4dvzfv。设计思路5rqyn1。.工艺流程和工工艺设备地选择6Emxv%工艺设备地选择 6SixE2。

6、工艺参数地选择76ewMy进料参数 7kavU4回流方式及回流比地选择8y6V3A。.设计af算 9M2ub6物系计算90YujCo平均挥发度地计算10eUts8。全塔地物料衡算11sQsAE操作线方程地计算12GMsIa12TIrRGo147EqZc精微段气液相流量及操作线方程计算提留段气液相流量及操作线方程计算精微塔地计算15lzq7I。.总结 16zvpge。0 / 26个人收集整理-仅供参考.概述乙醇水物系乙醇性质及用途（1）乙醇物性：乙醇俗称酒精，它在常温、常压下是一种易燃、易挥发地无 色透明液体，凝固点为-114.1 C.密度0.7893g/cm3,在空气中地爆 炸极限为3.28%

7、18.95% （体积分数），闪点11C,沸点78.5 C, 使用时须注意安全.它能与水及大多数有机溶剂混溶.它地水溶液 具有特殊地、令人愉快地香味，并略带刺激性，能溶解多种有机 物和无机物，能和水以任意比列互溶（一般不做萃取剂）.NrpoJ。（2）乙醇化性：与金属反应2CH3CH2OH+2Na=2CH3CH2ONa+H2结论：可以与金属钠反应，产生氢气，但不如水与金属钠反应剧烈； 活泼金属（钾、钙、钠、镁、铝）可以将乙醇羟基里地氢取代出 来.与氢卤酸反应C2H5OH+HBr=C 2H5Br+H 2OC2H5OH+HX=C 2H5X+H2O注意：通常用澳化钠和硫酸地混合物与乙醇加热进行该反应.故

8、常有红棕色气体产生.0 / 26个人收集整理-仅供参考氧化反应燃烧：发出淡蓝色火焰，放出大量地热CH3CH2OH+O2=2CO2+3H2O催化氧化：在加热和有催化剂（Cu或Ag）存在地情况下进行.2CH3CH2OH+O2=2CH3CHO+2H2O 工业制乙醛C2H5OH+CuO=CH 3CHO+Cu+H 2Oinowf。即催化氧化地实质（用Cu作催化剂）消去反应分子内消去制乙烯（170c浓硫酸）C2H50H=C2H4+H2O分子间消去制乙醴C2H5OH+HOC2H5=C2H5OC2H5+H2O （140C 浓硫酸）（3）乙醇地用途：乙醇是应用最广泛地一种醇.因其性质比较活泼，是有机合成地重要原

9、料，如用乙醇制乙 醴、乙醛、乙酸等；因它具有广泛地溶解性，是重要地有机溶剂， 用于溶解树脂、制作涂料等；因其在空气中燃烧充分，可避免污 染，而且燃烧热值较大.可用作内燃机和实验室地燃料；因 75%地 酒精能立即使蛋白质变性（凝固），在医药上常用作消毒剂和防腐 剂；乙醇还广泛用作饮料和食品添加剂，但必须注意：不能超量 饮用，以免引起酒精中毒，青少年尤其不宜饮用含酒精地饮料； 工业酒精中含有毒性地甲醇，决不能饮用.fjnFL。1 / 26个人收集整理-仅供参考乙醇一一水物系特点乙醇-水物系存在最低恒沸点，所以采用普通方法精储所制得 地酒精，其酒精含量不会大于 95.57%.必须改用其他方法，才能

10、进一步分离得到无水乙醇.目前工业上无水乙醇地生产方法主要有 恒沸精储、萃取精储、吸附和膜分离 4种方法WNh。醇溶解于水时与水形成氢键，使二元混合物地性质更加复杂.醇 水混合物地性质和相应纯物质地性质完全不同.精微地方法简单地蒸储和平衡蒸储，都是单级分离过程，不能得到纯度 较高地产品.而且，当混合物各组分挥发度相差不大时，用这两种 方式是无法达到满意地分离效果.HbmV N精储是借助“回流”技术地多级分离过程，可同时进行多次 部分汽化和多次部分冷凝，因此可是混合物得以几乎完全分 离.V7l4j。由精储原理可知，仅有精储塔还不能完成精储操作，必须同 时有塔底地再沸器和塔顶地冷凝器以保证必要地回流

11、.有时还要配 备原料预热器等附属设备才能实现整个操作，如图1 1为连续精储操作流程.图中原料液从塔中间适当位子进入塔内，塔顶蒸气通 过冷凝器冷凝成液体，冷凝液地一部分汇入塔内，称为回流液， 其余作为塔顶产品（镭出液）连续排出.塔底部地再沸液用于加热2 / 26个人收集整理-仅供参考液体，产生地蒸气引入塔内作为气相回流，与下降地液体逆流接 触.塔底产品（釜液）自再沸液连续排出.831CP。进料板以上，上升蒸气中难挥发组分向液相传递，而回流液 中易挥发组分向气相传递，两相间传质地结果，使上升蒸气中易 挥发组分含量逐渐增加，到达塔顶时，蒸气将成为高纯度地易挥 发组分.因此，塔地上半部分完成率上升蒸气

12、中易挥发组分地精致， 因而称为精储段.mZkkL进料板一下（包括进料板），同样进行着下降液体中易挥发组 分向气相传递，上升蒸气中难挥发组分向液相传递地过程.两相间传质地结果是在塔底得高纯度地难挥发组分.因此，塔地下半部分 完成了下降液体中难挥发组分地提浓，因而称为提镭段.AVktR。一个完整地精储塔应包括精储段和提镭段，才能达到较高地 程度分离.选题地意义乙醇在工业，医药，民用等方面，都有广泛地应用，是一种 很重要地原料.在很多方面，要求乙醇有不同地纯度，有时要求纯 度很高，甚至是无水乙醇，这是很困难地，因为乙醇极具挥发性， 所以们要想把低纯度地乙醇水溶液提升到高浓度，要用连续精储 地方法，因

13、为乙醇和水地挥发度相差不大.精微是多数分离过程, 即同时进行多次部分汽化和部分冷凝地过程，因此可使混合液得 到几乎完全地分离.ORjBn3 / 26个人收集整理-仅供参考设计任务设计任务一、原始数据（一）、工艺参数：原料乙醇地含量为 30+0.5%n （n为本人序号, n为奇数时取“ +”，n为偶数时取“一” 2mjt。产品要求： Xd=0.95Xw=0.03F=5000 kg/h（二）、工艺操作条件：常压精储塔底间接加热，泡点4 / 26个人收集整理-仅供参考进料，泡点回流，R= (1.22.0)二、提交内容：(一)、设计说明书一份(包括封面书、任务书、摘要、 关键词、目录、正文、成绩评定表

14、)(二)、设计图纸一张(工艺流程示意图)本设计按以下几个阶段进行：(1)设计方案确定和说明.根据给定任务，对精储装置地流程、操作条件、主要设备型式及其材质地选取等进行论述 .giisp。(2)蒸储塔地工艺计算，确定塔高和塔径.(3)塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算.接管尺寸、泵等，并画出塔地操作性能图.(4)管路及附属设备地计算与选型，如再沸器、冷凝器 .(5)绘制精储装置工艺流程图和精储塔地设备图.本设计任务为分离醇和水地混合物，对于二元混合物地分离，应采用连续常压精微流程.设计思路本设计按以下几个阶段进行：(1)设计方案确定和说明.根据给定任务，对精储装置地流程、操作

15、条件、主要设备型式及其材质地选取等进行论述 .uEh0U(2)蒸储塔地工艺计算，确定塔高和塔径.(3)塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算.接管尺寸、泵等，并画出塔地操作性能图.(4)管路及附属设备地计算与选型，如再沸器、冷凝器 .5 / 26个人收集整理-仅供参考(5)绘制精储装置工艺流程图和精储塔地设备图.本设计任务为分离醇和水地混合物，对于二元混合物地分离， 应采用连续常压精微流程.工艺流程和工工艺设备地选择工艺设备地选择精储设备所用地设备及其相互联系，总称为精储装置，其核 心为精储塔.常用地精储塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备， 和其他传质过程一样，精储塔对塔设备地

16、要求大致如下：IAg9q。一：生产能力大：即单位塔截面大地气液相流率，不会产生 液泛等不正常流动.二：效率高：气液两相在塔内保持充分地密切接触，具有较 高地塔板效率或传质效率.三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求地真空度 .四：有一定地操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常地流动，而且不会使效率发生较大地变化 .Wwghw 五：结构简单，造价低，安装检修方便.六：能满足某些工艺地特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等 .气-液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类 .精储操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气-液传质设

17、备，具种类繁多，根据塔板上气-液接触元件地不同，可分 为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种.板式塔在工业上最早使用地是泡罩塔6 / 26个人收集整理-仅供参考(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后， 随着石油、化学工业生产地迅速发展，相继出现了大批新型塔板， 如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔 板、浮动喷射塔板及角钢塔板等.目前从国内外实际使用情况看， 主要地塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为 广泛.asfps。筛板塔也是传质过程常用地塔设备，它地主要优点有：(1)结构比浮阀塔更简单，

18、易于加工，造价约为泡罩塔地60%,为浮阀塔地80%左右.(2)处理能力大，比同塔径地泡罩塔可增加 1015%.(3)塔板效率高，比泡罩塔高15%左右.(4)压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30%左右.筛板塔地缺点是：(1)塔板安装地水平度要求较高，否则气液接触不匀.(2)操作弹性较小(约23).(3)小孔筛板容易堵塞.工艺参数地选择进料参数进料：乙醇一水地混合溶液，其中乙醇含量质量分数：29.98%;原料处理量：质量流量=5000 kg/h (3)摩尔分率： Xd=0.95, Xw=0.03 .工艺操作条件：常压精储塔塔底间接加热，泡点进料，泡点 回流.当进料组成一定时，流量也一定时，采用冷液

19、进料，但受环7 / 26个人收集整理-仅供参考境较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度地 影响，同时又能保证精储段与提留段塔径基本相等，制造方 便.ooeyY。进料热状态有五种，即q51时，为低于泡点温度地冷凝进料；q=1时，为泡点下地炮和液体；q = 0,为露点下地炮和蒸汽；1_q二0,为介于泡点和露点间地气液混合物；q0,为高于露点地过热蒸汽进料.本设计采用泡点进料，将原料液通过预热器至饱和点进入精 储塔.回流方式及回流比地选择泡点回流易于控制，设计和控制时比较方便，而且可以节约 资源.所以本设计选择泡点回流.选择回流比，主要从经济观点出发，为求回流比设备费用和 操作费用之和

20、最低.一般为R= (1.22.0 ) Rmin. BkeGu本设计回流比取最小回流比地1.4倍.8 / 26个人收集整理-仅供参考.设计计算物系计算表一i：乙醇一水系统txy数据沸点乙醇摩尔百分数沸点乙醇摩尔百分数相对挥发度“相对挥发度xyxya99.90.0040.05313.2681.333.2458.782.8799.80.040.5112.8180.642.0962.222.2699.70.050.7715.5180.148.9264.701.9199.50.121.5713.2879.8552.6866.281.779 / 26个人收集整理-仅供参考79.561.0270.291.5

21、179.265.6472.711.3978.9568.9274.691.3378.675.9979.261.2178.479.8281.31.09978.2783.8784.911.0778.285.9786.41.0478.589.4789.411.000378.7572.3676.931.27 TOC o 1-5 h z 99.20.2399.00.3198.25 0.3997.65 0.7995.81.6191.34.1687.97.1485.212.6483.75 17.418227.32.9012.963.725 12.444.5112.068.7612.05716.34 11.94

22、29.92 9.8339.16 8.3747.49 6.2551.67 5.0756.44 3.49平均挥发度地计算挥发度计算公式：一券关经计算,a 1 a 27值如表一所示.所以有公式得：%=2711： 2： 3? 26： 27二 m u2713.6 12.8 15.51 . 1.0003 1.27得：m =3.91710 / 26个人收集整理-仅供参考全塔地物料衡算乙醇（CHCHOH地相对分子质量为46,水地相对分子质量为18乙醇地含量=30-0.5% 4=29.98%水地含量=1-29.98%=70.02%29.98%原料液组成：Xf=46一29.98%. 70.02%4618_0.00

23、6517- 0.006517 0.0389=0.14348釜液组分：Xw=1-0.14348=0.85752原料液地平均相对分子质量：Mf= 0.143 46 0.857 18=22.004原料液流量：11 / 26个人收集整理-仅供参考F二包M F 22.004=227.2由全塔物料衡算：F=D+WFXf=D -Xd+W-Xw带入已知数据可得：D=27.91W=199.29操作线方程地计算精微段气液相流量及操作线方程计算由物系计算知：,m =3.917因为是泡点进料：xF -xq =0.14348有平衡方程式:=0.3962二 xq=3.917 0.143481+（口-1） xq - 1 +

24、（3.917-1）x0.14348所以得:Rmin沏-yq = 0.95-0.3962 yq-xq - 0.3962-0.14348= 2.1915因为本设计取回流比R为最小回流比Rmin地1.4倍R =1.4 2.1915=3由回流比R=L=3得D12 / 26个人收集整理-仅供参考L =R D =3 27.91kom1 h =83.3kom1 h带入数据可知：V = L D = 83.73 kmo1 .27.91 kom1 111.64 kom1 .hh. h所以精储段地操作线方程：y1 = xD =0.95Xiy10.95Vi二 m(1- y1)0.95 3.917(1-0.95)u 0

25、.8291V230.95一 0.8291 =0.8593X2V20.8593y2 1 m (1 - V2) 0.8593 3.917(1 - 0.8593)=0.6092V3X3R x 30.95x2 =0.6092=0.6944R 1 R 1 1 33 1V3y3： m(1-y3)0.69440.6944 3.917(1-0.6944)= 0.3671V4=R- x3 上0.3671 095 = 0.5128R 1 R 1 1 33 1X4V5X5y40.5128y4 1 m(1-y4) 0.5128 3.917(1-0.5128)= 0.2118R xD 30.95X4 =0.2118 =

26、0.3964 R 1 R 1 133 1V5V5： m(1- y5)0.39640.3964 (1-0.3964)= 0.14358V6Xdx5 R 10.143580.953 1=0.3452X6y6V61 m(1-y6)0.34520.3452 (1-0.3452)= 0.118613 / 26个人收集整理-仅供参考x 6 x F所以第五层为理论进料板，精储段所需理论层数为五层提留段气液相流量及操作线方程计算由 L =L F 8 3 , 3 72 2 7 .=23 1 0 . k m oh1提留段地操作线方程为:LWXm一L-WL-WXW310.93310.93-199.29X m-199

27、.29310.93-199.290.03=2.7851 xm-0.05355x1 =X6 =0.1186y2 = 2.7851 xi-0.05355 = 0.2768x2_y2y2 : (1 - y2)0.27680.2768 3.917 (1 -0.2768)-0.08901y3-2.7851 x2-0.05355-0.1943x3y3y3 ： (1-y,3)0.19430.1943 3.917 (1-0.1943)=0.05800y4 = 2.7851 x3-0.05355 = 0.1080 x4 =y4y4 : (1 - y4)0.10800.1080 3.917 (1-0.1080)=

28、0.02998x4 - x w提留段所需理论板层数为三层所以总地理论层数为5+3=8层 精储塔所需实际板层数为:14 / 26个人收集整理-仅供参考由 E =NTM100% 得：Np850%=100%NpNp=16所以实际板层数为16层.精微塔地计算精微段上升蒸汽地体积流量:E: 40%60%, T= (78C+85C) / 2, P 为常压：101.3KP, U=1.52.0彳曰.V 22.4 V T P0行：Vg =3600 To Po因为：V=L D =83.73kmol h 27.91komlh W11.64koml h所以:Vg22.4 111.64 (78 85)2 273 P03

29、600 273 B=0.902所以塔径:Di4Vg4 0.902 =0.83.14 1.8对于提留段：V =V Vg =Vg g g所以：Di=Di=0.815 / 26个人收集整理-仅供参考查表可知：HT =0.4m由此可知气液接触地有效段高度为：Z =(Np-1)Ht因为：所以：由：HNp =16Ht -0.4mZ -6m= (Np-1) Ht Hf Hd HwNp：实际塔板数Ht：板间距Hw：塔底部空间(0.71.5m)Hd:塔顶部空间(11.5m)Hf：进料板超高(0.30.5m)本设计中 HT取0.4m, HF取0.4m, HD取 1.2m, HW取 1.0m带入公式：H = (16

30、-1) 0.4 0.4 1.2 1.0= 8.6m所以塔高为8.6m4.总结本次课程设计历时两周，在这两周地设计中，经历了从一头 雾水，到网上查找资料，同学讨论，再进行整个设计地计算，再 到电子稿地编写.我深刻体会到理论与实际结合地重要性.PgdO0.通过这次通过本次课程设计使我充分理解到化工原理课程地重要性和 实用性，更重要地是对精储原理及其操作各方面地了解和设计， 对实际单元操作设计中涉及地各方面地问题都有所了解16 / 26个人收集整理-仅供参考对精储塔地设计，不仅让我将所学地知识应用到实际中，而且对 知识也是一种巩固和提升充实.本次设计使我受益非浅，它将会给 我以后地学习和工作打下坚实

31、地基础.我十分庆幸有这样一次机会，可以将理论知识与生产实际联系起来，使我们地知识不局限 于理论，切实提高了我们解决问题地动手能力.3cdXw再次诚恳地感谢黄老师地指导与同组同学地帮助！.杨祖荣主编.化工原理.一北京：高等教育出版社，2008.6 （2011.6 重印）.高职高专化学教材编写组.有机化学（附.出版地：高等教育出版社.高等高专化学教材编写组.无机化学（附.出版地：高等教育出版社.上海师范大学.化工基础上（M）.出版地：高等教育出版社图1：乙醇一水连续精储操作流程示意图17 / 26个人收集整理-仅供参考版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网 上搜集整理.版权为个人所有18 / 26个人收集整理-仅供参考This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership. h8c52。用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或 欣赏，以及其