【正文】 關問題的討論。 設計圖紙要求： 1）繪制生產工藝流程圖； 2）繪制精餾塔設計條件圖。 設計基礎數據:——水體系的 txy 數據；、粘度、表面張力等物性參數。 菏澤學院化工原理課程設計6 摘 要本設計是以乙醇――水物系為設計物系，以浮閥塔為精餾設備分離乙醇和水。浮閥塔是化工生產中主要的氣液傳質設備，此設計針對二元物系乙醇－－水的精餾問題進行分析，選取，計算，核算，繪圖等，是較完整的精餾設計過程。通過逐板計算得出理論板數為 16 塊，回流比為 ,算出塔效率為，實際板數為 32 塊，進料位置為第 11 塊，在板式塔主要工藝尺寸的設計計算中得出塔徑為 1 米，有效塔高 米，浮閥數（提餾段每塊 76） 。通過浮閥塔的流體力學驗算，證明各指標數據均符合標準。本次設計過程正常，操作合適。關鍵詞：乙醇、水、二元精餾、浮閥連續(xù)精餾精餾塔、提餾段 第一章 前言 精餾原理及其在化工生產上的應用 實際生產中，在精餾柱及精餾塔中精餾時，上述部分氣化和部分冷凝是同時進行的。對理想液態(tài)混合物精餾時，最后得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點低的 B 物質，而殘液是沸點高的 A 物質，精餾是多次簡單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結果，塔頂冷凝收集的是純低沸點組分，純高沸點組分則留在塔底。 菏澤學院化工原理課程設計7 精餾塔對塔設備的要求 精餾設備所用的設備及其相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，心為精餾常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設備，和其他傳質過程一樣，精餾塔對塔設備的要求大致如下： 一：生產能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會產生液泛等不正常流動。 二：效率高：氣液兩相在塔內保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質效率。 三：流體阻力?。毫黧w通過塔設備時阻力降小，可以節(jié)省動力費用，在減壓操作是時，易于達到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當氣液相流率有一定波動時，兩相均能維持正常的流動，而且不會使效率發(fā)生較大的變化。 五：結構簡單，造價低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 常用板式塔類型及本設計的選型 常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。而浮閥塔具有很多優(yōu)點，且加工方便，故有關浮閥塔板的研究開發(fā)遠較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。近年來與浮閥塔 菏澤學院化工原理課程設計8一直成為化工生中主要的傳質設備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜狀態(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負荷范圍較泡罩塔窄，但設計良好的塔其操作彈性仍可達到滿意的程度。 浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎上發(fā)展起來的，它吸收了兩者的優(yōu)點。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點是結構簡單，造價低，制造方便；塔板開孔率大，生產能力大等。 乙醇與水的分離是正常物系的分離，精餾的意義重大，在化工生產中應用非常廣泛，對于提純物質有非常重要的意義。所以有必要做好本次設計。 乙醇的性質和用途乙醇是在常溫、常壓下是一種無色、透明、有香味、易揮發(fā)的液體，℃，沸點 ℃，℃．密度 ,能與水及大多數有機溶劑以任意比混溶。乙醇易燃,它的爆炸極限為%～18%,閃點 11℃,使用時須注意安全。工業(yè)酒精含乙醇約 95％。含乙醇達 ％以上的酒精稱無水乙醇。含乙醇 ％,水 ％的酒精是恒沸混合液,沸點為 ℃，其中少量的水無法用蒸餾法除去。乙醇在化工、醫(yī)藥、染料、國防、食品等行業(yè)有不可或缺的重要應用。但是，無水乙醇作為燃料的應用應該是 21 世紀最廣泛的應用。工業(yè)上可以將無水乙醇與汽油按比例調和,生產車用乙醇汽油。以發(fā)酵法生產的燃料乙醇具有和礦物質燃料相似的燃料性能,其生產原料是生物質,是一種可再生能源。此外,乙醇燃料過程所排放的一氧化碳和含硫氣體均低于汽油燃料,所產生的二氧化碳和作為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳基本持平,這對減少對大氣的污染及抑制溫室效應意義重大。因此,燃料乙醇也被稱為“清潔燃料” 。 本設計所選塔的特性 菏澤學院化工原理課程設計9浮閥塔的優(yōu)點是 :1．生產能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。2. 操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 3. 塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。4. 氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。5. 塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30%。 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上） ，所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。 近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產經驗越來越豐富，積累的設計數據比較完整，因此設計浮閥塔比較合適。 第二章 概述乙醇在工業(yè)，醫(yī)藥，民用等方面，都有很廣泛的應用，是一種很重要的原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時要求純度很高，甚至 菏澤學院化工原理課程設計10是無水乙醇，這是很有困難的，因為乙醇極具揮發(fā)性，所以，想得到高純度的乙醇很困難。要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內進行，塔內裝有若干層塔板和充填一定高度的填料。為實現精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍?，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配原料液預熱器，回流液泵等附屬設備，才能實現整個操作。浮閥塔與 20 世紀 50 年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已成為國內應用最廣泛的塔形，特別是在石油，化學工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的是 F1 型和 V4型。F1 型浮閥的結構簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，廣泛應用在化工及煉油生產中，現已列入部頒標準（JB16868）內，F1 型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強降很低的系統(tǒng)中，采用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點：1，生產能力大。2，操作彈性大。3，塔板效率高。4，氣體壓強降及液面落差較小。5，塔的造價低。浮閥塔不宜處理宜結焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。 第三章 設計方案的確定 菏澤學院化工原理課程設計11 課程設計方案選定所涉及的主要內容有：操作壓力，進料狀況，加熱方式及其熱能的利用。 操作壓力： 精餾可在常壓，加壓或減壓下進行，確定操作壓力主要是根據處理物料的性質，技術上的可行性和經濟上的合理性來考慮。一般來說，常壓精餾最為簡單經濟，若物料無特殊要求，應盡量在常壓先操作。加壓操作可提高平衡溫度，有利于塔頂蒸汽冷凝熱的利用，或可以使用較便宜的冷卻劑，減少冷凝，冷卻費用。在相同的塔徑下，適當提高操作壓力還可提高塔的處理能力，但增加塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度也有所下降。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增大，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低溫位的加熱劑。但降低壓力也導致塔徑增大和塔頂蒸汽冷凝溫度降低，且必須使用抽真空的設備，增加了相應的設備和操作費用。故我們采用塔頂壓力為常壓進行操作。 進料狀況： 進料狀態(tài)有多種，但一般都是將料液預熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這樣，進料溫度就不受季節(jié)，氣溫變化和前道工序波動的影響，塔的操作就比較容易控制。此外，泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，設計制造均比較方便。但泡點進料需預熱，熱耗很大。在此次設計中，我們選用 30176。C 冷夜進料。 加熱方式： 菏澤學院化工原理課程設計12精餾塔通常設置再沸器，采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的能量，若待分離的物系為某種輕組分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加熱方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液。這樣操作費用和設備費用均可降低。但在塔頂輕組分回收率一定時，由于蒸汽冷凝水的稀釋作用，使殘液輕組分濃度降低，所需塔板數略有增加。綜合考慮，我們采用間接蒸汽加熱的方式。 回流比：適宜的回流比應該通過經濟合算來確定，即操作費用和設備折舊費用之和為最低時的回流比為最適宜的回流比。我們確定回流比的方法為：先求出最小回流比 R ，根據經驗取操作回流比為最小回流比的 － 倍，即：minR＝（－）R min回流方式采用泡點回流，易于控制。 選擇塔板類型：選用 F1 浮閥塔板（重閥） 。F1 浮閥的結構簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，且重閥采用厚度 2mm 的薄板沖制，每閥質量約為 3