【正文】 塔釜： 0 7 8 9 7 0 , ?????WVM kmolkg , ?????WLM kmolkg 精餾段平均摩爾質(zhì)量： 68 04 , ????? DVFVV MMM kmolkg 72 65 , ????? DLFLL MMM kmolkg 提餾段平均摩爾質(zhì)量： , ????? WVFVV MMM kmolkg 39。 C，在平均溫度為（ +30） /2= 下，由《化工原理》（第三版，王志魁）附錄查得乙醇與水的有關物性為： 乙醇的摩爾熱容： 3 .0 2 4 6 1 3 8 .9 2 /( )mAC k J k m o l K? ? ? ? 乙醇的摩爾汽化潛熱： 914 .2 46 420 53. 2 /( )Ar k J k om l K? ? ? ? 水的摩爾熱容： 5618 [ ( ) ]60 50 / ( )mBCk J k om l K?? ? ? ? ???? 水的摩爾汽化潛熱： 2 3 9 2 .8 6 1 8 4 3 0 7 1 .4 8 /Br k J k m o l? ? ? 比較水與乙醇的摩 爾汽化潛熱可知，系統(tǒng)滿足衡摩爾流的假定。 乙醇 — 水混合液經(jīng)原料預熱器加熱，進料狀況為汽液混合物 q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲罐 ,塔釜采用直接蒸汽加 熱 ,塔底產(chǎn)品冷卻后 ,送入貯罐 (流程圖 見手畫 )。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點，其中的液態(tài)部分進入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進入乙醇的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。 本設計依據(jù)于精餾的原理（即利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使輕重組分分離），并在滿足工藝和操作的要求，滿足經(jīng)濟上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎上， 對設計任務進行分析并做出理論計算。例如，可采用設置 中間再 菏澤學院化工原理課程設計 13 沸器和中間冷凝器的流程。 蒸餾過程的原理是多次進行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進入再沸器的能量僅有 5%左右被有效利用。我們確定回流比的方法為：先求出最小回流比 Rmin ，根據(jù)經(jīng)驗取操作回流比為最小回流比的 － 倍，即： R＝（ － ） Rmin 回流方式采用泡點回流，易于控制。這樣操作費用和設備費用均可降低。但泡點進料需預熱，熱耗很大。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。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。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(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。 2，操作彈性大。 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(nèi)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。精餾是多數(shù)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。 近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗越來越豐富，積累的設計數(shù)據(jù)比較完整，因此設計浮閥塔比較合適 。 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。因此 ,燃料乙醇也被稱為“清潔燃料” 。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)酒精含乙醇約 95％。 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(chǎn)中應用非常廣泛，對于提純物質(zhì)有 非常重要的意義。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(zhì)設備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。 五：結構簡單，造價低，安裝檢修方便。 菏澤學院化工原理課程設計 7 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(zhì)過程一樣，精餾塔對塔設備的要求大致如下： 一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會產(chǎn)生液泛等不正常流動。 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 實際生產(chǎn)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。浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)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。 9)對設計過程的評述和有關問題的討論。 （ 6）操作條件 a）塔頂壓強 4KPa(表壓） b)進料熱狀態(tài) 自選 c)回流比自選 d)加熱蒸汽壓力 低壓蒸汽 （或自選） e)單板壓降 ≤ 三、 設備形式：篩板塔或浮閥塔 四、 設計內(nèi)容： 設計說明書的內(nèi)容 1）精餾塔的物料衡算； 2）塔板數(shù)的確定； 3）精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算； 4)精餾塔的塔體工藝尺寸計算； 5）塔板主要工藝尺寸計算： 菏澤學院化工原理課程設計 5 6）塔板的流體力學驗算； 7）塔板負荷性能圖； 8）精餾塔接管尺寸計算 。 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。本次設計過程正常，操作合適。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。 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。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。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(chǎn)能力大等。乙醇易燃 ,它的爆炸極限為 %～ 18%,閃點 11℃ ,使用時須注意安全。 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。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(chǎn)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。 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。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。 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?？芍瑔斡芯s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(xiàn)整個操作。浮閥塔具有下列優(yōu)點： 1，生產(chǎn)能力大。 5，塔的造價低。 一般來說，常壓精餾最為簡單經(jīng)濟，若物料無特殊要求，應盡 量在常壓先操作。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。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。 ： 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 菏澤學院化工原理課程設計 12 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。 ： 適宜的回流比應該通過經(jīng)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。浮閥塔具有的優(yōu)點：生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強以及液面落差較小 。此外，通過蒸餾系統(tǒng)的合理設置，也可取得節(jié)能的效果。塔頂通過回流比控制器分流，餾出產(chǎn)品進入貯罐。因為被加熱到泡點，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。最終，完成乙醇和水的分離。 表 3— 1 乙醇 — 水系統(tǒng) t— x— y 數(shù)據(jù) 沸點t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 沸點t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 氣相 液相 氣相 液相 82 菏澤學院化工原理課程設計 16 （ 3） 精餾塔全塔物料恒算 qFn,：原料液流量（ /kmol h ） Fx ：原料組成（摩爾分數(shù)） qDn,：塔頂產(chǎn)品流量（ /kmol h ） Dx ：塔頂組成（摩爾分數(shù)） Wn,q ：塔底殘液流量（ /kmol h ） Wx ：塔底組成（摩爾分數(shù)） 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 X 乙醇 MA = kmolkg 水 MB = kmolkg 進料液中輕組分 (乙醇 )質(zhì)量分數(shù)為 45％的摩爾分率 ???F 塔頂輕組分 (乙 醇 )質(zhì)量分數(shù)為 92％的摩爾分率 ???D 塔底輕組分 (乙醇 )質(zhì)量分數(shù)為 5％的摩爾分率由 菏澤學院化工原理課程設計 17 w?(后計算得出 ) 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF = 8 0 4 4 ???? ）（ kmolkg 3 2 3 3 ????? ）（D kmolkg Mw = 0 8 0 0 ???? ）（ kmolkg 塔頂產(chǎn)出量 )(24330 1015 0003, ????????qDnhKmol hK m o lx xFDDnFn %100%%100q ,q ???????? 3 5 9 6 4, ?? q Wn WWnDDnFFn xx qqq , x ?? , , ??????? wn DDnFFnw q xqxqx 聯(lián)立解得 , ?q Fn hKmol ?Fx , ?q Dn hKmol ?Dx , ?Wn hKmol ?wx 菏澤學院化工原理課程設計 18 表 1 物料衡算數(shù)據(jù)記錄 由圖查出組成 ?Fx 的乙醇 水溶液泡點為 176。見下圖 B 用奧康奈爾法對全塔效率進行估算： 菏澤學院化工原理課程設計 21 （ 1）由相平衡方程式