【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3g。浮閥塔具有的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)以及液面落差較小。 熱能的利用蒸餾過(guò)程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進(jìn)入再沸器的能量?jī)H有 5%左右被有效利用。塔頂蒸汽冷凝放出的熱量是大量的，但其能位較低，不可能直接用來(lái)做塔釜的熱源，但可用作低溫?zé)嵩矗? 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)13供別處使用?；蚩刹捎脽岜眉夹g(shù)，提高溫度后再用于加熱釜液。此外，通過(guò)蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也可取得節(jié)能的效果。例如，可采用設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器的流程。 再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備的安排本設(shè)計(jì)精餾過(guò)程采用蒸汽間接加熱，在釜底設(shè)再沸器。塔頂設(shè)冷凝冷卻器，將塔頂蒸氣完全冷凝后再冷卻到 78℃左右回流入塔。塔頂通過(guò)回流比控制器分流，餾出產(chǎn)品進(jìn)入貯罐。 設(shè)計(jì)的依據(jù)與技術(shù)來(lái)源本設(shè)計(jì)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(jì)上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上， 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡(jiǎn)化的模型，此次設(shè)計(jì)采用精確計(jì)算與軟件驗(yàn)算相結(jié)合的方法。 第四章 流程的確定和說(shuō)明 設(shè)計(jì)思路 首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過(guò)泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開(kāi)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。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 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)14泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇和水的分離。 設(shè)計(jì)流程乙醇—水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)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(chǔ)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(jiàn)手畫(huà))。第五章 精餾塔設(shè)計(jì)物料計(jì)算 進(jìn)精餾塔的料液含乙醇 45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） ，其余為水，塔頂易揮發(fā)組分回收率為 99%，生產(chǎn)能力為 15000 噸/年 92%的乙醇產(chǎn)品，每年按330 天計(jì)，每天 24h 連續(xù)運(yùn)行。 ）操作條件 a）塔頂壓強(qiáng) 4KPa(表壓） b)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選 c)回流比自選 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)15 d)加熱蒸汽壓力 低壓蒸汽 （或自選） e)單板壓降 ≤ 查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù) ⑴水和乙醇的物理性質(zhì)名稱 分子式相對(duì)分子質(zhì)量密度　20℃ 3/kgm沸 點(diǎn)a℃比熱容(20℃)Kg/(kg.℃)黏度(20℃)mPa.s導(dǎo)熱系數(shù)(20℃)/(m.?℃)表面張力 ?????(20℃)N/m水 2HO2998 100 5 乙醇7789 ⑵常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)常壓下乙醇—水系統(tǒng) t—x—y 數(shù)據(jù)如表 3—1 所示。表 3—1 乙醇—水系統(tǒng) t—x—y 數(shù)據(jù)乙醇摩爾數(shù)/% 乙醇摩爾數(shù)/%沸點(diǎn)t/℃ 氣相 液相沸點(diǎn)t/℃ 氣相 液相 82 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)16 （3）精餾塔全塔物料恒算 ：原料液流量（ ） ：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）qFn, /kmolhFx ：塔頂產(chǎn)品流量（ ） ：塔頂組成（摩爾分?jǐn)?shù)）Dn, /lD ：塔底殘液流量（ ） ：塔底組成（摩爾分?jǐn)?shù)）WkWx 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 X乙醇 M A = molg水 M B = k 進(jìn)料液中輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45％的摩爾分率 ???F 塔頂輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 92％的摩爾分率 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)17 ???D 塔底輕組分(乙醇)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5％的摩爾分率由 (后計(jì)算得出)? 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 =MF ????）（ kmolg ..8.?）（D l =w . ????）（ kolg 塔頂產(chǎn)出量 ).(53, ????qDn hKmol holxFDn %%1q, ?????? ,?Wn 易揮發(fā)組分的物料衡算 WnDnFnxq,x?? , ???????wnDFwqxx 聯(lián)立解得 ,??Fx 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)18 ,??Dx 1408,Ww 表 1 物料衡算數(shù)據(jù)記錄 由圖查出組成 的乙醇水溶液泡點(diǎn)為 176。C，?Fx（+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(guān)物性為：乙醇的摩爾熱容： ()mACkJmolK???乙醇的摩爾汽化潛熱： ?水的摩爾熱容：6518[(.)])mBkJolK??????qFn, 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)19水的摩爾汽化潛熱： ???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。加料液的平均摩爾熱容： )()( kolJXCBmA ?????????加料液的平均汽化熱： KmolJrrBA )(.)5.(.891)(1q ????????tTCmp 最小回流比及操作回流比的確定 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)20（1）q 線方程：做出下圖，. ??????qqFqq xxxy得 q 線與平衡線的交點(diǎn)（，） ，即 ，?由， ???（2）過(guò)點(diǎn)（0..833，）做平衡線的切線，交 Y 軸于點(diǎn)（0，）由， ???取較大的回流比，故 .inR根據(jù) ，取 R=(.2~)R? 精餾段和提餾段操作線的確定 精餾段液相流量： hkmolRqnDL .??? 精餾段汽相流量： ??)(,??V l 精餾段操作線方程： .,1 ?nDVnvnLxxqy 提餾段液相流量： ., ?????? FLnq hkmol 提餾段汽相流量： 38, ????WnV 提餾段操作線方程： . .,1????????nVnDFVnLxqxxqy 理論及實(shí)際塔板數(shù)的確定A 用圖解法求解理論板數(shù) 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)21在 yx 圖上分別畫(huà)出提餾段方程和精餾段方程，利用圖解法可以求出理論塔板數(shù)為 16 塊（含塔釜） 。其中第 13 理論板為進(jìn)料板。見(jiàn)下圖B 用奧康奈爾法對(duì)全塔效率進(jìn)行估算：（1）由相平衡方程式 ，可得1()xy????(1)yx??根據(jù)乙醇水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得： ?()x?塔 頂 第 一 塊 板 .5F 69F加 料 板 2Wx .5()Wy塔 釜因此可以求得： 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)221()(.4271).20yx??????().53(.69)?(1)(.1).8W?????平均相對(duì)揮發(fā)度的求?。?????(2)根據(jù)乙醇水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：塔頂： ，?塔釜： , 28W?92W? 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)23塔頂和塔釜的算術(shù)平均溫度： C????由《化工原理》 （第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，王志魁）書(shū)中附表 12 查得：在 176。C 下， ， ??乙 醇 ??水根據(jù)公式 得lglgLmiix??[(.269)lg.] as???????（1） 由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式： ()9(