【正文】 1000=取流速為 20m/s。因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹? mhP 0 7 3 3 ??? 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 PaghP LpP 7 8 80 7 111 ?????? ? 提餾段 （ 1） 干板阻力 smuVc/ 2??? ? 因 02u ≦ 20cu 故 22L ?uch ? = = （ 2） 板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離水和乙醇的混合物，即液相為碳?xì)浠衔?，可? ?? mhh Ll 0 3 ???? ? （ 3）液體表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計(jì)。 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 提餾段：取閥孔動(dòng)能因子 110?F smFuV/2002 ??? ? 0 1 4 8 420222 ??????udVNoS? 取整數(shù)位 1016 個(gè) 則： mmmtNAt a ??????? 考慮到塔的直徑較大。 ?oh wh 精餾段： ?1oh = 提餾段： ?2oh = 塔板布置 （ 1）邊緣區(qū)： mWC ? （ 2）泡沫區(qū)： mWS ? （ 3）鼓泡區(qū)面積： aA ?????? ??? RxRxRxA a a r c s in1 8 02 222 ? )(2 )(2 ???????Sd WWDx ?????CWRR ∴ ?????? ????? r c s i 222aA ?? = 浮閥數(shù)目與排列 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距 t=75mm 精餾段：取閥孔動(dòng)能因子 110?F smFuV/ 111001 ??? ? 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 1 2 4 8 420121 ?????udVNoS? 圓整 N=1128 個(gè) 則： mmmNtAt a 8 7 8 4 5 5 5 ?????? 考慮到塔的直徑較大。C 時(shí) 2x =% 2y =% 2ML = 2x aM +(1 2x ) bM =%46+(%)18= 2MV = 2y aM +(1 2y ) bM =%46+(%)18= ?aw =22MLMx a = 46% ? =% ?bw =1 ?aw ==% 精餾段： 311V1 /)( )t( 273. 15R M mkgPV ??? ????? 精? 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 提留段： 322V2 /)( )t( 273. 15R M mkgPV ??? ????? 提? 混合液液相密度 表 43 不同溫度下乙醇和水的密度 Table 43 at different temperatures the density of ethanol and water 溫度 乙? 水? 溫度 乙? 水? 80 735 95 720 85 730 100 716 90 724 求得在 ℃ 和 ℃ 下的乙醇和水的密度： 2t =℃ ??? 乙? 724 = 720???乙? ??? 水? =???水? ?乙? = 1kg/ 3m ?水? =同理： 1t =80℃ 乙? =735kg/ 3m 水? =在精餾段： 1L1? =aaw? +bw?b = 735% + % 得： 1L?= 提餾段： 2L1? =aaw?? +bw??b = % + % 得： 2L?= 表面張力 二元有機(jī) 水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算： 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 公式： 4/1m? = 4/1wsw?? + 4/1oso?? sw? =swswvvx so? =sosovvx 聯(lián)立以下各式求 sw? 、 so? sw? + so? =1 B = lg（ow??2 ） Q = (Tq )???????? ? 3/23/2wwoo vqv ?? A = B + Q ooww vxvx vx ??? oowwooo vxvx vx??? 精餾段： 1t =80176。 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 板效率及實(shí)際塔板數(shù) 由黏度、揮發(fā)度算得： 1( ) ?精 T2E ( )= 精N =20/= 取整為 42 塊 提N =3/= 取整為 8 塊（不包括再沸器） 全塔所需實(shí)際塔板數(shù) 提精 NNNP ?? =42+8=50 塊 ， 其中第 43 塊為進(jìn)料板 操作條件 操作壓力 塔頂操作壓力： DP =+4= 每層塔板壓降： △ P= 進(jìn)料板壓力 ： ?FP +50= 精餾段平均壓力： 2 3 0 521 ???? FDm PPP= kpa 塔底壓力 ： WP =+50= 提 餾 段平均壓力： 2 2 ???? Fm PPP= kpa （ 1）溫度 Ft ： tt FF ???? ? ，得 Ft =℃ Dt ： ttDD ????? ，得 Dt =℃ Wt =100℃ 精餾段平均溫度： 1t = 2 DF tt ? = 2 ? =80℃ 提餾段平均溫度： 2t = 2 wF tt ? = 2 ? =℃ 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 混合液 氣相密度 混合氣密度公式： RTPMVV ?? 精餾段： 1t =80176。由提餾段操作線方程任意取兩個(gè)點(diǎn)（ ， ）、（ ,），連接兩點(diǎn)得提餾段操作線。1my? —提餾段第 m+1 層板上升蒸 汽 中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。m m WLWy x xL W L W? ???? 式中： 39。1 39。 2. 提 餾 段方程： 39。= 2062kg/h 冷卻水用量計(jì)算 對(duì)熱流體： Q 入 ＝ Q 產(chǎn)品精乙醇 +Q 回流液 = 4993800+＋ 1942102=12913417kJ/h Q 出 = Q 精乙醇 (液 )+Q 回流液 (液 ) =25834230+=46509793= 46509793kJ/h Q 傳 = ? (15%)－ 46509793= 冷卻水溫： 30℃ 到 50℃ t / . 1 8 720 7 2 6 6 0 7 4 . 9 6 ??? 所以：每噸精乙醇消 耗 G3 水 = ? t 水 /t 精乙醇 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 第 四 章 精餾塔的設(shè)計(jì) 主精餾塔的設(shè)計(jì) 表 41 乙醇精餾塔物料平衡匯總表 Table 41 Summary of ethanol distillation column material balance 物料 總物料 塔頂出料 塔釜出料 乙醇 25000 24875 125 NaOH 水 高沸物 合計(jì) 精餾塔全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定 F：原料液流量（ kmol/s） xF ：原料液組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同） D：塔頂產(chǎn)品組成（ kmol/s） xD ：塔頂組成 W：塔底殘夜流量 （ kmol/s） xW ：塔底組成 原料乙醇組成： xF =18)(46250004625000 ??=% 塔頂組成： xD =18%941*D4694*D46%94*D ）（ ?? =% 塔底組成： xW =181 2 55 9 6 5 4 9461 2 5 461 2 5）（ ??=% F= 3 6 0 0 182 5 0 0 2 8 8 0462 5 0 0 0 ）（ ?? =D= 3600 4 8 7 5 ? =W= 3 6 0 0 181 2 55 9 6 5 4 9461 2 5 ）（ ?? =123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 求最小回流 比 及操作回流比 采用作圖法求最小回流比 ∵ 泡點(diǎn)進(jìn)料 所以 q=1 根據(jù) xy 圖過（ Dx ， Dx ）作與氣液平衡的一條切線，如圖所示， 點(diǎn) h（ %,%） ∴ % % inm in ???? DDxxR R 得： minR = 操作回流比 : m in ?? RR 氣液相負(fù)荷 L=RD= =V=(R+1)D== kmol/s L’=L+qF=+1= kmol/s V’=V= 求操作線方程 1. 精餾段操作線： 1 111n n DRy x xRR? ???? 式中： nx —精餾段中第 n 層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； 1ny? —精 餾段第 n+1 層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。塔頂乙醇含量 94%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（經(jīng)分子篩脫水后達(dá)到 %）： 塔頂出料： G頂 94 %=25000%% 則塔頂出料 G頂 = 塔釜 G醇 =25000%=125kg/h G水 =(%) =表 34 塔釜組成 Table 34 tower reactor ponents 塔釜 乙醇 水 NaOH 高沸物 塔釜 kg/h 125 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 總出料：由以上計(jì)算，得表 34 甲醇精餾塔物料平衡匯總表：單位： kg/h，總物料為 25000+++=得乙醇精餾塔物料平衡匯總表 35： 表 35 乙醇精餾塔物料平衡匯總表 Table 35 Summary of ethanol distillation column material balance 物料 總物料 塔頂出料 塔釜出料 乙醇 25000 24875 125 NaOH 水 高沸物 合計(jì) 主精餾塔能量衡算 帶入熱量計(jì)算 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，乙醇露點(diǎn)溫度 t=78℃ 操作條件：塔頂 ℃ ，塔釜 100℃ ，進(jìn)料溫度 ℃ ，回流液溫度 40℃ ，取回流液與進(jìn)料的比例為 :1。 乙醇： 25000kg/h 。 則消耗純 NaOH： ? ? 換成 8%為： ：據(jù)資料記載。 塔底的廢水經(jīng)常壓塔廢水冷卻器冷卻，并經(jīng)過常壓塔廢水泵送到廢水處理工段，工藝流程如圖 21：123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 圖 21 精餾段工藝流程圖 Figure 21 Flow chart of rectifying section 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 第 三 章 物料和能量衡算 物料衡算 粗乙醇精餾的物料平衡計(jì)算 (1) 進(jìn)料 ： kg/h 。在預(yù)塔中脫除輕餾分后進(jìn)入主精餾塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，從塔頂或側(cè)線 采出。從塔頂出來的氣體先經(jīng)過一級(jí)冷凝器冷卻，冷凝液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽，通過預(yù)塔回流泵回流到預(yù)精餾塔頂部，未冷凝氣體進(jìn)入二級(jí)冷凝器，其中不凝氣體通過預(yù)塔水封放空。 來自合成工段的粗乙醇，經(jīng)減壓進(jìn)入粗乙醇貯槽。 乙醇精餾流程 精餾系統(tǒng)采用雙塔蒸餾流程，其中一個(gè)塔為粗餾塔，另一個(gè)為精餾塔，兩塔之間不直接連通，互相影響較小，操作方便。板上液面梯度小，液面橫向混合好、無流動(dòng)及傳質(zhì)死區(qū)。 （ 4）新型垂直篩板塔 新型垂直篩板塔的傳質(zhì)單元，是由塔板開有升氣孔及罩于其上的帽罩組成。塔總高一般為浮閥塔的一半。但浮閥易損壞，維修費(fèi)用高。 （ 2）浮閥塔 浮閥塔的塔板結(jié)構(gòu)與泡 罩相似，致使浮閥代替了泡罩及其伸氣管。該類型塔塔板效率高，操作彈性大，塔阻力小，但單位面積的生產(chǎn)能力低，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。目前常用的精餾塔主要有四種塔型：泡罩塔，浮閥塔，填料塔和新型垂直篩板塔。 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 精餾塔是粗乙醇精餾工序的關(guān)鍵設(shè)備，它直接制約著生產(chǎn)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)能力及對(duì)環(huán)境的影響。其中一個(gè)塔為粗餾塔，另一個(gè)為精餾塔，兩塔之間不直接連