【正文】 設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程。 關(guān)鍵詞： 乙醇 水 二元精餾 浮閥精餾塔 II Annual output of 20200 tons of refined process design of alcohol Abstract:Chemical production often require two yuan of liquid mixture separation to achieve the purification or recovery of useful ponents of the purpose, distillation is the use of liquid mixtures of volatile ponents in the different degree with the help of repeated many of vaporization and condensation to light hydrocarbon separation method. Distillation in chemical, petrochemical, light industry and other industrial production plays an important role. Therefore, mastering the vaporliquid phase equilibrium relations, familiar with the various types of towers operating characteristics, to choose, design and analysis in the process of separation of various parameters is very important. Tower equipment is chemical, oil refining production in the most important equipment of one type of. The design of the floating valve tray in chemical production is mainly of gasliquid mass transfer equipment. The design for the two yuan of property of the distillation problem analysis, selection, calculation, calculation, drawing, is a plete distillation design process. Because of fuel ethanol alcohol quality requirement is not high, the design document according to the ideal condition is mainly consider the existence of water and ethanol, so mainly on water and ethanol ─ float valve column separation equipment were described in detail, mainly including: process calculation, the calculation of auxiliary equipment. Key words: ethanol water two yuan of distillation float valve continuous distillation distillation tower 1 引言 本設(shè)計(jì)的題目是《年產(chǎn) 2 萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)》。其中，最受歡迎的是燃料酒精。燃料酒精最明顯的一些優(yōu)勢(shì)是：一是 來源廣，可再生。二是 無污染。例如：酸雨等環(huán)境污染。 中國(guó)燃料酒精的發(fā)展現(xiàn)狀 [14]： 由于燃料乙醇在中國(guó)的推廣使用還處在初級(jí)階段．產(chǎn)銷各個(gè)環(huán)節(jié)政府行為色彩比較濃，離真正的市場(chǎng)化有很遠(yuǎn)的距離。國(guó)家對(duì)燃料乙醇的立項(xiàng)投產(chǎn)非常謹(jǐn)慎。目前中國(guó)生產(chǎn)的燃料乙醇總量為 102萬 t。 目前中國(guó)石油供應(yīng)緊張問題日趨嚴(yán)重： 2020 年，中國(guó)原油消費(fèi)量 億 t，居世界第二，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)原油 1． 81 億 t，凈進(jìn)口原油 億 t，凈進(jìn)口輕柴油、航煤、燃料油等石油產(chǎn)品 l746 萬 t。石油對(duì)外依存度為 45％。因此，燃料酒精在中國(guó)市場(chǎng)的前景比較大，潛力也比較深。“十一五”期間，中國(guó)燃料乙醇的潛在市場(chǎng)規(guī)模將急劇擴(kuò)大。因此計(jì)劃到“十一五”末，國(guó)內(nèi)乙醇汽油消費(fèi)量占全國(guó)汽油消費(fèi)量的比例將上升到 50％以上，這意味著屆時(shí)中國(guó)燃料乙醇的產(chǎn)能和產(chǎn)量將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。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。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。最終， 基本 完成 乙醇和水 的分離。 3 第 1章 全程原材料（糖蜜）的計(jì)算 理論糖蜜消耗量 [11] 糖蜜原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為： C12H22O11＋ H2O→ 2C6H12O6→ 4C2H5OH＋ 4CO2 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 176 生產(chǎn) 2萬噸（ 2*107kg） 無水酒精的理論蔗糖消耗量： 2*107（ 342247。 98﹪ 247。 50﹪ =*107（ kg） 第 2 章 精餾塔的相關(guān)概述 精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用 實(shí) 際生產(chǎn)中，在精餾塔中精餾 [6]時(shí)， 部分氣化和部分冷凝是同時(shí) 進(jìn)行的。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最 4 高；塔頂溫度最低。 精餾塔對(duì)塔設(shè)備 [16,20]的要求 精餾設(shè)備所用的設(shè)備及其附屬裝置 ，總稱為精餾裝置，其核心為精餾塔。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。而浮閥塔具有很多 優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)遠(yuǎn)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。實(shí)際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿意的程度。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大等。所以有必要做好本次設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所選塔的特性 5 浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是： 一 ．生產(chǎn)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(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～ 40%，與篩板塔接近。 三 ．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(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 五 ．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～ 80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。 所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。 近幾十年來，人們對(duì)浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng) 驗(yàn)越來越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。 （ 2）確定操作的回流比 R 理論板：指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。 根據(jù) 5? 下，乙醇 — 水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線，即xy 曲線圖， 泡點(diǎn)進(jìn)料， q = 1，即 q 為一直線，本平衡 曲線 具有下凹部分， 精餾段 操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切， ? , ? ,所以 ? ， 操作回流比 [1819] m ? ? ? (33) 圖 水圖解法示意圖 （ 3）求取理論塔板數(shù) 1 + 0 . 8 0 3 0 . 1 7 411 Dn n nxRy x xRR? ? ? ???已 知 ： 精 餾 段 操 作 方 程 ： 1 2. 74 4 0. 00 13 6nmyx? ??提 餾 段 操 作 方 程 ： 在圖上作操作線，由點(diǎn)（ , ）起在平衡線與操作線間畫階梯， 8 過精餾段操作線與 q線交 點(diǎn) ， 直到階梯與平衡線交點(diǎn)小于 為止，由此得到理論板 NT = 26 塊（包括再沸器）加料板為第 24塊理論板。板效率 計(jì)算 可用奧康奈爾公式 [19] )( ?? LET ?? 其中： ? —— 塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度； ? L—— 塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 smPa? （ 1） 利用表 中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 tF、 tD、 tW tF ： 8 9 . 08 9 . 0 8 6 . 70 . 0 7 2 0 . 0 9 7 0 . 0 8 9 1 0 . 0 7 2Ft ?? ??? tF = ℃ tD ： 7 8 . 1 57 8 . 1 5 7 8 . 4 10 . 8 9 4 0 . 7 4 7 0 . 8 8 1 4 0 . 8 9 4Dt ?? ??? tD = ℃ tW ： 1001 0 0 9 5 .50 0 .0 1 9 0 .0 0 0 7 8 0Wt ?? ??? tW = ℃ 精餾段平均溫度： 1 8 7 . 4 1 7 8 . 1 7 8 2 . 7 922FDttt ? ?? ? ? ℃ 提餾段平均溫度： 2 9 3 .6 12FWttt ??? ℃ （ 2）精餾塔平均組成：可以由平均溫度計(jì)算 1 8 2 .7 9t ?精 餾 段 :由 ℃ 11 18 4 . 1 8 2 . 7 8 2 . 7 9 8 2 . 7: , 0 . 2 2 9 40 . 1 6 6 0 . 2 3 4 x 0 . 2 3 4xx?? ??可 得 液 相 組 成 11 18 4 . 1 8 2 . 7 8 2 . 7 9 8 2 . 7: , 0 . 5 4 2 20 . 5 0 9 0 . 5 4 5 0 . 5 4 5yy y????氣 相 組 成 2 9 3 .6 1tC??提 餾 段 ： 由 2 29 5 . 5 8 9 . 0 9 3 . 6 1 8 9 . 0: 2 0 . 0 3 4 40 . 0 1 9 0 . 0 7 2 0 . 0 7 2xx x?? ??可 得 液 相 組 成 ， 9 22 29 5 . 5 8 9 . 0 9 3 . 6 1 8 9 . 0: 0 . 2 3 3 70 . 1 7 0 0 . 3 8 9 0 . 3 8 9yy y????氣 相 組 成 ， (3) 相對(duì)揮發(fā)度 精餾段揮發(fā)度：由 ? ， ? 得 ? ， ? 0 . 5 4 2 2 0 . 7 7 0 6 3 . 9 80 . 4 5 7 8 0 . 2 2 9 4ABBAyxyx? ?? ? ??所 以 ： （ 34） 提餾段揮發(fā)度：由 39。 ? 得 39。 ? 39。39。39。 ?? ， sm ??? 所以： )( 2 39。 T39。 ????精 故： 6NP ?精 塊 全塔所需實(shí)際塔板數(shù)： 58652NNN PPP ????? 提精 塊 10 全塔效率： %%1 0 058 126NNE PTT ????? 加料板位置在第 53 塊塔板。 1 ? ℃ 735 8085 ? ????乙?, 3/ m?乙? 8085 ? ????水?, 3/ m?水? 同理： 2 ? ℃ ， 3, / m?乙? 3, / m?水? 在精餾段：液相密度： ? ?? ? 7 0 4 3 2 3 2 2 2 9 2 9 1????????L? ,31 / mkgL ?? 汽相密度： 31 . 12 33 .18 = 8 / 14 +V P m v m k g mR T m? ???? ?（ 27 3. 15 82 .7 9 ） 在提餾段：液相密度： ? ?? ? 2????????L? ,32 / mkgL ?? 汽相密度： 12 32 . 14 3. 8 24 .5 4= 1. 16 /8. 31 4 +V P m v m k g mR Tm? ?????（ 27 3. 15 93 .6 1 ） (4)混合液體表面張力 [9] 二元有機(jī)物 水溶液表面張力可用下列公式計(jì)算 公式： 4/1004/14/1 ????? 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