【正文】 制造均比較方便。 故我們采用塔頂壓力為常壓進(jìn)行操作。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。在相同的塔徑下，適當(dāng)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。 一般來說 ，常壓精餾最為簡單經(jīng)濟(jì)，若物料無特殊要求，應(yīng)盡量在常壓先操作。 1. 設(shè)計依據(jù) 課程設(shè)計方案選定所涉及的主要內(nèi)容有：操作壓力，進(jìn)料狀況，加熱方式及其熱能的利用。 5，塔的造價低。 3，塔板效率高。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1，生產(chǎn)能力大。浮閥有很多種形式，但最常用的是 F1 型和 V4 型?？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(yù)熱器，回流液泵等附屬設(shè)備，才能實現(xiàn)整個操作?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行，塔內(nèi)裝有若干層塔板和充填一定高度的填料。 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。 1 一、 概述 乙醇在工業(yè)，醫(yī)藥，民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)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。精餾是多數(shù)分離過程，即同時進(jìn)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。為實現(xiàn)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。 浮閥塔與 20 世紀(jì) 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(diǎn)，已成為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔形，特別是在石油，化學(xué)工業(yè)中使用最普遍。 F1 型浮閥的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，廣泛應(yīng)用在化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（ JB16868）內(nèi)， 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(qiáng)降很低的系統(tǒng)中，采用輕閥。 2，操作彈性大。 4，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小。浮閥塔不宜處理宜結(jié)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。 （ 1） 操作壓力 精餾可在常壓，加壓或減壓下進(jìn)行，確定操作壓力主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來考慮。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(fèi)用。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增大，有利于分離。但降低壓力也導(dǎo)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(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。 （ 2） 進(jìn)料狀況 進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都是將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這樣，進(jìn)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。但泡點(diǎn)進(jìn)料需預(yù)熱，熱耗很大。 C 冷夜進(jìn)料。這樣操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均可降低。 綜合考慮，我們采用間接蒸汽加熱的方式 （ 4）熱能的利用 蒸餾過程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進(jìn)入再沸器的能量僅有 5%左右被有效利用。或可采用熱泵技術(shù)，提高溫度后再用于加熱釜液。例如，可采用設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器的流程。 3. 設(shè)計內(nèi)容及任務(wù) （一） 設(shè)計內(nèi)容 乙醇 水溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計 （二） 設(shè)計任務(wù) 處理能力： 萬噸 /年，每年按 300 天計算，每天 24 小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 2) 操作條件 （ 1） 操作壓力：塔頂壓強(qiáng)為常壓 101325Pa （ 2） 單板壓降： ﹥ （ 3） 進(jìn)料狀況： 30176。 C 二、 塔的工藝計算 1. 工藝過程 . 物料衡算 40%FW ? 90%DW ? 46 /M g mol?乙 醇 18 /M g mol?水 /F kmol h? F/ 4 0 % / 4 6 0 . 2 0 6 9/ ( 1 ) / 4 0 % / 4 6 ( 1 4 0 % ) / 1 8FFFWMX W M W M? ? ?? ? ? ?乙 醇乙 醇 水 / 9 0 % / 4 6 0 . 7 7 9 0/ 1 ) / 9 0 % / 4 6 ( 1 9 0 % ) / 1 8DDDDWMX W M W M? ? ?? ? ? ?乙 醇乙 醇 水（ 由 DFDXFX?? 得 99 % 14 06 9 38 .36 / 79 0FDFXD k m ol hX? ??? ? ? 1 4 5 . 9 3 8 . 3 6 1 0 7 . 5 4 /W F D k m o l h? ? ? ? ? 由 F D WFX DX WX?? 得 14 5. 9 0. 20 69 38 .3 6 0. 77 90 0. 00 28 0. 28 % 1%W F X D XX W? ? ? ?? ? ? ? ? 表 1 物料衡算數(shù)據(jù)記錄 F FX D DX W WX 由氣液平衡數(shù)據(jù)，畫出下表， 2 由圖查出組成 ? 的乙醇 水溶液泡點(diǎn)為 176。加料液的平均摩爾熱容： 1 3 8 . 9 2 0 . 2 0 6 9 7 5 . 2 6 ( 1 0 . 2 0 6 9 ) 8 8 . 4 3 /( )m p m A A m B BC C X C X k J k m o l K? ? ? ? ? ? ? ? ? 加 料 液 的 平 均 汽 化 熱 ：4 2 0 5 3 . 2 0 . 2 0 6 9 4 3 0 7 1 . 4 8 ( 1 0 . 2 0 6 9 )4 2 8 6 0 . 8 /A A B Br r X r Xk J k m o l? ? ? ? ? ? ?? 8 8 . 4 31 ( ) 1 ( 8 3 . 2 5 3 0 ) 1 . 14 2 8 6 0 . 8mpCq T tr? ? ? ? ? ? ? ? . 最小回流比及操作回流比的確定 （ 1） q 線方程： 1 . 1 0 . 2 0 6 9 1 1 2 . 0 6 91 1 1 . 1 1 1 . 1 1Fq q q qxqy x x xqq? ? ? ? ? ?? ? ? ?做出下圖， 得 q 線與平衡線的交點(diǎn)（ ， ），即 ? ， ? 由 m inm in0 .7 7 9 0 0 .5 4 7 0 .4 2 91 0 .7 7 9 0 0 .2 3 8DeDexyRR x x? ?? ? ?? ? ?，得 ? （ 2）過點(diǎn)（ ， ）做平衡線的切線，交 Y 軸于點(diǎn)（ 0，） 由 minmin RR ?? ，得 min ? 取較大的回流比，故 min ? 根據(jù) m in m in( ~ 2)RR? ，取 R= . 精餾段和提餾段操作線的確定 精 餾 段 液 相 流 量 ：1 . 8 3 8 . 3 6 6 9 . 0 5 /L R D k m o l h? ? ? ? 精 餾 段 汽 相 流 量 ：( 1 ) ( 1 . 8 1 ) 3 8 . 3 6 1 0 7 . 4 1 /V R D k m o l h? ? ? ? ? ? 精 餾段操作線方程：16 9 . 0 5 3 8 . 3 60 . 7 7 9 01 0 7 . 4 1 1 0 7 . 4 10 . 6 4 3 0 . 2 7 8n n D nnLDy x x xVVx? ? ? ? ? ??? 提 餾 段 液 相 流 量 ：39。39。1 39。2 2 9 . 5 4 3 8 . 3 6 0 . 7 7 9 1 4 5 . 9 0 . 2 0 6 91 2 2 1 2 21 . 8 8 0 . 0 0 2 4 9DFnnnnD x F xLyxVVxx????? ? ????? . 理論及實際塔板數(shù)的確定 A 用圖解法求解理論板數(shù) 在 yx 圖上分別畫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 10 塊（含塔釜）。見下圖 B 用奧康奈爾法對全塔效率進(jìn)行估算： （ 1）由相平衡 方程式1 ( 1)xy x??? ??，可得 ( 1)( 1)yxxy? ?? ? 根據(jù)乙醇 水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得： 1 ?? 1 0 . 7 4 2 7( )x ? 塔 頂 第 一 塊 板 y ? 0 . 2 0 6 9 ( )Fx ? 加 料 板 ? 0 .0 2 5 1( )Wy ? 塔 釜 因此可以求得： 11111( 1 ) 0 .7 7 9 0 ( 0 .7 4 2 7 1 ) 1 .2 2 1 2( 1 ) 0 .7 4 2 7 ( 0 .7 7 9 0 1 )yxxy? ? ??? ? ?? ? ? ( 1 ) 0 .5 3 0 3 ( 0 .2 0 6 9 1 ) 4 .3 2 7 8( 1 ) 0 .2 0 6 9 ( 0 .5 3 0 3 1 )FFFFFyxxy? ? ??? ? ?? ? ? ( 1 ) 0. 02 51 ( 0. 00 28 1 ) ( 1 ) 0. 00 28 ( 0. 02 51 1 )WWWWWyxxy? ? ??? ? ?? ? ? 平均相對揮發(fā)度的求取： 33 1 1 . 2 2 1 2 4 . 3 2 7 8 9 . 1 6 9 3 3 . 6 4 5 8FW? ? ? ?? ? ? ? ? (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： ? , ?? 塔 頂 和 塔 釜 的 算 術(shù) 平 均 溫 度 ：7 8 .3 1 9 9 .2 3 8 8 .7 722WDtttC? ?? ? ? ? 由《化工原理》（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，王志 魁 ）書中附表 12 3 查得： 在 176。 9 6 .3 9 1 0 3 .5 7 9 9 .9 822FWm tttC? ?? ? ? ? 39。 32 .8 5 18 .7 0 25 .7 8