【正文】 特點(diǎn)。隨著生產(chǎn)的強(qiáng)化，不 僅消耗大幅度上升，而且殘液中的乙醇含量也大大超過了工藝指標(biāo)。 乙醇三塔精餾工藝技術(shù)是為了減少乙醇在精餾過程中的損耗，提高乙醇的收率和產(chǎn)品質(zhì)量而設(shè)計(jì)的。在該溫度下，幾乎所有的低沸點(diǎn)餾分都為氣相，不造成冷凝回流。作為一般要求的精乙醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)采出精乙醇，常壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。因此 .該工藝技術(shù)生產(chǎn)能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精乙醇生產(chǎn)。三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了 2 臺(tái)主精餾塔 (其中 1 臺(tái)是加壓塔 )和 1 臺(tái)常壓塔，較雙塔流程多 1 臺(tái)加壓塔。 （ 2）蒸汽消耗。 （ 3）產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 4）設(shè)備投資。 （ 5）操作方面。 本設(shè)計(jì)中乙醇產(chǎn)量為 20 萬 t/a，屬于中型產(chǎn)量， 由于生產(chǎn)能力小，蒸汽消 耗量對(duì)全廠成本及蒸汽平衡影響比較小，可選用二塔流程。通過上述比較可知，三塔精餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出 20%到 30%。粗乙醇降壓到 后人閃蒸槽，釋放出溶解在粗乙醇中的大部分氣體，出來的粗乙醇則進(jìn)入精餾塔。乙醇混合液首先通過蒸發(fā)得到一定濃度的乙醇溶液，再通過精餾系統(tǒng)達(dá)到乙醇的共沸濃度，最后通過分 子篩脫水得到無水乙醇。所以要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際條件選擇合適的高效精餾塔。其各自結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下： （ 1）泡罩塔 泡罩塔十多層板式塔，每層塔板上裝有一個(gè)活多個(gè)炮罩。該塔已經(jīng)逐漸被其他塔代替。該類型塔板效率高，單位面積生產(chǎn)能力大，造價(jià)較低。 （ 3）填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng) 5 塊以上的理論板。該塔生產(chǎn)能力大，壓降小，分離效果好，結(jié)果簡單，維修量極小，相對(duì)投資較小，是目前使用較多的塔型之一。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單可靠， 抗結(jié)垢、防堵 塞性能好 ,由于操作氣速高，氣流自清洗能力強(qiáng)且升氣孔直徑大，很不容易堵塞，投資省，傳質(zhì)單元的間距較大，便于布置加熱和冷卻排管。 綜合比較上面四種塔，可以知道 浮閥 塔和新型垂直篩板塔性質(zhì)更加優(yōu)越，同時(shí) 浮閥塔技術(shù)更 成熟 ，操作簡單，而且維修費(fèi)用較低，所以設(shè)計(jì)選用了 浮閥 塔 。乙醇混合液首先通過蒸發(fā)得到一定濃度的乙醇溶液，再通過精餾系統(tǒng)達(dá)到乙醇的 共沸濃度，最后通過分子篩脫水得到無水乙醇。經(jīng)粗乙醇預(yù)熱器加熱到 45℃ 后進(jìn)入預(yù)精餾塔。其中冷凝液進(jìn)入二級(jí)冷凝液儲(chǔ)槽，進(jìn)行脫鹽水萃取，萃取后的乙醇水進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽進(jìn)行回流，預(yù)塔回流槽中需要通過堿液泵加入 2%到 5%的堿液，用于防腐蝕。經(jīng)精餾乙醇冷卻器冷卻至常溫后，通 過分子篩脫水得到無水乙醇。根據(jù)以上計(jì)算列表 31： 表 31 進(jìn)料量 Table 31 feed rate 組分 乙醇 乙醛 異丁醇 水 合計(jì) 流量： kg/h 25000 10652 組成： (wt)% 100 ：據(jù)資料，堿液濃度為 8%時(shí)，每噸粗乙醇消耗 kg 的 NaOH。軟水加入量為粗乙醇的 20%計(jì)，則需補(bǔ)加軟水： ? 20%－ ? (1－ 8%)=據(jù)以上計(jì)算列表 32： 表 32 預(yù)塔進(jìn)料及組成 Table 32 Pretower feeding and position 物料量： kg/h C2 H5OH H2O NaOH CH3CHO C4H9OH 合計(jì) 粗乙醇 25000 10652 堿液 軟水 合計(jì) 25000 (2) 出料 。粗乙醇含水： 10652kg/h 堿液帶水： kg/h 補(bǔ)加軟水： kg/h 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 合計(jì)： ： ： 由以上計(jì)算列表 33： 表 33 預(yù)塔出料流量及組成 Table 33 Pretower discharge flow rate and position 物料量 kg/h C2 H5OH H2O NaOH CH3 CHO C4H9OH 合計(jì) 塔頂 塔底 25000 合計(jì) 25000 主塔的物料平衡計(jì)算 (1) 進(jìn)料 預(yù)后粗乙醇： (2) 出 料 主塔塔釜液中的乙醇占乙醇總量的 %。 帶入熱量見表 36： Q 入 =Q 進(jìn)料 +Q 回流液 +Q 加熱 = 4993800++1942102 +Q 加熱 = 12913417+ Q 加熱 表 36 主塔入熱 Table 36 the heat bring into the main column 物 料 進(jìn) 料 回流液 加熱蒸汽 組分 乙醇 水 +堿 乙醇 流量： kg/h 25000 溫度： ℃ 40 比熱： kJ/kg℃ 熱量 :kg/h 4993800 1942102 Q 加熱 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 帶出熱量計(jì)算 所以 Q 出 ＝ 25834230＋ ＋ 30750＋ ＋ 5%Q 入 = +5%Q 入 帶出熱量見表 37： 表 37 主塔物料 帶出熱量 Table 37 Pylons materials bring out the heat 物料 精乙醇 回流液 殘液 熱損失 組分 乙醇 乙醇 乙醇 水 +堿 流量： kg/h 24875 125 溫度： ℃ 100 100 比熱： kJ/kg℃ 潛熱： kJ/kg 熱量 :kg/h 25834230 30750 5%Q 入 因?yàn)椋?Q 出 ＝ Q 入 所以： Q 入 = Q 出 = 所以： Q加熱 = － 12913417 = 已知水蒸氣的汽化熱為 kJ/kg 所以 ： 需蒸汽 G3 蒸汽 =247。 化簡得： y= 1?RR x+ 1x?RD =+ 其中， R=L／ D 為回流比。39。39。mx —提餾段第 m層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 39。 簡化得： y=WL FL ???qFqxWL W W??qFx= 圖解法求理論板 塔板、氣液平衡相圖 由精餾段方程可得在 y 上的交點(diǎn) (0,),連接兩點(diǎn)，得精餾段操作線。 由點(diǎn)（ 86,86）起在平衡線與操作線間畫階梯，直到階梯線與對(duì)角線的交點(diǎn)小于 0. 294為止，如圖： 圖 42 平衡相圖 Equilibrium phase diagram in Figure 42 由此得理論板 NT =24 塊 (包括再沸器 )，加料版為第 21 塊理論板。C 液相平均組成 1x ： 154 x?? = 1 ??x 1x =% 氣相平均組成 1y ： y?? = 1 ??y 1y =% 1ML = 1x aM +(1 1x ) bM =%46+(%)18= 1MV = 1y aM +(1 1y ) bM =%46+（ %） 18= aw =11MLMx a = 46% ? =% bw =1 aw ==% 提餾段：同理： 2t =176。 表 44 乙醇水的 表面張力 Table 44 Surface tension of ethanol and water 溫度 /C 70 80 90 100 乙醇表面張力 / 310 N/ 2m 18 水表面張力 / 310 N/ 2m mV = wwm? = = 3m /kmol= molcm/3 oV = wom? = = 3m /kmol molcm / 3? 乙醇表面張力： ?醇? ?水? 又 ： %?? oa xx %?? wb xx 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 )()()( 222oowwoowwoowwoooowwwwowvxvxvxvxvxvxvxvxvxvx??????? )( )(2????? ?? = )lg( 2 ???? owB ?? ???????? ???? 3/23/2)(4 4 wwoo vqvTqQ ?? ?????? ??????? 3/23/2 ?? ??????? QBA )lg( 2soswA ??? 1?? sosw ?? 聯(lián)立解得： ?sw? ?so? ∴ 4/14/14/14/14/11??????? osowswm ????? ?m? 提餾段： mV? = wwm?? = = 3m / mol molcm / 3? oV? = wom?? = = m olcmk m olm /? 乙醇表面張力： 插值得： 醇? ?????? .215 90100 ??醇? 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 .760 90100 ?? ???? 水? ??水? 又 ： %???? oa xx %???? wb xx )()()( 222oowwoowwoowwoooowwwwowvxvxvxvxvxvxvxvxvxvx????????????????????????????? )( )(2????? ?? = 8 1 7 )lg ( 2 ?????? owB ?? ???????? ????????? 3/23/2)(wwoo vqvTqQ ?? ?????? ??????? 3/23/2 ?? 02 ???????? QBA )lg( 2soswA ?? ???? 1???? sosw ?? 聯(lián)立解得： ?sw? ?so? 4/14/14/14/14/12 ??????????? osowswm ????? 則： ?m? 氣液相流量換算 精餾段： L= 1ML =123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 1L? = kg/ 3m 1V? = kg/ 3m 則：質(zhì)量流量： skgLLML / 4 7 ???? skgVVMV / 2 0 ???? smLLLS / 3111 ??? ? smVVVS / 3111 ??? ? （取小點(diǎn)） 提餾段 : L? = kmol/s V? = kmol/s 2ML = kg/kmol 2MV = kg/kmo L2? = kg/ 3m V2? = kg/ 3m skgLLML / 7 4 ????? skgVVMV / 2 0 8 ????? smLLLS /02 6 3222 ??? ? smVVVS / 3222 ??? ? （取小點(diǎn)） 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 第 五 章 塔徑及塔的校核 塔徑的計(jì)算 精餾段 塔徑計(jì)算 ： 橫坐標(biāo)：液氣動(dòng)能參數(shù)： 0 3 ) 8 8( 2 6 )( 2/12/11111 ???? VLSSVL ?? 選取 : 板間距 mHT ? mhL ? 則： LT hH ? = 圖 51 史密斯關(guān)聯(lián)圖 Figure 51 Smith Relationships 查圖可知： ?C 校正： 1 4 )20 (1 4 )20( 20 ???? ?CC VLV?? ??? ma xC 123大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 muVDsmuusmCuSVVL//11m a x1m a x