【正文】 ……………………………………… … ………………… 28 結(jié)束語(yǔ) …………………………………………………………………… ………………… 28 附錄 ……………………………………………………………………………………… … 29 附圖 ……………………………………………………………………………………… … 31 摘 要 利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同來(lái)分離其各液體 組分的操作稱為蒸餾，反復(fù)多次蒸餾的過(guò)程稱為精餾，實(shí)現(xiàn)精餾操作的塔設(shè)備稱為精餾塔。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作化工原理課程設(shè)計(jì) 5 特性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過(guò)程中的各種參數(shù)是非常重要的。 目前用于氣液分離的傳質(zhì)設(shè)備主要采用板式塔。本課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)水 乙醇混合液浮閥精餾塔。 本次設(shè)計(jì)的浮閥 塔是化工生 產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 精餾設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 —— 物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工 藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備裝置 圖等內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：精餾、乙醇 水、浮閥塔、 傳質(zhì)分離 第一章 緒 論 設(shè)計(jì)背景 乙醇的用途很廣。不同濃度的乙醇可以用來(lái)作化工原理課程設(shè)計(jì) 6 為消毒劑。 要想把低純度的乙醇水溶液提純 到高純 度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行 ，塔內(nèi)裝有若干層塔板或充 填一定高度的填料。可知，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(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。發(fā)酵法的原料可以是含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品，如谷類、薯類或野生植物果實(shí)等；也可用制糖廠的廢糖蜜；或者用含纖維素的木屑、植物莖稈等。 發(fā)酵液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 6%~10%，并含有其他一些有機(jī)雜質(zhì)，經(jīng)精餾可得 95%的工業(yè)乙醇。首先，將乙烯在一定溫度、壓力條件下通入濃硫酸中，生成硫酸酯，再將硫酸酯在水解塔中加熱水解而得乙醇，同時(shí)有副產(chǎn)物乙醚生成。 ② 乙烯直接水化法，就是在加熱 、 加壓和有催化劑存在的條件下，是乙烯與水直接反應(yīng)，生產(chǎn)乙醇： CH2═CH 2 + H─OH→C 2H5OH（該反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步是與醋酸汞等汞鹽在水 四氫呋喃溶液中生成有機(jī)汞化合物，而后用硼氫化鈉還原）此法中的原料 — 乙烯可大量取自石油裂解氣，成本低，產(chǎn)量大，這樣能節(jié)約大量糧食，因此發(fā)展很快。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程 （ 精餾是利用物質(zhì)沸點(diǎn)的不同，多次進(jìn)行混合蒸汽的部分冷凝和混合 液的部分蒸發(fā)的過(guò)程，以達(dá)到分離目的） 。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 浮閥塔與 20世紀(jì) 50 年代初期在工業(yè)上開(kāi)始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和 浮閥 塔的優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔型，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)果簡(jiǎn)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，才用輕閥。 操作彈性大。 氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小。浮閥塔不宜處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)，但對(duì)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。在較大的氣、液負(fù)荷或波動(dòng)時(shí)，仍能維持較高的傳質(zhì)速率。（ 3）能提供足夠大的相間接觸面積，使氣、液兩相在充分接觸的情況下進(jìn)行傳質(zhì)，達(dá)到高的分離效率。（ 5）不易堵塞，容易操作，便于安裝、調(diào)節(jié)和檢修。此時(shí) Rmin可由 點(diǎn)（ xD,xD） 向平衡線做切線的截距 求得 。 化工原理課程設(shè)計(jì) 10 0204060801001200 20 40 60 80 100 120y /%x /% 圖二 求理論塔板層數(shù)的圖解法 求解結(jié)果為： 總理論板層為 NT = 19 (不包括再沸器 ) 精餾段的理論板層數(shù) N 精 = 14 提留段的理論板層數(shù) N 提 = 5（包括進(jìn)料板） 進(jìn)料板位置的確定 由圖二可知： 進(jìn)料板位置 NF = 15 實(shí)際板層數(shù)的 初步 求取 設(shè) ET = 54% 則 精餾段實(shí)際板 層數(shù) N 精 = 14/ = 26 提留段實(shí)際板層數(shù) N 提 = 5/ = 9 總實(shí)際板層數(shù) Np = N 精 + N 提 = 35 塔板總效率估算 （ 1） 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 pD = p 當(dāng)?shù)? + p 表 = + 4 = kpa 每層的塔板壓降 △ p = kpa 塔底的操作壓力 PW = PD + 35 = kpa （ 2） 操作溫度計(jì)算 ① 塔頂溫度 設(shè) 塔頂溫度為 tD= ℃ 化工原理課程設(shè)計(jì) 11 由乙醇的 Antoine 方程 lgPA* = – (t+) (a) 由水的 Antoine 方程 lgPB* = – (t+) (b) 以及 P = PA* xA + PB* (1xA) (c) 由（ a）、 (b) pA* = KPa pB* = KPa 代入 (c)中 )1( ABAA xPxPP ??? ?? = xD + (1 xD ) = KPa p(塔頂操作壓力 ) p = = ( 1%) 所以假設(shè)成立。 ③ 平均溫度 tm = ( +)/2 = ℃ （ 3） 黏度的計(jì)算 在 tm = ℃時(shí)，查得 181。B = 則 181。i = +(1 ) = （ 4） 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 塔頂相對(duì)揮發(fā)度 α D = PB,D/PH20 = 塔底相對(duì)揮發(fā)度 α W = PB,W/PH20 = 平均相對(duì)揮發(fā)度 α = WD?? = （ 5） 塔板總效率的估算 根據(jù) E′ T = （α 181。 化工原理課程設(shè)計(jì) 12 實(shí)際板層數(shù)的確定 取塔板實(shí)際總效率 ET = 則 精餾段實(shí)際板層數(shù) N 精 = 14/≈ = 26 提留段實(shí)際板層數(shù) N 提 = 5/ ≈ = 9 實(shí)際總板數(shù) Np = 35 第三 章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力 塔頂操作壓力 pD = p 當(dāng)?shù)? + p 表 = + 4 = kpa 每層的塔板壓降 △ p = kpa 進(jìn)料板壓 力 PF = + 26 = kpa 精餾段平均 壓力 Pm = ( + ) / 2 = kpa 操作溫度 依據(jù)操作壓力，由于泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中乙醇和水的飽和蒸汽壓由安托尼方程式計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下（塔頂溫度計(jì)算過(guò)程見(jiàn) ②，這里不再重復(fù)計(jì)算） 設(shè) 進(jìn)料板 溫度為 tW = ℃ 由乙醇的 Antoine 方程 lgPA* = – (t+) (a) 由水的 Antoine 方程 lgPB* = – (t+) (b) 以及 P = PA* xA + PB* (1xA) (c) 由（ a）、 (b) pA* = pB* = 代入 (c)中 )1(** ABAA xPxPP ??? = xF + (1 xF ) = KPa p(塔頂操作壓力 )p = = ( 1%) 所以假設(shè)成立。 由 tF = ℃ , 查手冊(cè)得ρ 水 = kg/m3,ρ 乙醇 = kg/m3 化工原理課程設(shè)計(jì) 14 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ω A =（ 46） /( 46 + 18) = 則 ρ LFm = 1/(+ ) = kg/m3 （ 3） 塔底液相平均密度 塔底 平均密度。max = C VVL ??? /)( ? 計(jì)算。 Af/AT = Wd/D = 故 Af = = = m3 Wd = = = m 驗(yàn)算 液體在降液管中停留的時(shí)間，即 θ =（ 3600ATHT） / L = (3600 )/(3600 104) = (5s) 故將液管得設(shè)計(jì)合理 降液管底隙高度 0h h0 = L/( 3600wl u0′ ) 取 u0′ = ,則 化工原理課程設(shè)計(jì) 17 h0 =（ 3600 ） /（ 3600 ） = hW h0 = = () 故降液管底隙設(shè)計(jì)合理。 )R2sin1(x/R)) R = D/2 – W0 = X = D/2 – (Wd + Ws) = （ +） = Aa = 2( 2