【正文】 ..........................................................................................................38第五章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 ...................................................................................................................40結(jié)束語 .............................................................................................................................................42參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................................43主要符號說明 .................................................................................................................................44附 錄 .............................................................................................................................................46 1摘 要化工生產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。本次設(shè)計(jì)的篩板塔是化工生產(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)備的工藝條件圖等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：乙醇、水、精餾段、提餾段、篩板塔。生產(chǎn)中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精餾過程在能量劑的驅(qū)動下（有時(shí)加質(zhì)量劑） ，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)，近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比率較少。精餾是典型的化工操作設(shè)備之一。 3第一章 緒 論167。它是基本有機(jī)化工及中間體的原料，還是一種重要的有機(jī)溶劑，在交通運(yùn)輸、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等方面都占有重要地位。發(fā)酵法有糧食發(fā)酵法、木材水解發(fā)酵法、亞硫酸鹽廢堿液法；水合法有乙烯間接水合法和乙烯直接水合法。 發(fā)酵法發(fā)酵法的基本原理是將各種含糖（雙糖） 、淀粉（多堂） 、纖維素（多羧基糖）的農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品及野生植物經(jīng)水解（即糖化） 、發(fā)酵等過程，使雙糖轉(zhuǎn)化為單糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇的方法。具體反應(yīng)原理如下：1. 糧食發(fā)酵法糧食發(fā)酵法是最早發(fā)明的乙醇生產(chǎn)方法，該法至今仍被采用，特別是飲用酒均采用此法，其基本原理是將葡萄糖（ ）在有能引發(fā)發(fā)酵的物質(zhì)的物質(zhì)存在的情況下，經(jīng)蒸餾、612OHC糖化等階段而轉(zhuǎn)化成乙醇。然后再進(jìn)入制醇的發(fā)酵階段。這種乙醇通常稱作亞硫酸鹽乙醇。 總之，發(fā)酵法由于受到原料來源限制和乙醇成本高的原因，其發(fā)展就受到限制，同時(shí)這種方法也不適應(yīng)大規(guī)模的乙醇生產(chǎn)。前者具有效率高、單體轉(zhuǎn)化率高、原料要求不苛刻、反映溫度壓力不高等優(yōu)點(diǎn)；后者技術(shù)先進(jìn)，工藝流程合理，原料來源豐富，經(jīng)濟(jì)合力。直接法不需要消耗硫酸，工藝流程簡單，其基建費(fèi)用、產(chǎn)品成本亦比間接法低。具體反應(yīng)原理如下：1. 乙烯間接水合法： 2243223225242CHSOCHSOSS???????第 一 步 ：或 （ ）第 二 步 ：（ ）2. 乙烯直接水合法：乙烯直接水合法（一步法）是將乙烯和水在催化劑、高溫、加壓條件下直接加成得到乙醇的方法： 242 2530780CHOCHOC??。 設(shè)計(jì)方案乙醇和水的混合液是使用機(jī)泵經(jīng)原料預(yù)熱器加熱后，送入精餾塔。塔釜采用直接蒸汽（℃的水蒸汽）加熱，塔底廢水經(jīng)冷卻后送入貯槽。 設(shè)計(jì)思路全塔物料衡算求理論塔板數(shù)氣液相負(fù)荷計(jì)算篩板塔設(shè)計(jì)流體力學(xué)性能校核 6 167。 全塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 產(chǎn)品濃度的計(jì)算和進(jìn)料組成確定1. 料液及塔頂塔底產(chǎn)品含苯摩爾分率：由原料來自粗餾塔為 95℃～96℃飽和蒸汽，查表得 xF=，進(jìn)塔原料為 90℃，查乙醇水汽液平衡圖可得 xe=，y e=。?3. 由于任務(wù)書說給的操作大氣壓為 安托因方程 ,且由亨利定理可得 .0log273BpATC??00ABPxP??:總A B C乙醇 水 ().(.6)0.(???????????::三式聯(lián)立可得: 時(shí)1Ax? 8T1=當(dāng) xB=1 時(shí)T2=從 ℃到 ℃間取十點(diǎn)T=[, , ,]xa=[, ,，]ya=[, , , ,] 9我將其設(shè)置為理想狀態(tài) q 線方程的確定：由任務(wù)書可知,原料來自出餾塔,為 95~96℃??在 時(shí)水和乙醇得飽和蒸汽壓由安托因方程可得:().????:XF=yA=進(jìn)料溫度為 90℃Xe=,ye=由于假定為理想狀態(tài) ???1,?為 過 冷 進(jìn) 料 此 時(shí) 進(jìn) 料 得 溫 度 低 于 泡 點(diǎn) 10 平均相對揮發(fā)度的計(jì)算當(dāng)氣體服從道爾頓分壓定律時(shí)，由式 得到相對揮發(fā)度 如表 21：/ABiyx??i?表 21 不同溫度下的相對揮發(fā)度數(shù)值：序號 1 2 3 4 5αi 序號 6 7 8 9 10αi 序號 ??????: 最小回流比和適宜回流比的選取1. 最小回流比的計(jì)算：在設(shè)計(jì)條件下，如選用較小的回流比，兩操作線向平衡線移動，達(dá)到指定分離程度（x D,xW）所需的理論板數(shù)增多。???2. 確定合適的回流比：為了確定適宜回流比，由捷算法初算初 R 值，作出回流比與理論塔板數(shù)的對照表。 物料衡算由：和 0.????? 0(1)()FDWSxyxVRqF?????????? ??總 物 料 衡 算 ： 易 揮 發(fā) 組 分 物 料 衡 算 ：直 接 蒸 汽 加 熱 ： 11得：(.)(6)FSWWVDF???????????從而由附錄“C 程序 2：物料衡算及逐板法求理論板數(shù)”計(jì)算得： ????????? 精餾段和提餾段操作線精餾段操作線方程： 11???提餾段操作線方程： ???? 逐板法確定理論板數(shù)對于二元精餾體系采用的數(shù)值法為逐板計(jì)算法，通常從塔頂開始計(jì)算：精餾段操作線方程： 11???DnnxRy相平衡方程： =??代入 得 yx???)(代入①???y反復(fù)計(jì)算得：x2= y3= x3= y4= x4= y5= x5==xq 12∴第 5 塊為加料板同理由提餾段操作線方程： 逐板算得：1???nnwWyxSy24=x24== wx又 matlab 程序得下圖（間程序附錄） 全塔效率由安托因方程計(jì)算可求得： 塔頂 tD=℃，塔底 00(1).92AdBdPxx???:tW=℃則塔平均溫度: ℃。 μ B=則該溫度下進(jìn)料液相平均粘度為:μ m= A+()μ B = + ?? =???精餾段: ，取 11 塊；39。 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 操作壓強(qiáng) P塔頂壓強(qiáng)：P D=,取每層塔板壓降 ΔP= 則進(jìn)料板壓強(qiáng)：P F=+ 11=?塔釜壓強(qiáng)：P W=+ 35=精餾段平均操作壓強(qiáng): ???提餾段平均操作壓強(qiáng): 操作溫度 T純組分乙醇、水的飽和蒸汽壓可用安托因（Antoine）方程求算，即：計(jì)算結(jié)果：進(jìn)料板溫度 t F=℃ 塔頂溫度 t D=℃ 塔釜溫度 t W=℃則精餾段的平均溫度 : Tm 1=(+)/2=℃則提餾段的平均溫度 : Tm 2=(+)/2=℃ 塔內(nèi)各段氣、液兩相組分的平均分子量乙醇分子量為 MA=,水分子量 MB= 由公式：M=ΣX imi： X D=Y1=,X1=則氣相平均分子量為：M VD = YD1M1+YD2M = +()=液相平均分子量為： M LD = XD1M1+XD2M2 =+(1)=： X F=,YF= 則氣相平均分子量為：M VF=YF1M1+YF2M2 =+()=液相平均分子量為： MLF=XF1M1+ XF2M2 = +()= 15： Y w=,Xw=則氣相平均分子量為：M Vw = YwM1+(1Yw)M2= +()= 液相平均分子量為： M Lw = Xw M1+(1Xw)M2 =+(1)=則精餾段的平均分子量 氣相： M vm1= = =?液相： M Lm1= = =?則提餾段的平均分子量 氣相: Mvm2= = =?液相： M Lm2= = =? 精餾段和提餾段各組分的密度 ρ lm由式 可求相應(yīng)的液相密度。m3，ρ L，B =m3，ρ L，B =m3，ρ L，B =m1，σ B=m1，σ B=m1，σ B=46℃，μ LA=，μ LB=μ LD=+()=：t F=℃，μ LA =，μ LB = 17μ LF=+()=：t W=℃，μ LA=，μ LB =μ Lw=+()=則精餾段平均液相粘度： μ LM1= =.?則提餾段平均液相粘度： μ LM2= = 氣液負(fù)荷計(jì)算1)