1、 乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 1 -（一）设计方案的确定本设计任务为乙醇-水混合物。设计条件为塔顶常压操作，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中 50 多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业中称为精馏。物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只是很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。本次设计的精馏塔用板式塔，内部装有塔板、降液管、各种物料的进出口及附属结构（如全凝器等） 。此外，在塔板上有时还焊有保温材料的支撑圈，为了方便检修，在塔顶还装有可转动的吊柱。塔板是板式塔的主要构
2、件，本设计所用的塔板为筛板塔板。筛板塔的突出优点是结构简单造价低，合理的设计和适当的操作能使筛板塔满足要求的操作弹性，而且效率高，并且采用筛板可解决堵塞问题，还能适当控制漏液。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属不易分离物系，最小回流比较小，采用其 1.5 倍。设计中采用图解法求理论塔板数，在溢流装置选择方面选择单溢流弓形降液管。塔釜采用间接蒸汽加乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 2 -热，塔顶产品经冷却后送至储罐。（二）精馏塔的物料衡算1.原料液及塔顶、塔底产品的摩
3、尔分率乙醇的摩尔质量 M 乙醇 =46kg/kmol纯水的摩尔质量 M 水 =18kg/kmolxF= =0.17418/65.04/35.0/.xD= =0.779/./9.xW= =0.00246/95.018/05.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.1744618(1-0.174)= 22.872 kg/kmolMD=0.7794618(1-0.779)= 39.812 kg/kmolMW=0.0024618(1-0.002)= 18.056 kg/kmol3.物料衡算D= =167.454 kmol/h302481.39F=D+WFxF=DxD+WxW解得 F=756.
4、464kmol/h W=589.01 kmol/h乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 3 -（三）塔板数的确定1.回流比的选择由任务书提供的乙醇-水物系的气液平衡数据绘出 x-y图； 由于设计中选用泡点式进料，q=1，故在图中对角线上自点 a（x D,xD）作垂线，与 Y 轴截距 oa=xD/(Rmin+1)=0.415即最小回流比 Rmin=xD/oa-1=0.877取比例系数为 1.5，故操作回流比 R 为R=1.50.877=1.316乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 4 -2.精馏塔的气液相负荷的计算L=RD=1.316167.454=220.369 kmol/hV=L+D=(R+1)D=2.3
5、16167.454=387.823 kmol/hL=L+qF=220.369+756.464=976.833 kmol/hV=V+(q-1)F=V=387.823 kmol/h3.操作线方程精馏段操作线方程为y= x+ xD= x+ 0.7791R136.361即：y=0.568x+0.336提馏段操作线方程为y= x- xWFqDR)1()(FqDR)1()(= x- 0.0021.36*7.45+*6.4()756.47.54(3)*即：y=2.519x-0.0034.采用图解法求理论塔板数乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 5 -总理论塔板层数 N T=13进料板位置 NF=第 10 层5.全
6、塔效率的计算查上图可知，t D=78.43 oC tW=99.53 oCt 平均 = tD tW =88.35 oC塔顶 P 乙醇 =101.749 KPa P 水 =44.607 KPa 顶 =2.281塔底 P 乙醇 =222.502 KPa P 水 =99.754 KPa 底 =2.231 平均 = 顶 底 =2.256平均温度下 A=0.38 mPas B=0.323 mPas L=xA A+(1-xA) B=0.0790.38+(1-0.079)0.323=0.327 mPas查蒸馏塔全塔效率图，横坐标为 平均 L=0.738可查得 ET=526.实际板层数求取精馏段实际板层数 N
7、精 =9/0.52=17.3118提馏段实际板层数 N 提 =4/0.52= 7.698（四）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 6 -1.操作压力计算塔顶操作压力 PD=101.3 KPa单板压降P=0.7 kPa进料板压力 PF=0.718+101.3=113.9 kPa塔底操作压力 PW=101.3+0.726=119.5 kPa精馏段平均压力 Pm=(101.3+113.9)/2=107.6 kPa压力 Pm=(113.9+119.5)/2=116.7 kPa2.操作温度计算计算全塔效率时已知塔顶温度 tD=78.43 oC进料板温度 tF=83.75 o
8、C塔底温度 tW=99.53 oC 精馏段平均温度tm=(tD+tF)/2=(78.43+83.75)/2=81.09 oC提馏段平均温度tm=(tW+tF)/2=(99.53+83.75)/2=91.64 oC3.平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算 由 xD=y1=0.779 查上图可得 x1=0.741MVDm=0.77946+(1-0.779)18=39.812 g/molMLDm=0.74146+(1-0.741)18=38.748 g/mol进料板平均摩尔质量计算 t f=83.74 oC乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 7 -由 yF=0.518 查上图可得 xF=0.183MVFm
9、=0.51846+(1-0.518)18=32.504 g/molMLFm=0.18346+(1-0.183)18=23.124 g/mol精馏平均摩尔质量MVm=( MVDm+ MVFm)/2=36.158 g/molMLm=( MLDm+ MLFm)/2=30.936 g/mol4.平均密度计算气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即 Vm= = =1.321 kg/m3RTPMv )15.27309.81(34.67液相平均密度计算液相平均密度依 1/ Lm= i/ i计算塔顶液相平均密度计算tD=78.43 oC 时 乙醇 =740 kg/m3 水 =972.742 kg/m3 LD
10、m= =758.14 kg/m3)742.9/1.074/9.0(进料板液相平均密度计算tF=83.75 oC 时 乙醇 =735 kg/m3 水 =969.363 kg/m3 LFm= =868.554 kg/m3)36.9/6.0735/64.0(1乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 8 -塔底液相平均密度计算tW=99.53 oC 时 乙醇 =720 kg/m3 水 =958.724 kg/m3 LWm= =957.137 kg/m3)724.958/.072/05.(1精馏段液相平均密度计算 Lm=( LFm+ LDm)/2=(758.14+868.554)/2=813.347 kg/m3提
11、馏段液相平均密度计算 Lm=( LFm+ LWm）/2=(957.137+868.554)/2=912.846 kg/m35.液体平均表面张力计算液体平均表面张力依 Lm=x i i计算塔顶液相平均表面张力计算tD=78.43 时 乙醇 =62.866 mN/m 水 =17.8 mN/m LDm=0.77917.8+0.22162.886=84.446 mN/m进料板液相平均表面张力计算tF=83.75 时 乙醇 =61.889 mN/m 水 =17.3 mN/m LFm=0.18317.3+0.81761.889=53.729 mN/m塔底液相平均表面张力计算tW=99.53 时 乙醇 =5
12、8.947 mN/m 水 =15.9 mN/m LWm=0.00515.9+0.99558.947=58.732 mN/m精馏段液相平均表面张力计算乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 9 - Lm =(84.446+53.729)/2=69.088 mN/m提馏段液相平均表面张力计算 Lm =(58.732+53.729)/2=56.231 mN/m6.液体平均粘度计算液体平均粘度依 lg Lm=x ilg i计算塔顶液相平均粘度计算tD=78.43oC 时 乙醇 =0.364mPas 水 =0.455 mPaslg LDm=0.779lg(0.455)+0.221lg(0.364)=-0.363
13、LDm =0.436 mPas进料液相平均粘度计算tF=83.75 oC 时 乙醇 =0.341mPas 水 =0.415 mPaslg LFm=0.183lg(0.415)+0.817lg(0.341)=-0.452 LFm=0.353 mPas塔底液相平均粘度计算tW=99.53 oC 时 乙醇 =0.285mPas 水 =0.335 mPaslg LWm=0.002lg(0.335)+0.998lg(0.285)=-0.544 LWm=0.285 mPas精馏段液相平均粘度计算乙醇水连续精馏筛板塔设计 - 10 - Lm=(0.436+0.353)/2=0.395 mPas提馏段液相平均
14、粘度计算 Lm=(0.285+0.353)/2=0.319 mPas（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1.塔径的计算精馏段的气液相体积流率为VS= =2.949 m3/s360MLS= =0.0023 m3/s查史密斯关联图，横坐标为( ) = ( ) 1/2=0.0196 VhLvl 2194.0321.478取板间距 HT=0.45m ，板上液层高度 hL=0.06m ，则 HT-hL=0.39m 查图可得 C20=0.08由 C=C20( )0.2=0.08(69.088/20)0.2=0.10320umax=C ( L- V)/ V =2.554 m/s取安全系数为 0.7，则空塔气速为u=0.7umax=1.788 m/sD= 4Vs/u= =1.39 m78.1/4.3/9.2*4按标准塔径元整后 D=1.4 m塔截面积 AT=(/4)1.4 2=1.539
