年产25000吨工业乙醇浮阀精馏塔设计课程设计.docx

1 概述与设计方案简介 本设计任务为分离乙醇和水的混合物。对二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上身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入储罐。该物系属不易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 2 工艺计算 2.1 Rmin的确定 乙醇-水体系为非理想体系，其平衡曲线有下凹部分，当操作线与q线的交点尚未落在平衡线之前，操作线已与平衡线相切，如图1所示。为此恒浓区出现在切点附近。此时 Rmin 可有点（xD,xD）向平衡线做切线的斜率求得。 图 图 SEQ 图 \* ARABIC 1最小回流比下操作线 Rmin Rmin+1= 85.98-29.2585.98-3.86 求得 Rmin=2.2337。所以，R=1.6 Rmin=3.574。 由于物料采用泡点进料，q=1，则 qn,V’=qn,V =qn,V0 =(R+1)qn,D =4.574 qn,D Qn,L’ =qn,L +qn,F 2.2 物料衡算 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数如下：乙醇的摩尔质量MA =46kg/kmol，水的摩尔质量MB =18kg/kmol，则 xF =(0.25/46)/(0.25/46+0.75/18)=0.1154 xD =0.94/460.9446+0.06/18=0.8598 qn,D =25000[0.8598×46+(1-0.8598)×18]=74.273kmol/h 由设计要求乙醇回收率为99%，故 99%=qn,D×xDqn,F×xF 得qn,F=qn,D×xD99%=558.97kmol/h 又qn,V= (R+1)qn,D =4.574×74.273=339.724kmol/h 由全塔物料衡算 qn,F+qn,V= qn,D + qn,W 故 qn,W= qn,F+qn,V-qn,D=558.97+339.72-74.27=824.42 kmol/h qn,F×Xf + qn,V0×y0= qn,D×xD+ qn,W×Xw 得 xw =558.97×0.1154-74.27×0.8598824.42=0.00079 2.3塔板数的确定 2.3.1负荷 qn,L =R qn,D =3.574×74.27=265.44 kmol/h qn,L’ =qn,L +qn,F =265.44+558.97=824.41 kmol/h qn,V= qn,V0=339.72 kmol/h 2.3.2回收率 由设计要求，塔顶乙醇的回收率为99%，塔底水的回收率为 H=(qn,W (1-xW)- qn,V0)/(qn,F (1-xF))=824.42×1-0.00079-339.72558.97×(1-0.1154)=98.03% 2.3.3操作线方程 精馏段操作线: Y=RR+1x+1R+1xD ,即 y=3.5743.574+1x+13.574+1×0.8598=0.7814x+0.188 提馏段操作线： Y’=WV0X'-WV0XW=824.42339.72X'-824.42339.72×0.00079 =2.4268X'-0.0019 2.3.4 用图解法求理论板数（见附图） 总理论板数NT =25（不包括再沸器） 进料板位置NF =22 精馏段理论板数N精 =21 提馏段理论板数N提 =4 2.3.5 实际板层数的初步求取 设ET =54%，则 精馏段实际板数N精 =21/54%=39 提馏段实际板数N提 =4/54%=7 NP =N精+N提=46 2.3.6 塔板总效率估算 2.3.6.1 操作压力计算 塔顶操作压力PD =101.325 kPa 每层塔板压降△P=0.7 kPa 塔底操作压力PW =PD +△P×46=133.525 kPa 2.3.6.2 操作温度的计算 乙醇和水的饱和蒸汽压均用安妥因方程计算，并通过试差法计算。 乙醇的安托因方程为： ㏒P=A-BC+t(P/kPa,t/℃)，其中A=7.33827，B=1650.05， C=231.48。 水的安托因方程为： ㏑P=A-Bt+C+273.14(P/kPa,t/℃), 其中A=16.37379，B=3876.659， C=-43.42。 试差过程见表1和表2。 表 S