分离乙醇与水混合液浮阀精馏塔设计

1、山西太钢不锈钢无缝钢管有限公司5万吨不锈钢无缝钢管技术改造工程NO.1辊底式热处理炉施工组织设计编制单位：编 制 人：审 核 人：编制日期：2008年12月目 录一、编制依据二、工程概况及特点三、施工前的准备四、施工组织体系五、施工方法六、施工质量及保证措施七、安全施工及保证措施八、施工进度九、附图十、附表一、编制依据1、 太钢不锈钢无缝钢管技改工程辊底式热处理炉设计图纸；2、 国家相关规范及标准；3、 施工合同。二、工程概况1.施工范围1）现场制作、安装部分：烟囱钢结构、空煤气管道、压缩空气管道、放散管道（包括阀门）、冷却水管道（包括阀门）、操作平台、润滑管道、仪表电气等。2）调试：严格按照

2、图纸要求及标准制造，进行调整、调试，完成设备的冷调及冷联动调式。3）烘炉：负责烘炉及烘炉过程的调整工作。2施工工期2009年1月1日开始施工，2009年3月28日完成热负荷试车(详见施工进度表。具体施工日期以开工报告为准。3工程特点 太钢不锈钢辊底式热处理炉施工工期较短，需要短期投入大量的人力和物力进行施工。 冬季施工安装，施工安装有一定的难度。 电气控制系统的技术含量较高。 现场制作安装的工程量较大，在施工时存在较多的交叉作业。三、施工前的准备工作1、 施工前积极准备和参加好由甲方组织的技术交底，认真贯彻落实交底 中提出的问题，把各种问题解决在工程施工之前；2、 施工前进行图纸会审，图纸会审

3、形成纪要；3、 工程施工前必须进行技术交底，未进行技术交底的工程不得开工；4、 在施工进场前一个月，派员到现场进行实地勘查，根据实际条件确定安装所需的设备、工器具及人员的配备。并对所需用的各种施工、测量仪器、仪表、机具、量具进行检验维护。提前安排好施工人员的食宿条件及必要的通讯条件；5、 组织工程技术人员、管理人员、作业班长、生产骨干对图纸进行消化理解，组织施工交底，制订合理的安装方案，以确保工程进度和质量；6、 根据土建单位提供的资料，对基础进行复测，检查确认基础是否具备机械设备安装条件。确定纵轴线、横轴线、炉子中心线；7、 根据建设单位提供的0，对各区基础标高进行复测，允许误差为-20mm

4、；8、 复测直埋螺栓的标高和坐标位置，螺顶部标高允差为+20mm；同组螺栓的中心距误差为2mm；任意螺栓相对轴线的允许误差不得超出规范要求；9、根据设计要求检测所需电缆的规格、数量及质量应符合设计要求；10、管理人员安排名 称岗 位数 量项目经理部项目经理；项目总工程师共2名工程技术部机械、电气、结构、砌筑工程师共4名质检站质量员 共1名安监站安全员共1名物资部物资采购、保管员、设备员； 共3名合计共11名11、施工人员计划名 称数 量名 称数 量管工4电焊工4钳工4电工8起重工2铆工4筑炉30司工2油漆工3普工6合计6712、主要施工机械供应计划序号机具名称型号或规格数量单位备 注1. 电焊

5、机6台2. 氩弧焊机2台3. 半自动火焰切割机1台4. 砂轮切割机2台5. 角向砂轮机6台6. 搅拌机2台7. 电锤2把8. 千斤顶2只9. 手拉葫芦5只10. 国产经伟仪1台11. 框式水平仪2架12. 条式水平仪5架13. 自动安平水准仪DSZ2+FS11台14. 钢卷尺50米、100米各2把15. 手枪钻2把16. 万用表6台17. 接地电阻测量摇表1台18. 配电柜1台13、 施工临时供电（由甲方提供所需容量）：序号名 称数 量功 率合 计1电焊机630.6(KVA183.6KVA2氩弧焊机210(KVA20(KVA3半自动火焰切割机11.1(KW1.1(KW4砂轮切割机20.55(K

6、W1(KW5角向砂轮机60.53(KW4.8(KW6手提砂轮机20.62(KW1.24(KW7电钻20.43(KW0.86(KW8电锤20.62(KW1.24(KW9手枪钻20.12(KW0.24(KW10电动液压弯管机20.75(KW1.5(KW11强力搅拌机23(KW6(KW12照明201（KW）20(KW所需容量约需242KVA14、技术准备现场总工程师组织技术人员熟悉图纸，编制主要安装工程的施工方案和关键工序的作业指导书。15、材料准备1）设备进场及材料供应合作制造的设备件应在安装前到货。 耐火材料：定形耐火材料应在安装前到货，不定形耐火材料的供货进度由双方在现场商定。设备部分到站后，

7、由我方组织搬运，按照安装顺序，尽力避免二次搬运供应人员应尽早制定出材料计划，组织好标准件外购、加工件委托以及辅材供给。材料进场应配合施工进度来进行，不得选购劣质产品；材料的合格证书明确、制造厂家明确、生产标准明确。随时接受建设单位监理人员的核查。有特殊规定的材料（如：高温电缆、耐热钢焊条、各类导线等等）必须选用国家许可生产的厂家产品。特殊的材料和设备（如：易损、怕湿、怕压）应妥善组织运输和保管，确保整个工程的质量。根据现场的条件，材料和设备的包装单元重量不易超过8吨，场地的周转量以50吨为宜。材料进场必须办理入库手序，在现场施工过程中，未经双方同意认可、批准，不得擅自更改材料及设备规格、型号。

8、如更改，应征得设计的同意。耐火材料进场后，必须做好防雨防湿措施，验看并保管好耐火材料的理化分析报告、产品合格证书，发现不合格产品及时向上级和有关人员报告。四、施工部署1）施工现场平面布置1#辊底炉位于4#厂房DE跨内，目前屋面及墙皮瓦还没施工，风机房等未施工完，场地还未平整好，行车未投入使用，现场场地有限，具体现场布置见施工现场平面布置图：2）施工组织体系框图：项目经理张仲文技术负责人胡昌兵施工员杨虎安全员王小斌质检员王学斌材料员余坤月设备员陈继英机械班杨宝福筑炉班黄秋迎仪电班古武华管道结构班刘烈斌五、施工方法1.基础检查安装人员进入现场后，应对施工现场的各种预留孔洞、预埋件的标高、位置、设备

9、基础等分别按设备图纸进行核对，确定纵、横轴线的基准。设备的安装水平基准要考虑与其相连的其它设备水平综合而定。测定设备的安装的基准点、沉降观测点、基准线和辅助线等。2.垫铁设置垫铁的安放位置：一般设备采用在靠地脚螺检的两侧安放垫铁的标准垫法；当设备地脚螺栓间距较近时，可采用在两根地脚螺栓之间只安放一组垫铁的十字垫法；当地脚螺栓间距较远时，除采用标准垫法外，还需采用在中间增加一组垫铁的辅助垫法；对大型设备可根据底座形状和地脚螺栓间距的大小，采用包括标准垫法、十了垫法和辅助垫法的混合垫法。每一垫铁组的垫铁块数越少越好，一般不宜超5块，其高度为50100mm，放置要平稳，接触要良好。设备找平、找正后，

10、每一垫铁组都有要被压紧，各垫铁间应相互点焊牢固；垫铁应露出设备底座外缘1050cm。3.设备灌浆基础灌浆应采用无收缩水泥或微膨胀水泥，标号636或等效的产品。基础表面应处理成毛面，无任何污物，油迹，杂质。地脚螺栓表面光洁无杂物，在灌浆期间应保持垂直和定位的精度。设备垫板应固定牢靠。灌浆前应确认设备的中心线，标高，水平均在图纸要求的允差内。灌浆后应及时填写基础灌浆记录，在48小时内随时进行复检。基础凝固期间应定期检查各种安装精度，随时进行调整。基础凝固期间，表面应保持湿润，经常浇水进行保养。4.设备开箱开箱时要用启钉器启钉，用撬杠均匀地撬开一面，将设备用吊车吊出或用铲车铲走，并派专人将木箱拆成木

11、板及棱条，以备后用。开箱后应首先检查设备是否完好、部件是否齐全，特别注意设备上的接管临时封口是否完备，否则应及时补上，以免灰尘进入。5.设备就位1） 就位前准备工作：仔细核对放线尺寸，待确认无误后，再进行设备就位；检查设备编号是否与工艺布置图上的编号相符；检查每台设备垫铁是否齐全、规格是否正确。2） 就位：设备用吊车或叉车拉到位置以后，用吊车吊起设备，调整好位置，加上垫铁完成就位。就位时，应注意尽量一次到位，不再调整。6.设备找正设备找正：以安装纵、横向基准线的中心标板为准，拉挂安装中心线，将设备中心线对准安装中心线，使安装的设备正确定位。设备找平：在设备上选定适当的加工部位作为水平测定面进行

12、找平作业。通过楔形垫铁或紧固地脚螺栓等方法调整设备的水平，利用平尺、框式水平仪，水准仪等进行水平测量和校验。调平方法采用自然调平，尽可有不进行强制调平。设备找标高：以设定的基准点为依据，在设备上选定适当的加工面作为标高测定面进行标高测定；对成组设备，利用基准点测定某一设备标高后，其余各设备可根据该设备测定。通过增减垫铁（片）或紧固地脚螺栓的方法调整设备的高度。台湾珍珠奶茶做法 炉辊的组装及安装12.7塔板负荷性能图 . 31大匙、蜂蜜 3根据安装基准线和炉辊轴承座外观尺寸，就位调整炉辊轴承座，找正找平后进行固定底座；然后的辊子就位，参照基准辊进行其他辊子的精度调整；辊子精度调整确认无误后，方可

13、进行辊道传送电机（带减速机）的就位和联轴节安装精度的调整；水冷炉辊旋转接头原则上应在辊道传送电机（带减速机）调整结束后进行。1辊子的安装工艺3.5 再沸器（包括热量衡算）的选择 . 42第四章 塔的机械设计 . 454.1选择材料 . 454.2地脚螺栓计算 . 45参考文献 . . 47附录 . . 48 附录1 A UTO CAD 法求最小回流比及理论塔板数 . 481 最小回流比的求取 . . 48结论与设计心得 . 55致 谢 . . 56年产50000吨乙醇水筛板精馏塔及附属设备设计作者 张绍勇 指导教师 蔡崇林摘 要：乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色

14、、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，广泛地应用于国民经济的许多部门, 近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势。但是由于乙醇-水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇。因此，研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常必要的。本设计基于精馏的原理，查阅乙醇-水体系的相关物性参数，对精馏装置进行设计. 而这一设计过程中的主要内容有:物料衡算，热量衡算，塔体工艺设计，塔板工艺设计，塔附属设备设计以及部分机械设计。关键词：乙醇-水；精馏塔设计；附属设备设计； 机械设计The design of Sieve distillation tower

15、 and Ancillary equipment(Ethanolwater is produced 50000tons/yearAbstract: Ethanol-water is one of the most common industrial solvents and important chemical raw materials,which is colorless,non-toxic, non-pollution,non-carcinogenic,and little corrosive. Due to its good physical and chemical properti

16、es ,Ethanol-water is widely used in many national economic sectors. In recent years, because of the rising prices of fuels, ethanol fuel is said to replace traditional fuels in future. but due to the ethanol - water system azeotropic phenomenon, it is difficult to produce high purity ethanol through

17、 common distillation .Therefore, It is essential to research and improve the distillation equipment of ethanol- water system.This article is based on the principle of Distillation, Access to some related physical parameters of ethanol - water system, This process of designing the main content Materi

18、al balance, energy balance, the tower of design, ancillary equipment design as well as some mechanical design,Key words : ethanol-water ；distillation tower design; Ancillary equipment design ；mechanical design第一章 综述1.1 绪论乙醇(ethanolthyl或alcohol 俗称酒精, 系醇类代表, 是一种无色透明易挥发和易燃的液体。其分子式C 2H 6O, 结构式CH 3-CH 2-

19、OH, 分子量46.07。历史上，关于蒸馏乙醇的最早描述者是MappaeClavicula 他在自己的记述中谈到了乙醇可以用作燃料和溶剂的情况。15世纪以前, 乙醇仅作为饮料和药剂。并非大量生产的化学品。18世纪末, 才首次有关于无水乙醇生产方法的报道。但真正的工业化乙醇生产是在19世纪末开始发展起来的, 到第二次世界大战期间发酵法生产乙醇达到了高峰。发酵法是经典的乙醇生产方法。在一个相当长的时期里, 它是许多国家乙醇的主要来源。目前在一些农副产品资源丰富的国家, 发酵法仍然是生产乙醇的主要方法。但是发酵法受到原料来源和成本高的限制，因此合成法逐渐兴起，自1923年起美国和前苏联同时开始了直接

20、水合法的研究。1945年, 美国壳牌化学公司把磷酸吸附在颗粒状硅藻土上, 制备成固体催化剂, 解决了直接水合法自1923年有报道以来一直没有实用价值催化剂的问题。并在1948年建成年产60kt 的乙醇工厂。50年代末, 原联邦德国维巴化学公司(Veba-Chemie在壳牌法基础上改进了催化剂, 发展为维巴公司自己的直接水合法技术。到60年代, 美国的伊斯特曼-柯达(EastmanKodak公司, 在水合工艺方面进行了改进, 发展成为伊斯特曼-柯达公司的直接水合法技术, 并在1972年建成一套年产200kt 规模的合成乙醇生产工厂。60年代后期, 苏联也广泛开展了直接水合法工艺的研究, 对水合催

21、化剂进行了改进和提高, 最后确定为磷酸-硅藻土催化剂,1970年, 苏联直接水合法制取乙醇的产量就已达600kt 左右, 占其乙醇总产量的55%左右。直接水合法制乙醇自40年代末期工业化以来, 经过不断发展, 目前已成为世界合成乙醇生产的主要方法。我国的乙醇工业是近50年代发展起来的行业。我国于1958年从前苏联引入年产20kt 的间法生产技术,1962年我国开展了直接水合法的研究工作, 到70年代建立起年产3kt 和50kt 的生产装置。合成乙醇工业是在80年代开始投入大规模的生产, 如吉化公司的乙烯合成乙醇年产能力已达120kt 。1949年我国乙醇年产量只有10kt, 而到1987年,

22、总产量超过1 000kt, 近几年的发展更是迅速,1994年我国的乙醇产量已突破2 000kt的大关 。乙醇广泛地应用于国民经济的许多部门, 它是许多化工产品不可缺少的基础原料和溶剂, 利用乙醇可以合成橡胶、聚氯议席、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、酯类、环氧乙烷等；它也是生产油漆和化妆品不可缺少的原料。在医药工业和医疗事业中, 乙醇用来配制提取医药制剂和作为消毒剂；染料工业, 国防工业等其他工业部门也大量使用乙醇；在食品工业中, 乙醇是配制各类白酒、果酒、葡萄酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料。随着能源短缺情况的日益严重，代用燃料得到广泛重视，乙醇作为一种可能的潜在能源而身价百

23、倍。在汽油中添加5%20%无水乙醇而成的汽油醇应运而生。另外，乙醇还可以作为抗爆剂添加到汽油中代替四乙基铅。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇-水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常必要的。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。蒸馏操作在化工

24、、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。而这一过程是借助板式塔设备实现的。塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。塔设备经过长期发展，形成了形式繁多的结构，但是长期以来，最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，加强了对筛板塔的科研工作，

25、提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等也都做了较多的研究，并推广应用于生产。其他如大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开孔率筛板、浮阀-筛板复合塔盘等多种塔型的试验工作也在进行，有些以取得了一定的成果或用于生产。乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。多年来，蒸馏工艺被认为是最经济的工业化

26、回收乙醇的方法。但是随着能源短缺情况日益严重，研究节能型蒸馏工艺和非蒸馏回收乙醇工艺已成为乙醇工业研究的重要课题。乙醇是在常温、常压下是一种无色、透明、有香味、易挥发的液体，熔点-117.3，沸点78.5，凝固点为-114.1密度0.7893g/cm3,能与水及大多数有机溶剂以任意比混溶。乙醇易燃, 它的爆炸极限为3.5%18%,闪点11, 使用时须注意安全。工业酒精含乙醇约95。含乙醇达99.5以上的酒精称无水乙醇。含乙醇95.6, 水4.4的酒精是恒沸混合液, 沸点为78.15，其中少量的水无法用蒸馏法除去。乙醇在化工、医药、染料、国防、食品等行业有不可或缺的重要应用。但是，无水乙醇作为燃

27、料的应用应该是21世纪最广泛的应用。工业上可以将无水乙醇与汽油按比例调和, 生产车用乙醇汽油。以发酵法生产的燃料乙醇具有和矿物质燃料相似的燃料性能, 其生产原料是生物质, 是一种可再生能源。此外, 乙醇燃料过程所排放的一氧化碳和含硫气体均低于汽油燃料, 所产生的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳基本持平, 这对减少对大气的污染及抑制温室效应意义重大。因此, 燃料乙醇也被称为“清洁燃料” 。燃料乙醇实现工业化生产始于巴西，巴西发展燃料乙醇基于两方面的考虑, 一方面是国内石油资源匮乏；另一方面是国内盛产甘蔗, 农业资源丰富。为了有效促进本国的经济发展, 减少能源的对外依赖程度。巴西通过

28、立法确立了用燃料乙醇替代汽油的发展方向。经过20多年的发展, 巴西已经成为燃料乙醇生产能力最大的国家9,2004年其生产量为146亿L(约合1 152万t 。同时, 目前巴西也是世界上燃料乙醇生产成本最低的国家, 约合0.2美元/L,汽油价格为0.60.7美元/L。燃料乙醇已经具备了相当的市场竞争力，从2001年开始巴西政府取消了对燃料乙醇的补贴, 由市场供求直接调节。美国应用燃料乙醇的经济政策始于1978年的联邦能源税收法案 , 当时美国政府为了鼓励乙醇汽油的使用, 免除乙醇汽油4美分/加仑(1加仑=3.785L的消费税。此后联邦政府对于乙醇汽油的消费税减免范围一直在46美分/加仑浮动。目前

29、美国燃料乙醇工业呈现出良好的发展势头, 燃料乙醇需求量剧增,2004年燃料乙醇的生产量达到34亿加仑(约合1014万t 。2005年8月8日, 美国出台的新能源法案 正式生效, 该法案提出:“到2012年, 要使每年利用燃料乙醇或生物燃料的数量达到75亿加仑”同时提出:“为了保护环境特别是地下水资源, 将在2014年12月31日以后禁止在汽油中使用甲基叔丁基醚(MTBE这种目前被世界各国广泛作为汽车燃油添加剂的化工产品”这些措施将进一步推动美国燃料乙醇产业的快速发展。欧盟燃料乙醇2004年的消耗量为175万t, 根据市场调查,2005年乙醇用于燃料市场的需求将有较大增长, 欧盟生物燃料计划将驱

30、动这一需求。近些年来, 农业生产快速发展, 粮食生产相对过剩, 库存增高。当前, 我国有陈粮2亿吨, 为保陈粮贮存, 每年须财政补贴100多亿元。国家在粮食生产和储备方面的负担日益严重。随着交通基础设施的完善，我国汽车工业快速发展，汽车保有量逐年增多，尾气污染日益严重，环境保护压力日渐增大。为了统筹解决我国经济发展中存在的上述问题，我国借鉴欧美等发达国家的成功经验，有组织的进行了燃料乙醇和车用乙醇汽油的研究和应用。由原国家计委牵头负责燃料乙醇和车用乙醇汽油的推广规划及项目建设，原国家经贸委负责车用乙醇汽油的试点及推广应用。按照国家先试点后推广的要求，河南、吉林、安徽、黑龙江等省燃料乙醇项目陆续

31、开工，并在河南省郑州、洛阳、南阳和黑龙江省哈尔滨、肇东5个城市进行车用乙醇汽油使用试点，试点取得成功经验后，在全国推广应用。从2001年开始，经过一年的试点，证明车用乙醇汽油无论在技术上还是在管理上都是可行的，且环境效应良好，社会经济效益显著。为了统筹燃料乙醇和车用乙醇汽油的发展和推广应用，国家发展和改革委员会制定了车用乙醇汽油“十五”专项规划 和燃料乙醇及车用乙醇汽油“十五”发展专项规划 ，并已着手相应的立法工作。表1 国内主要无水乙醇生产厂生产厂家河南天冠集团公司黑龙江华润公司吉林燃料乙醇有限公司安徽丰原公司 生产规模 50万吨燃料乙醇 乙醇22万吨(12万吨燃料乙醇 44万吨燃料乙醇 4

32、4万吨左右燃料乙醇 生产方式 发酵法 发酵法 发酵法 发酵法1.2 设计任务在如下设计条件下，进行筛板式连续精馏塔及其主要附属设备设计，并绘制主体设备图和工艺流程简图。表2 设计条件表 1.3 设计方案本设计任务为分离乙醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。精馏过程的流程设计如下：如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被

33、送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵, 有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。图1 板式精馏塔的工艺流程简图设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。具体如下：本设计中采用筛板塔。筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约 为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。 处理能力大，比同塔径的泡罩

34、塔可增加1015。塔板效率高，比泡罩塔高15左右。压降较低。缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。本设计采用常压精馏，用常压精馏可降低设备的造价和操作费用。其中塔顶压力为1.05325105Pa加料方式采用直接流入塔内。虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料本设计精馏过程采用蒸汽间接加热，在釜底设再沸器。塔顶设冷凝冷却器，将塔顶蒸气完全冷凝后再冷却到78左右回流入塔。塔顶通过回流比控

35、制器分流，馏出产品进入贮罐。本设计依据于精馏的原理（即利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足经济上的要求，保证生产安全的基础上， 对设计任务进行分析并做出理论计算。目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，此次设计采用精确计算与软件验算相结合的方法。第二章 塔板的工艺设计2.1 精馏塔全塔物料恒算F ：原料液流量（kmol /h ）x F ：原料组成（摩尔分数）乙醇 M A = 46.07kg/kmol 水 M B = 18.02 kg/kmolX F =0.35/M A 0.35/46.07=0.174

36、00.35/M A +(1-0.35 /M B 0.35/46.07+0.65/18.02X D =0.90/M A 0.90/46.07=0.77880.90/M A +(1-0.90 /M B 0.90/46.07+0.10/18.02X W =0.05/M A 0.05/46.07=0.02020.05/M A +(1-0.05 /M B 0.05/46.07+0.95/18.02原料液处理量 7510/(29024 F =M F35107/(29024=22.9000=313.7081 kmol/h 图2 物料衡算图即 313.7081=D+W313.70810.1740=0.7788

37、D+0.0202W联立解得 D=111.55kmol/hW=378.94 kmol/h理论板：是指在其上气、液两相都充分混合，且传质及传热过程阻力均为零的理想化塔板。因此进入理论板的气、液两相达到平衡状态，即两相温度相等，组成互成平衡。理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。考虑到绘图数据的准确性，故用autoCAD 绘图法绘图。 由手册查得常压下乙醇-水物系汽液平衡组成数据，如表3所示，表3 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度的关系 乙醇摩尔数(%温度t/液相(x100 99.9 99.8 99.7 99.5 99.2 99.0 98.75 97.65 95.

38、8 91.3 87.9 85.2 83.75 82.30 0.004 0.04 0.05 0.12 0.23 0.31 0.39 0.79 1.61 1.46 7.41 12.64 17.41 25.75气相(y 0 0.053 0.51 0.77 1.57 2.90 3.725 4.51 8.76 16.34 29.92 39.16 47.94 51.67 55.7482 81.5 81.3 80.6 80.1 79.85 79.5 79.2 78.95 78.75 78.6 78.4 78.27 78.2 78.15 温度t/液相(x 27.3 32.73 33.24 42.09 48.9

39、2 52.68 61.02 65.64 68.92 72.36 75.99 79.82 83.87 85.97 89.41气相(y 56.44 58.26 58.78 62.22 64.70 66.28 70.29 72.71 74.96 76.93 79.26 81.83 84.91 86.40 89.41乙醇摩尔数(% 用autoCAD 绘图法绘出x-y 及t-x-y 图（图4）。绘图求出理论板数（autoCAD 绘图求值的方法见附录一） 绘图法求出最小回流比及操作回流比根据上述方法，泡点进料时，所以q 1，即q 线为一直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切：切点

40、g （x g ，y g ）为x g =0.5405，y g =0.6690。所以 R min =x D -y g y g -x g-0.7788-0.6690=0.8540.6690-0.5405故操作回流比取 R =2R min =20.854=1.71. 精馏塔的气，液相负荷精馏段 V =(R +1 D =(1. 70+815m o l /h 提馏段 V =V =172. 2K63. =60K m o /l hL =RD =1.70863.60=108.65Kmol /hL =L +F =313.71+108.65=422.36Kmol /h 求取操作线方程：y n +1=x n +D =

41、x n +=0.631x n +0.288（精）R +1R +11.71+11.71+1y n +1L W= x m - x W =2.44x m -0.029（提） V V 图3 精馏段物料衡算图 提馏段物料衡算图图4 x-y （t-x-y ）图 计算理论板数在图上做操作线，由点（0.7788，0.7788）起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q 线交点，直到阶梯与平衡线交点小于0.00119为止，由此得到：理论板N T =11块(含塔釜塔板效率是气、液两相的传质速率、混合和流动状况、以及板间返混(液沫夹带、气泡夹带和漏液等所致 的综合结果。板效率是设计重要数据。由于影响因素很多且关

42、系复杂，至今还难以正确可靠地对其进行预测。工业装置或实验装置的实测数据是板效率最可靠的来源。全塔效率实测数据的关联式可用于塔板效率的估算。板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔（Oconnell）关联方法公式计算E T =0. 49(L -0. 245式中：塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度L 塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa s与L 取塔顶与塔底平均温度下的值。对多组分物系，取关键组分的。液相的平均粘度 L 可按下式计算L =xii由上图可准确查得温度 t D =78.65 t F =83.75 t W =94

43、.96-t +t 78.65+94.96=86.81C 全塔平均温度t =D W =22此温度下的黏度如下表：表4 平均温度下的黏度组分 黏度(mPas乙醇A 0.4水B 0.31则平均黏度L =0.17400.4+（1-0.1740）0.31=0.327由安托因公式(Antoine log P 0=A -Bt+C全塔平均温度86.81C 下乙醇，水的Antoine 常数如下表5 Antoine 常数值组分 乙醇(A 水（B ）A 7.33827 7.07406B 1652.05 1657.46C 231.48 227.02求得 P 0A =140.551 kPa P 0B =62.0326

44、kPaP 0A相对挥发度=0=2.266P BE T =0. 49(L -0. 245图5 全塔效率的关联式图代入数据求得塔板效率E T =0.49(L -0.245=0.49(2.2660.327-0.245=0.528N T 8=15.15块16块 E T 0.528提馏段N P =N T 3=5.68块6块 E T 0.528全塔实际所需塔板数N P =22块 加料板位置在第16块塔板塔顶压强 PD =4+101.3=105.3Kpa进料板压强P F =PD +N精1.0=105.3+161.0=121.3KPa 塔釜压强降P w =PF +N提1.0=121.3+61.0=127.3K

45、Pa 精馏段平均操作压强P D +P F 105.3+121.3P m =113.3KPa （精）22提馏段平均操作压强P F +P 121.3+127.3WP m =124.3Kpa （提）22全塔平均操作压强 P m （精）+P m （提）113.3+127.3P m =118.8 Kpa22由图2可知 t D =78.65 t F =83.75 t W =94.96t F +t D 83.75+78.65=81.2 22-t +t 83.75+94.96=89.36 提馏段平均温度：t 2=F W =22精馏段平均温度：t 1=-全塔平均温度： t =-t 1+t 281.2+89.36

46、=85.28C 22-由乙醇水图解理论板及t-x-y 图查知表6 图解理论板及t-x-y 值X X D =0.7788 X F =0.1740 X w =0.0202y （图解理论板）y 1=0.718 y f = 0.397 y w=0.0202X (平衡曲线 X 1=0.7383 Xf =0.0768 Xw =0.00157进料板平均摩尔质量气相 M VmF = y f M A +(1- y f MB =0.39746.07+(1-0.397 18.02 =28.164Kg/Kmol液相 M LmF = Xf MA + (1-XfMB =0.076846.07+(1-0.0768 18.0

47、2 =20.173Kg/Kmol 塔底平均摩尔质量气相 M VmW = y w MA + (1- y w MB =0.020246.07+(1-0.020218.02 =18.586Kg/Kmol液相 M LmW =xw M A + (1-xw M B =0.0015746.07+(1-0.0015718.02=18.064Kg/Kmol塔顶平均摩尔质量气相M VmD =yD M A +(1-yD M B =0.778846.07+(1-0.778818.02 =39.865Kg/Kmol液相M LmD =xD M A +(1-xD M B =0.73846.07+(1-0.73818.02

48、=39.729Kg/Kmol平均摩尔质量 精馏段： 气相 M Vm 精=液相 M Lm 精提馏段： 气相 M Vm 提=液相 M Lm 提全塔 气相 M Vm =M Vm 精+M Vm 提2M Lm 精+M Lm 提2=34.514+23.875=29.195Kg /Kmol229.451+19.119=24.285Kg /Kmol2M VmW +M VmF 18.5858+29.164=23.875Kg /Kmol22M +M LmF 18.064+20.173=LmW =19.119Kg /Kmol22M VmD +M VmF 39.865+29.164=34.514Kg /Kmol22M

49、 +M LmF 20.173+38.729=LmD =29.451Kg /Kmol22液相 M Lm =表7 平均摩尔质量汇总 精馏段 提馏段 全塔29.451 19.119 29.195P M气相密度： Vm =m VmRT精馏段 Vm 精=P m 精M Vm 精R t 1P m 提M Vm 提R t 2-=113.334.514=1.327Kg /m 38.314(273.14+81.2124.323.875=0.985Kg /m 38.314(273.14+89.36提馏段 Vm 提=全塔 Vm =Vm 提+Vm 精2=1.327+0.985=1.156Kg /m 321L=a AA+a BB其中： a 为品质分率，为平均密度 。 查手册在温度t D =78.65 ，t F =83.75， t W =94.96下乙醇，水的密度如表6：表8 不同温度下乙醇和水的密度温度/ 78.65 83.75 94.96乙醇（kg /m 3）739.979 734.979 724.980水（kg /m 3）972.713 969.572 961.886塔底液相平均密度1LmW=a AA+a BB=0. 05-10. 05+724.