化工原理课程设计说明书
第1章 总论
1.1概述
1.1.1 乙醇的性质与用途
乙醇它在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略带刺激性。乙醇在工业，医药，民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，所以，想得到高纯度的乙醇很困难。
1.1.2 乙醇的应用
（1）消毒剂：医院用的一般用浓度为70%～75%的乙醇溶液，因为这种浓度的乙醇溶液杀菌能力最强；
（2）饮料：乙醇是酒主要成分（含量和酒的种类有关系）如白酒为56度的酒。注意：我们喝的酒内的乙醇不是把乙醇加进去，而是发酵出来的乙醇，当然根据使用的发酵酶不同还会有乙酸或糖等有关物质。
（3）基本有机化工原料：乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料
1.2 操作条件的确定
1.2.1 操作压力
蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。本设计塔顶压力为4kpa(表压)。
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1.2.2 进料状态
进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
1.3 设备型式
1.3.1 筛板塔
筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的林德筛板。筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔，应用于蒸馏、吸收和除尘等。
1.4 设计任务书
1.4.1设计题目
乙醇—水混合液板式精馏塔的设计
1.4.2 设计任务
（1）年产1.1万吨92﹪乙醇溶液（质量分数） （2）原料液中乙醇含量40﹪（质量分数） （3）残液中乙醇含量不高于8﹪（质量分数） （4）每年工作330天，每天工作24小时
1.4.3 操作条件
（1）进料温度：35 ℃，泡点进料； （2）塔顶压力：4 kPa（表压）； （3）回流比：自选；
（4）单板压降≤0.7 kPa；
（5）加热蒸汽：低压饱和水蒸汽。
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1.4.4 设备型式
设备型式为筛板塔
第2章 设计方案
2.1 塔的工艺的计算
2.1.1 精馏塔的物料衡算
WF=40%， WD=92% ， M乙醇?46g/mol ， M乙醇?46g/mol
进料口乙醇摩尔分数：XF =
WF/M乙醇WF/M乙醇?（1?WF）/M水WDM乙醇?0.207
塔顶产品中乙醇的摩尔分数：XD?WD/M乙醇?（1?WD)/M水WWM乙醇?0.8182
塔底产品中乙醇的摩尔分数：XW?有已知条件 D=33.95kmol/h F = D + W
WW/M乙醇?（1?WW)/M水?0.0329
F?XF = D?XD + W?XW错误！未指定书签。 可求得;F=153.14kmol/h W=119.19kmol/h
物料衡算数据记录
F D W 153.14kmol/h 33.95kmol/h 119.19kmol/h 0.2070 0.8182 0.0329 XF XD XW
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由气液平衡数据，画出下表
查出组成XF = 0.207的乙醇-水溶液泡点为83.25°C，在平均温度为（83.25+35）/2=59.125°C下，由《化工原理》附录查得乙醇与水的有关物性为： 由《化工原理》附录查得乙醇与水的有关物性为： 乙醇的摩尔热容：CmA?3.02?46?138.92kJ/(kmol?K) 乙醇的摩尔汽化潜热：rA?914.2?46?42053.2kJ/(koml?K)
CmB?18?[4.178?(4.183?4.178)??75.26kJ/(koml?K)56.63?56]60?50
水的摩尔热容：
水的摩尔汽化潜热：rB?2392.86?18?43071.48kJ/kmol
比较水与乙醇的摩尔汽化潜热可知，系统满足衡摩尔流的假定。加料液的平均摩尔热容：
Cmp?CmaXA?CmbXB?92.0kJ/(kmol?K)
加料液的平均汽化热：
r?rAXA?rBXB?42053.2?0.2069?43071.48?(1?0.2069)?42860.8kJ/kmol2.1.2 塔板数的确定
A、最小回流比及操作回流比的确定
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由乙醇—水平衡曲线求出Rmin = 0.978
作回流比 R 取操作的回流比为最小回流比 Rmin 的1.5 倍，即： R=2Rmin=1.5×0.978=1.467 B、精馏段和提馏段操作线的确定
精馏段液相流量：L?RD?1.467?33.95?49.80kmol/h 精馏段汽相流量：V?(R?1)D?2.467?33.95?83.75kmol/h
精馏段操作线方程：
LDyn?1?Xn?XD?(66.41/83.75)Xn?(33.95/83.75)0.8182?0.79Xn?0.41VV 提馏段液相流量：L'?L?qF?49.80?1?153.14?202.94 kmol/h 提馏段汽相流量： V'?L'?W?202.94?119.19?83.75kmol/h 提馏段操作线方程：
yn?1?L'XnDXD?FXF202.94Xn33.95?0.8182?153.14?0..207????2.42Xn?0.047V'V'83.7583.757