本 科 毕 业 设 计 题 目 系 别 专业班级 学生姓名 指导教师 （ 2014 届） 5万吨/年乙醇---水 精馏塔设计
教务处制 2014年05月08日
中文题目：5万吨/年乙醇---水精馏塔设计
毕业设计共49页 图纸共2张 说明书共43页
完成日期：2014年05月07日 答辩日期：2014年05月09日
摘要
乙醇作为基本的有机化工原料之一，主要用于化工、医药、食品等领域。随着世界能源的日趋紧缺，乙醇逐步发展成为一种新型的清洁燃料。由于常用乙醇多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇---水体系的精馏设备是非常重要的。鉴此，本文以乙醇---水为原料，最优选择筛板塔，泡点进料，塔顶采用全凝器，部分回流，其余产品经冷却器冷却后送入储罐。为减少费用，塔釜采用直接蒸汽加热，不设再沸器。本设计针对乙醇---水物系的分离问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。
通过对精馏塔的计算，得出理论塔板数为25块，回流比4.95，塔效率0.4808，实际塔板数52块，进料位置在第45块塔板。在板式塔主要工艺尺寸的计算中得出，塔径为1.8米，有效塔高为26.8米。通过筛板塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准，本次设计过程正常，操作合适。
关键词：筛板塔；精馏段；提馏段；乙醇；水
目录
1 前言 ............................................................................................................................................. 1 1.1 设计概述 .................................................................................................................................. 1 1.2 塔设备的应用、分类及其特点 .............................................................................................. 1
1.2.1 泡罩塔 ........................................................................................................................... 2 1.2.2 筛板塔 ........................................................................................................................... 2 1.2.3 浮阀塔 ........................................................................................................................... 2 2 设计方案的确定及流程说明 ..................................................................................................... 3 2.1 塔型选择 .................................................................................................................................. 3 2.2 操作流程 .................................................................................................................................. 3 3 精馏塔的工艺设计 ..................................................................................................................... 4 3.1 全塔物料衡算 .......................................................................................................................... 4
3.1.1 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 ....................................................................... 4 3.1.2 进料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ............................................................... 4 3.1.3 物料衡算 ....................................................................................................................... 4 3.2 常压下乙醇---水气、液平衡组成与温度关系 ...................................................................... 5
3.2.1 温度 ............................................................................................................................... 5 3.2.2 平均摩尔质量 ............................................................................................................... 6 3.2.3 密度 ............................................................................................................................... 6 3.2.4 表面张力 ....................................................................................................................... 8 3.2.5 黏度 ............................................................................................................................. 10 3.2.6 相对挥发度 ................................................................................................................. 11 3.3 塔板数的计算 ........................................................................................................................ 11
3.3.1 回流比 ......................................................................................................................... 11 3.3.2 气、液相负荷 ............................................................................................................. 13
3.3.3 气、液体积流量 ......................................................................................................... 13 3.3.4 操作线方程 ................................................................................................................. 13 3.3.5 理论塔板数 ................................................................................................................. 14 3.3.6 实际塔板数 ................................................................................................................. 14 3.3.7 全塔效率 ..................................................................................................................... 15 4 精馏塔主体尺寸的计算 ........................................................................................................... 16 4.1 塔径 ........................................................................................................................................ 16 4.2 有效高度 ................................................................................................................................ 17 4.3 溢流装置 ................................................................................................................................ 17
4.3.1 溢流堰长 ..................................................................................................................... 18 4.3.2 出口堰高 ..................................................................................................................... 18 4.3.3 降液管宽度及降液管面积 ......................................................................................... 18 4.3.4 降液管底隙高度 ......................................................................................................... 19 4.4 塔板布置 ................................................................................................................................ 19
4.4.1 塔板分布 ..................................................................................................................... 19 4.4.2 边缘区宽度与安定区宽度 ......................................................................................... 19 4.4.3 开孔区面积 ................................................................................................................. 19 4.4.4 筛孔数及其排列 ......................................................................................................... 20 5 塔板的流体力学验算 ............................................................................................................... 21 5.1 压降校核 ................................................................................................................................ 21
5.1.1 干板阻力 ..................................................................................................................... 21 5.1.2 气体通过液层阻力 ..................................................................................................... 21 5.1.3 液体表面张力阻力 ..................................................................................................... 22 5.1.4 单板压降 ..................................................................................................................... 22 5.2 液沫夹带 ................................................................................................................................ 22