中国矿业大学银川学院毕业设计 2 设计方案的确定及流程说明
2.1 塔型选择
根据生产任务，若按年工作日330天，每天开动设备24小时计算，产品流量为5万吨/年，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。
2.2 操作流程
本次设计为常压操作，乙醇---水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。为降低费用，塔釜采用直接蒸汽供热，不设再沸器，采用鼓泡管，塔底产品经冷却后送入贮槽。流程如附录B所示。
精馏装置有精馏塔、原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器、贮槽等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与部分冷凝进行精馏分离，由冷却器中的冷却介质将余热带走。乙醇---水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。
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中国矿业大学银川学院毕业设计 3 精馏塔的工艺设计
3.1 全塔物料衡算
3.1.1 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
乙醇的摩尔质量 MA=46.07kg/kmol 水的摩尔质量 MB=18.02kg/kmol 进料液流量 F?50000?1000330?24=6313kg/h
进料组成 ?F?45% (质量分率) 塔顶组成 ?D?94%(质量分率) 塔底组成 ?W?0.5%(质量分率)
x0.45/46.07F?0.45/46.07?0.55/18.02?0.2424
x0.94/46.07D?0.94/46.07?0.06/18.02?0.8600
xW?0.005/46.070.005/46.07?0.995/18.02?0.0020
3.1.2 进料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF?xF?46.07?(1?xF)?18.02?24.8193kg/kmol MD?xD?46.07?(1?xD)?18.02?42.1430kg/kmol MW?xW?46.07?(1?xW)?18.02?18.0761kg/kmol
3.1.3 物料衡算
年实际生产天数为330天，每天工作24小时，则:
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中国矿业大学银川学院毕业设计 F?5万吨/年=50000?1000/24.8193?254.3638kmol/h
330?24F?D?W (3-1)
FxF?DxD?WxW (3-2) 联立两式，得
塔顶产品流量：D?71.2693kmol/h 塔底残液流量：W?183.0945kmol/h
3.2 常压下乙醇---水气、液平衡组成与温度关系
表3-1 常压下乙醇---水的气、液平衡组成
液相中乙醇的摩尔分数/x
0 1.9 7.21 9.66 12.38 16.61 23.37 26.08 32.73 39.65 50.79 51.98 57.32 67.63 74.72 89.43
气相中乙醇的摩尔分数/y
0 17 38.91 43.75 47.04 50.89 54.45 55.8 59.26 61.22 65.64 65.99 68.41 73.85 78.15 89.43
温度t/℃ 100 95.5 89 86.7 85.3 84.1 82.7 82.3 81.5 80.7 79.8 79.7 79.3 78.74 78.41 78.15
3.2.1 温度
利用表3-1中数据，由拉格朗日插值可求得：
tF?82.782.7?82.3? tF?82.5716?C
23.37?26.0824.24?23.37t?78.4178.41?78.15?DtD： tD?78.2106?C
74.72?89.4386.00?74.72tF：
5
中国矿业大学银川学院毕业设计 100.00?95.5tW?100.00? tW?99.5263?C
0?1.90.2?0t?t精馏段平均温度：t1?FD?80.3911?C
2t?t提馏段平均温度：t2?WD?88.8685?C
2tW：
3.2.2 平均摩尔质量
精馏段：t1?80.3911?C
80.7?79.880.3911?80.7 x1=43.4700 ?39.65?50.79x1?39.6580.7?79.880.3911?80.7 y1=62.7400 ?61.22?65.64y1?61.22液相组成x1:气相组成y1:所以 ML1?46.07?0.4347?18.02?(1?0.4347)?30.2133kg/kmol
MV1?46.07?0.6274?18.02?(1?0.6274)?35.6186kg/kmol
提馏段：t2?88.8685?C
89?86.788.8685?89 x2=7.3500 ?7.21?9.66x2?7.2189?86.788.8685?89 y2=39.1900 ?38.91?43.75y2?38.91液相组成x2:气相组成y2:所以 ML2?46.07?0.0735?18.02?(1?0.0735)?20.0817kg/kmol
MV2?46.07?0.3919?18.02?(1?0.3919)?29.0128kg/kmol
3.2.3 密度
已知，混合液密度：
1=?L?A?B(?为质量分率，M为平均相对分子质量)，不+?A?B同温度下乙醇和水的密度见表3-2。
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中国矿业大学银川学院毕业设计 混合气密度：?V?T0PM
22.4TP0表3-2 不同温度下乙醇和水的密度 乙醇的密度温度t/℃ 80 85 90 水的密度乙醇的密度温度t/℃ 95 100 水的密度kg/m3 735 730 724 kg/m3 971.8 968.6 965.3 kg/m3 720 716 kg/m3 961.85 958.4 求得在t1与t2下的乙醇和水的密度。
85?8080.3911?80,?A?734.6089kg/m3 ?730?735?A?73585?8080.3911?80,?B=971.5497kg/m3 ?968.6?971.8?B?971.8t1?80.3911?C：
t2?88.8685?C：
85?9088.8685?853,???A?725.3578kg/m
730?724??A?73085?9088.8685?85?=966.0468kg/m3 ,?B???968.6968.6?965.3?B在精馏段，液相密度?L1:
1=?L1?A?BxM(1?x1)MB ?A?1A ?B? +?A?BML1ML1代入数据，求得：?L1?800.4238kg/m3 气相密度：?V1?T0PMTM35.6186?273.15?0V1=?1.2285kg/m3
22.4TP022.4T122.4?(273.15?80.3911)在提馏段，液相密度?L2:
1=?L2?A?BxM(1?x2)MB ?A?2A ?B? +????BML2ML2A代入数据，求得：?L2?914.8604kg/m3
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