淡了青衫酒精连续蒸馏板式塔的设计
第第一一部部分分：：设设计计任任务务书书
设计任务及要求
原料：乙醇~水溶液，年产量48000吨
乙醇含量：50%(质量分数)，原料液温度：35℃ 设计要求：塔顶的乙醇含量不小于93%(质量分数) 塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数)
第第二二部部分分：：工工艺艺流流程程图图
(见附图1)
流程概要：
乙醇－水混合原料经预热器加热到泡点后，送进精馏塔，塔顶上升的蒸汽采用全凝器
冷凝后，一部分采用回流，其余为塔顶产物，塔釜采用间接蒸汽加热供热，塔底产物冷却后送人贮槽。
第第三三部部分分：：设设计计方方案案的的确确定定及及说说明明
一． 设计方案的确定
1．塔板类型：选用F1型重浮阀塔.
浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，而且操作弹性大，操作灵活，板间压降小，液面落差小, 浮阀的运动具有去污作用，不容易积垢堵塞，操作周期长，结构简单，容易安装，操作费用较小，其制造费用仅为泡罩塔的60%～80%；又由于F1型浮阀塔结构简单，制造方便，节省材料，性能良好；另外轻阀压降虽小，但操作稳定性差，低气速时易漏液。 综上所述，选择F1型重阀浮阀塔。 2．操作压力：常压精馏
对于乙醇－水体系，在常压下已经是液态，且乙醇－水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏。因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。综上所述，选择常压操作。 3．进料状态：泡点进料
进料状态有五种，如果选择泡点进料，即q=1时，操作比较容易控制，且不受季节气温的影响，此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。 4．加热方式：间接蒸汽加热
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。直接蒸汽加热只能用于塔底产物基本是水，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加，成本增加，故采用间接加热。
5．热能利用方式：选择适宜回流比，塔釜残液作为原料预热热源 适宜的回流比应该通过经济核算来确定，即操作费用和设备折旧费用之和为最低时的回流比为最适宜的回流比。确定回流比的方法为：先求出最小回流比Rmin，根据经验取操作
酒精连续蒸馏板式塔的设计
回流比为最小回流比的1.1－2.0倍，采用釜液产品去预热原料，可以充分利用釜液产品的余热，节约能源。
5．回流方式：泡点回流
泡点回流易于控制,设计和控制时比较方便,而且可以节约能源。
二. 设计方案的说明
1。本精馏装置利用高温的釜液与进料液作热交换，同时完成进料液的预热和釜液的冷却，经过热量与物料衡算，设想合理。釜液完全可以把进料液加热到泡点，且低温的釜液直接排放也不会造成热污染。
2。原料液经预热器加热后先通过离心泵送往高位槽，再通过阀门和转子流量计控制流量使其满足工艺要求。
3。本流程采用间接蒸汽加热，使用25℃水作为冷却剂，通入全凝器和冷却器对塔顶蒸汽进行冷凝和冷却。从预热器、全凝器、冷却器出来的液体温度分别在50-60℃、40℃和35℃左右，可以用于民用热澡水系统或输往锅炉制备热蒸汽的重复利用。
4．本设计的多数接管管径取大，为了能使塔有一定操作弹性，允许气体液体流量增大，所以采取大于工艺尺寸所需的管径。
第第四四部部分分：：设设计计计计算算与与论论证证
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6060.6Kg/h，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，选用浮阀塔。
2.操作条件的确定 2.1 操作压力
由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压
其中塔顶压力为1.01325?105Pa 塔底压力[1.01325?105?N(265~530)]Pa
酒精连续蒸馏板式塔的设计 2.2 进料状态 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 2.3 加热方式 精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应。 3.有关的工艺计算 由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。 原料液的摩尔组成： xF?50/46?0.281350/46?50/18 ,xw?0.00196同理可求得： xD?0.8387原料液的平均摩尔质量： Mf?xfMCH3CH2OH?(1?xf)MH2O?0.2813?46?(1?0.2813)?18?32kg/kmolMD?41.48kg/kmol 同理可求得： MW?18.055kg/kmol表1 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度 名称 原料液 50 0.2813 馏出液 93 0.8387 釜残液 0.5 0.00196 x/% x (摩尔分数) 酒精连续蒸馏板式塔的设计 摩尔质量kg/kmol 沸点温度t/℃ 3.1物料衡算 32 85.1 41.48 79.2 18.055 99.54 沸点温度的查取见附表1 摩尔流量计算 FxF?DxD?WxW F?D?W 以年工作日为330天，每天开24小时计，进料量为： 48000?103F??189.4kmol/h 330?24?32由物料衡算式可求得： D?63.23kmol/h 3.2理论塔板数NT的求取（图解法） W?126.17kmol/h由常压下沸腾的水-酒精溶液和由它产生的气体组成及沸点表描点作图，可得Xmin=0.32 0.8387Rmin??1?1.62最小回流比 0.32 取R=2.5， R?1.54Rmin 理论塔板数为19块：精馏段15块，提馏段4块 加料板为第16块 3.3操作线方程 a) 精馏段方程: 见附图二 xD0.8387R2.5??0.24 ??0.7143 R?12.5?1R?12.5?1 精馏段方程:y?0.24x?0.7143 b) 提馏段方程： ?R?L?L?RD?2.5?63.23?158.1kmol/h D V?L?D?D(1?R)?63.23?(1?2.5)?221.3kmol/h酒精连续蒸馏板式塔的设计 ?q?1 ?V?V?221.3kmol/h L?L?F?158.1?189.4?347.5kmol/h 提馏段方程:y?LWVx?DxW?1.57x?0.0039 3.4全塔效率ET和实际板数NP 1．塔顶： Y1?XD?0.8387 X1?0.827 t1＝79.2?C 挥发度?1＝1.0877 进料：XF=0.0425 YF＝0.2813 t2= 85.1?C 挥发度?2＝8.818 塔釜：XW=0.00196，YW＝0.0026 t3?99.9?C（由于考虑到实际情况常用103?C）挥发度?3＝13.59 平均挥发度： ?m?3?1??2??33?1.0877?8.818?13.59?5.07 2． t?t2?t3m?t13?87.95oC 此温度下，?H2O?0.31 ?CH3CH2OH?0.39 ?l?0.2813?0.39?(1?0.2813)?0.31?0.33 3．全塔效率： ET?0.49(?m??0.2450.245l)??0.49(5.07?0.33)??0.432 4．实际板数： NP?(NT?1)/ET?(19?1)/0.432?41.67N1?16/0.432?37.04 取总板数NP?42层 N1?37层，N2＝5层 根椐X用插值法求出Y，t 再用公式 a=Y(1-X)/X(1-Y) 算出挥发度 黏度查《化工原理》上册P341 附录14.液体的黏度和密度
