乙醇30%、正丙醇70%-课程设计

1 设计任务

物料组成：为乙醇30%、正丙醇70%（摩尔分率）；

产品组成:塔顶乙醇含量》99%，塔底釜液丙醇含量》98%；

操作压力：101.325kPa(塔顶绝对压力)；

回流液温度：为塔顶蒸汽的露点；

加热体系：间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2（绝压）；

冷凝体系：冷却水进口温度20℃，出口温度45℃；

热量损失：设备热损失为加热蒸汽供热量的5％；

料液定性：料液可视为理想物系；

年处理量：15000吨；

工作日：每年工作日为65天，每天24小时连续运行；

进料方式：饱和液体进料，q值为1；

塔板类型:浮阀塔板。

厂址选地：马鞍山市当涂县乌溪镇

2 设计方案

蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，虽然本课程设计中年处理量较小（15000吨/年），但仍采用连续蒸馏的方式。

蒸馏过程根据操作压力的不同，可分为常压、减压和加压蒸馏。本设计中，由于物料乙醇、正丙醇都是易挥发有机物，所以常压操作，塔顶蒸汽压力为大气压，全塔的压力降很小。

由任务书给定，进料热状况为泡点进料，加热方式采用间接水蒸气加热，设置再沸器。塔底设冷凝回流装置。

工艺流程设计：

图：原料液的走向

考虑到蒸气压力对设备要求等各方面的影响，选用的蒸气压力为5kg f/cm2

图冷凝水的走向 换热器内物料走壳程，冷却水走管程

3 精馏塔物料衡算

3.1 物料衡算

已知数据：乙醇的摩尔质量M A =46.07kg/kmol, 正丙醇摩尔质量M B =60.1kg/kmol X f =0.30 X D =0.99 X W =0.02

原料处理量F=（15000×1000）／（65×24×M A ）=208.71kmol/h 总物料流量衡算W D F += 塔底物料流量衡算：w

D F

D x x x x F W --⨯

=

=208.71×﹙0.99-0.30﹚／﹙0.99-0.02﹚ =148.46 kmol/h

=-=W F D 60.24 kmol/h

3.2 摩尔衡算

原料液及塔顶、塔底产品的流量和平均摩尔质量

()B F A F F M x M M ⨯-+⨯=1x =55.89 kg/kmol

()B D A D VDM M x M x M ⨯-+⨯=1=46.21 kg/kmol

()B W A W W M x M x M ⨯-+⨯=1=59.82 kg/kmol

4 塔体主要工艺尺寸

4.1 塔板数的确定 4.1.1 塔板压力设计

常压操作，即塔顶气相绝对压力p=110.925 kPa 预设塔板压力降：6.0 kPa 估计理论塔板数：16 估计进料板位置：10

塔底压力：110.925166.0325.101=⨯+=W P kPa 进料板压力：=进P 106.725 kPa 精馏段平均压力：=m P 104.025kPa

4.1.2 塔板温度计算

温度（露点）-气相组成关系式：

00

B

A A p p p p p p y --⨯= (1) 温度-饱和蒸汽压关系式（安托因方程）：

乙醇：

48

.23105.165233827.7lg +-

=t p A (2) 正丙醇：

t

p B +-

=0.19314.137574414.6lg (3) 各层塔板压力计算公式：

()A B A A x p x p p -⨯+⨯=1 (4)

塔顶：已知乙醇的气相组成y 为产品组成0.99，操作压力为常压，则通过联立（1）、（2）、(3)可求得操作温度及组分饱和蒸汽压；

塔底：已知乙醇组成0.02，操作压力经初步计算为。通过联立（2）、（3）、(4)并进行迭代可得实际操作温度及组分饱和蒸汽压。

（计算过程使用excel 软件进行迭代计算） 结果如下：

塔顶：78.625=D t ℃ 102.538=A p kPa 48.029=B p kPa

塔底：100.065=W t ℃ 219.145=A p kPa 108.706=B p kPa 进料板(数据取自后文塔板物料衡算结果)：

99.093=f t ℃ 175.976=A p kPa 85.983=B p kPa

4.1.3 物料相对挥发度计算

B

A p p =

α，根据上文求出的数据可得：

塔顶：=D α 2.135 塔底：W α= 2.016 进料板：F α=2.047

平均相对挥发度：

=α ()F W D

ααα

=2.065

4.1.4 回流比计算

最小回流比p

p p D x y y x R --=

min

(5)

q 线方程：采用饱和液体进料时q=1,故q 线方程为： x P =x F =0.30 (6) 相平衡方程：

()p

p p p p x x x x y 065.11065.211+=

-+=

αα (7)

（6），（7）联立得：p x =0.30 p y =0.469

代入式（5）可以求得：R min =(x D -y P ) ／(y P -x P )

=(0.99-0.469) ／(0.469-0.30)=3.08

最小理论板数α

lg 11lg min

⎥

⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=W

W D D x

x x x N =4.20