乙醇和水的平衡关系图
化工原理乙醇精馏塔设计
目录乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 (2)前言 (4)精馏塔优化设计计算 (5)一精馏流程的确定 (5)二塔的物料衡算 (5)三塔板数的确定 (7)四、塔的工艺条件及物性数据计算 (10)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (13)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (14)七、塔版流体力学验算 (17)浮阀塔板工艺设计计算结果 (22)心得体会 (23)参考文献 (24)精馏塔优化设计任务书一、设计题目乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计二、设计条件1．处理量：17500 （吨/年）2．料液浓度： 35 （wt%）3．产品浓度： 93 （wt%）4．易挥发组分回收率： 99%5．每年实际生产时间：7200小时/年6. 操作条件：①间接蒸汽加热；②塔顶压强：101.3kpa（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；三、设计任务a) 流程的确定与说明；b) 塔板和塔径计算；c) 塔盘结构设计i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；ii. 流体力学验算；iii. 塔板负荷性能图。
d) 其它i. 加热蒸汽消耗量；ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图，编写设计说明书。
乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计（南华大学化学化工学院，湖南衡阳 421001）摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主体设备设计。
关键词：精馏塔浮阀塔精馏塔的附属设备（Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001）Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.前言精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。
物理化学-相平衡
= = =
p1 T1 m1 p2 T2 m2
(3) 相平衡：任一物质B各相化学势相等
m相1(B)=m相2(B) = ···=m相P(B) (P–1)等式
S 种物质存在 S(P-1) 关系，应扣 S(P-1)
恒 p 时，知 pA*(T) 和 pB*(T)，可算 xB, yB
相平衡
典型相图 与p-x(y)图相比，形状相当于上下倒转
点： 单相区：如点a ，
相点与系统点一致
两相区：如点b，相
点与系统点不一致
线：气相线称露点线 液相线称泡点线
区域： 单相: P=1，F=2 两相: P=2，F=1
t/℃
110 C 100 90
形成固溶体时与液相类似。
注意： 某相存在的量很少可忽略时，则可不算。 如：凝聚系统不考虑气相。
相平衡
5. 相律F=C-P+2中的 2 表示系统T , p 可变
若T 或 p 之一不变时，只有1个强度量 可变，相律式变为
F = C-P + 1
二组分系统相图分析或凝聚系统 压力影响小可略时，常用此式。
相平衡
相平衡
本章要点
掌握：相律，单组分、双组分系统的典型 相图，杠杆规则的应用
相图：会分析，能画(稍难)
应用：多组分系统的分离、提纯 均匀性（多相性） 控制产品的质量
相平衡
5.1 相 律
问题：封闭 系统中影响相态的因素有哪些？ 例如：盐与水系统达相平衡时存在多少相？
什么时候出现固相(盐析出)？为什么？
露
t
l+g 泡
点 线
精馏实验实验报告
精馏实验实验报告姓名班级学号1.实验前，请想象并尝试描述气速与整塔压降的关系？依照教材P228页，当液体喷淋量为零时，压降与空塔气速呈直线关系，与气体以湍流形式流过管道的关系类似；有一定喷淋量时，压降因管道变窄增大，但几乎与无喷淋量时平行；过截点以后，气体对液体产生阻滞作用，填料表面持液量增多，压降随气速较快增长；过了泛点之后，液体变为连续相而气体变为分散相，阻力猛增。
2.实验前，请同学们回顾精馏塔的塔板与填料的发展历程？舌形塔板斜孔塔板鼓泡式塔板散堆填料规整填料3.实验前，请尝试回答精馏操作过程中，使混合物较彻底分离的基本条件？1、相对挥发度差异较大；2、每一块板能使气液充分接触；3、塔高足够高；4、再沸器与冷凝器温度稳定；5、混合物不形成共沸物；6、运行规范稳定，不出现漏液、烨沫夹带、气泡夹带、液泛等非规范操作；7、加料不反混；二、实验记录包括操作条件、实验现象、原始数据表，要求数据的有效数字、单位格式规范。
【原始数据表】6 77.9 87.8 35.1 24.0 127瓦数/kw 次数塔顶组成/% 塔釜组成/%3 1 18.75 81.25 86.30 13.702 15.53 84.47 88.83 13.175 1 12.52 88.48 88.20 11.802 13.12 86.88 89.10 10.906 1 11.91 88.09 88.35 11.652 11.71 88.29 88.14 11.86【数据处理】※空塔气速首先根据测得的回流液流量求空塔气速。
由于实验中采取全回流的方式，回流液质量流量与蒸气质量流量相同。
实验中转子流量计已经将实际溶液的流量转换为水的流量，由公式21s s V V = （1）将读数转换为实际回流夜的流量。
其中：f ρ取转子密度，近似为铁质，取密度7900kg/m3，1ρ取20 o C 水的密度，2ρ取回流温度下混合液体的密度。
水取998kg/m 3，乙醇取789 kg/m 3。
精馏实验
精馏实验装置一.实验目的1）.了解连续精馏塔的基本结构及流程。
2）.掌握连续精馏塔的操作方法。
3）.学会填料精馏塔等板高度的测定方法。
4）.确定部分回流时不同回流比对精馏塔效率的影响。
二.基本原理（1）.等板高度在精馏过程计算中，一般都用理论板数来表达分离的效果，因此习惯用等板高度法计算填料精馏塔的填料层高度。
式中：Z——填料层高度，m；——理论塔板数；NTHETP——等板高度，m。
等板高度HETP，表示分离效果相当于一块理论板的填料层高度，又称为当量高度，单位为m。
进行填料塔设计时，若选定填料的HETP无从查找，可通过实验直接测定。
对于二元组分的混合液，在全回流操作条件下，待精馏过程达到稳定后，从塔顶、塔釜分别取样测得样品的组成，用芬斯克方程或在x～y图上作全回流时的理论板数。
芬斯克方程：式中：-——全回流时的理论板数；——塔顶易挥发组分与难挥发组分的摩尔比；——塔底难挥发组分与易挥发组分的摩尔比；——全塔的平均相对挥发度，当α变化不大时，在部分回流的精馏操作中，可由芬斯克方程和吉利兰图，或在x～y图上作梯级求出理论板数。
理论板数确定后，根据实测的填料层高度，求出填料的等板高度，即：（2）.全回流全回流操作时，可以通过作图法或逐板计算法求得全回流理论板数Nmin，从而求得全塔效率ET：在全回流时，正因为操作线与对角线重合，yn+1=xn 。
由此，只要分别测得流入、流出该板的液相组成xn-1、xn，既可求算出该板的默伏里单板效率EMV：（3）.部分回流可以测出以下数据：温度[℃]： tD、tF、tW组成[mol/mol]：xD、xF、xW流量： F[l/h]、D和L[ml/min]回流比： R=L/D精馏段操作线：进料热状况q：q线方程：根据以上计算结果，可作出右图：根据作图法或逐板计算法可求算出部分回流下的理论板数Nmin。
部分回流下的全塔效率ET：三.实验装置与流程本实验装置为填料精馏塔，特征数据如下：=32mm，塔内填料层高度Z=0.8m（乱堆），填料为不锈钢θ环散装塔内径D内置填料，尺寸3mm ×3mm 。
蒸馏
• 2.双组分非理想溶液汽液相平衡 • 蒸馏中所处理的混合物，除理想溶液外，很多是非理 想溶液，即对拉乌尔定律有偏差的溶液。对拉乌尔定律有 正偏差的溶液，将出现最低恒沸点，对拉乌尔定律有负偏 差的溶液，将出现最高恒沸点。恒沸点在y－x图上的反映 是平衡曲线y－x与对角线相交。其交点说明，处于恒沸点 的气液两相，其组成是相同的，即恒沸点处气、液相组成 相同，因而达不到分离的目的。如图8-4为常压下乙醇－ 水溶液相图，乙醇－水溶液的恒沸点为78.15℃，恒沸点 处气、液相组成均为0.8943（摩尔分数）。
• • • • • •
提问： 1.湿球温度？ 2.露点？ 3.东北小烧(白酒）的制作？ ↓ 蒸馏
项目八 蒸馏
• 任务一 概述 • 蒸馏是利用互溶液体混合物中各组分沸点的 不同，将液体混合物分离成为较纯组分的一种单 元操作。蒸馏操作所以能够分离互溶的液体混合 物，是由于溶液中各组分的沸点不同，沸点低的 组分容易气化，称为易挥发组分，而沸点高的组 分不易气化，称为难挥发组分。因此，蒸馏所得 的蒸汽中，与其冷凝后形成的液体（简称馏出液） 中，低沸点组分的含量较多；而残留的液体（简 称残液）中，高沸点组分的含量较多。故用蒸馏 方法处理液体混合物，可以得到较纯的馏出液和 较纯的残液，达到混合物分离的目的。
•
可见，液体混合物中各组分的沸点相差愈大、 汽液两相的组成差别愈大，愈有利于蒸馏分离。 有关混合物中汽液两相共存时组分间汽液相平衡 关系是蒸馏操作的基础，将在第二节中讨论。
根据蒸馏时混合液中的组分数，可分为双组 分蒸馏和多组分蒸馏，但双组分蒸馏是多组分蒸 馏的基础，而且很多多组分蒸馏问题，可以作为 双组分蒸馏来处理。故本章主要讨论双组分连续 蒸馏的原理、方法和计算。
• 1.3．双组分理想溶液汽液相平衡关系相图
《化工原理》气液平衡 _液体精馏
第7章 液体精馏
7.4.2 物料衡算－操作线方程
1．全塔的物料衡算 对图7-8所示的间接 蒸汽加热的连续精馏塔 作全塔物料衡算，并以 单位时间为基准，源自图7-7 精馏塔的物料衡算
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第7章 液体精馏
则总物料 易挥发组分 F=D+W FxF=DxD+WxW （7-12） （7-12a）
式中 F－原料液流量（kmol/s）； D－塔顶产品（馏出液）流量（kmol/s）； W－塔底产品（釜残液）流量（kmol/s）； xF－原料液中易挥发组分的摩尔分率； xD－馏出液中易挥发组分的摩尔分率； xW－釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
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第7章 液体精馏
图7-8 精馏段操作线方程的推导
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第7章 液体精馏
将式7-15代入式7-15a，并整理得：
y n +1 L D = xn + xD L+D L+D
（7-16）
若将上式等号右边的两项的分子和分母同时除以D，可得：
y n +1 = L/D 1 xn + xD L / D +1 L / D +1
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第7章 液体精馏
7.4 双组分连续精馏的计算
精馏过程的计算可分为设计型和操作型两类。本章重点 讨论板式塔的设计型计算。精馏过程设计型计算，通常已知 原料液流量、组成及分离程度，需要计算和确定的内容有： ①选定操作压强和进料热状态等； ②确定产品流量和组成； ③确定精馏塔的理论板数和加料位置； ④选择精馏塔的类型，确定塔径、塔高和塔板结构尺寸，并 进行流体力学验算； ⑤计算冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和尺寸。
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第7章 液体精馏
7.4.1 理论板的概念及恒摩尔流的假定
二元气液相平衡数据测定处理结果
实验数据处理（1） 乙醇浓度的计算利用实验参考书提供的乙醇标准曲线数据，由折光率和乙醇摩尔百分率关系用内插法得到乙醇摩尔分率如表1. 计算示例：以第一组气相为例第一组的气相折光率为1.3595落在折光率1.3594-1.3599之间，对应的乙醇摩尔分率为0.9379-0.8810.插值法计算如下：1.3599−1.35950.8810−x =1.3599−1.35940.8810−0.9379解出x=0.9265,水的气相摩尔分率=1-x-=0.0735.（2） 温度计暴露温度校正n=t 观-（50-1.6*6.7），t 室=25℃，t 实际=t 观+0.00016n(t 观-t 室)；tp=t 实际+0.000125（t 室+273）（P-760），因为本小组实验的P 大于标准大气压，所以用P-760。
计算示例：以第一组为例；n=t 观-39.28=77.81-39.28=38.53，t 实际=77.81+0.00016*38.53*（77.81-25）=78.14℃ 平衡温度计算：tp=t 实际+0.000125（t 室+273）（P-760）=78.18+0.000125(25+273)(761.313-760)=78.19℃（3） 实验测得的温度和压强以及摩尔分率如表1、表二。
（4） 由所得的二元气液平衡数据表记录如表二。
活度计算示例：以第一组气相为例根据安托尼(Antoine)公式，lg(Ps)=A-B/(C + t/℃)，求出不同平衡温度下乙醇和水的饱和气压，乙醇的安托尼(Antoine)参数:A=8.21330,B=1652.050,C=231.480,水的安托尼(Antoine)参数：A=7.96681,B=1668.21,C=228。
计算乙醇的饱和蒸汽压：lgP=8.2133-1652.05/(231.48+78.19)，得P=755.879mmHg; 计算水的饱和蒸汽压：lgP=7.96681-1668.21/(228+78.19)，得P=330.029mmHg; 计算活度系数： 由简化后的公式：0i p x py i ii =γ 乙醇的活度系数：γA=(P*yA)/(xA*P0)=(761.313*0.9265)/(0.8718*755.879)=1.0704水的活度系数：γB=(P*yB)/(xB*P0)=(761.313*0.0735)/(0.1282*330.029)=1.3225（5） 由二元气液平衡数据绘制的相图如图2。
化工原理课程设计 乙醇-水精馏塔设计
大连民族学院化工原理课程设计说明书题目: 乙醇-水连续精馏塔的设计设计人: 1104系别：生物工程班级：生物工程121班指导教师: 老师设计日期：2014 年10 月21 日～11月3日温馨提示:本设计有一小部分计算存在错误，但步骤应该没问题化工原理课程设计任务书一、设计题目乙醇—水精馏塔的设计。
二、设计任务及操作条件1.进精馏塔的料液含乙醇30％（质量)，其余为水。
2.产品的乙醇含量不得低于92。
5%(质量）。
3。
残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）.4.处理量为17500t/a，年生产时间为7200h。
5.操作条件（1）精馏塔顶端压强 4kPa（表压）。
（2）进料热状态泡点进料。
(3）回流比R=2R min。
（4）加热蒸汽低压蒸汽.（5）单板压降≯0。
7kPa.三、设备型式设备型式为筛板塔。
四、厂址厂址为大连地区。
五、设计内容1.设计方案的确定及流程说明2.塔的工艺计算3.塔和塔板主要工艺尺寸的设计（1)塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定。
（2）塔板的流体力学验算.(3）塔板的负荷性能图。
4.设计结果概要或设计一览表5.辅助设备选型与计算6。
生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图7.对本设计的评述或有关问题的分析讨论目录前言 (1)第一章概述 (1)1。
1塔型选择 (1)1.2操作压强选择 (1)1.3进料热状态选择 (1)1。
4加热方式 (2)1。
5回流比的选择 (2)1.6精馏流程的确定 (2)第二章主要基础数据 (2)2。
1水和乙醇的物理性质 (2)2.2常压下乙醇—水的气液平衡数据 (3)2。
3 A,B，C—Antoine常数 (4)第三章设计计算 (4)3.1塔的物料衡算 (4)3.1。
1 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分率 (4)3.1.2 平均分子量 (4)3。
1。
3 物料衡算 (4)3。
2塔板数的确定 (4)的求取 (4)3。
2。
1 理论塔板数NT3.2。
2 全塔效率E的求取 (5)T3.2.3 实际塔板数N (6)3。