乙醇和正丙醇物系分离系统设计方案

乙醇和正丙醇物系分离系统设计方案

1 绪论

目前研究最为热门的精馏塔可算是填料塔，也是取得许多成果的领域。规整填料及各种高效填料开发成功后，在工业上的应用范围逐步扩大，打破了填料只适用于小塔的概念，而且在减压和常压精馏场合呈现出了取代板式塔的趋势，尤其是在老塔的扩充改造中。

板式塔是目前最主要的精馏塔塔型，对它的研究一直长盛不衰。筛板塔和浮阀塔成功取代泡罩塔是效益巨大的成果，板式塔的设计已达到较高的水平，结果比较可靠。具有各种特点的新型塔板的开发研究不断展开。

随着筛板塔泡罩塔的不断改进，浮阀塔产生了，它结合了两者的优点有具有自己的特点。本设计中我们选用浮阀塔，浮阀塔具有结构简单，造价低，制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等优点。但在设计中使用不当，会引起阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。由于浮阀塔的上述优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研开发的主要方向。近年来与浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，为减少对传质的不利影响，可将塔板的液体进入区制突起的斜台状，这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。浮阀塔多用不锈钢板或合金。实际操作表明，浮阀在一定程度的漏夜状态下，使其操作板效率明显下降，其操作的负荷范围较泡罩塔窄，但设计良好的塔其操作弹性仍可达到满意的程度。本设计是采用浮阀塔板连续精馏分离乙醇和正丙醇的混合溶液，由于浮阀塔的研究比较成熟，因此本设计的结果有较高的可信度。

2 设计方案说明

2.1设计方案的确定

2.1.1装置流程的确定

装置包括精馏塔，原料预热器，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，产品质量稳定等特点，适合原料处理量大且需获得组成一定的产品的混合物的分离，工业生产中以连续蒸馏为主。因此本设计中采用连续精馏。

由于乙醇-正丙醇物系可以用循环水作冷却介质，减少冷却费用。有必要时可以考虑余热的利用。譬如，用原料液作为塔顶产品冷却器的冷却介质，即可将原料预热，又可节约冷却介质。

塔顶冷凝器采用全凝器，以便准确地控制回流比。

2.1.2操作压力的选择

蒸馏过程按操作压力不同，分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏。一般除热敏性物系外，凡通过常压蒸馏能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都应采用常压蒸馏。所以本设计中的操作压力采用常压。

2.1.3进料热状况的选择

蒸馏操作有5种进料热状况，进料热状况不同，影响塔内各层塔板的气液相负荷。工业上多采用接近泡点的液体进料和泡点进料。故本次设计采用泡点进料。

2.1.4加热方式的选择

由于在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时，宜采用直接式加热。其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加热设备。故本设计采用再沸器加热塔釜料液。

2.1.5回流比的选择

回流比是精馏操作的重要工艺条件，其选择的原则是使设备费和操作费用之和最低。设计时应根据实际需要选定回流比，也可参考同类生产的经验选定

2.1.6换热器的选择

本设计选用U型管换热器，U型管换热器的每根管子可以自有伸缩，而与其他管子跟壳体无关，结构简便，质量轻，使用与高温高压场合。

2.2工艺流程图

2.2.1原料液的走向

注：1：F为进料液物流，组成为x F；

2：D为塔顶馏出液物流，组成为x D；

3：W为塔底釜液物流，组成为x W；

图2-1精馏工艺流程图2.2.2全凝器内物流的走向

图2-2 全凝器物流流程图 2.2.3再沸器内物流的走向

图2-3再沸器物流流程图3 塔板的工艺设计

3.1精馏塔全塔物料衡算

F:进料量（kmol/s ） F x :原料组成（摩尔分数，下同） D ：塔顶产品流量（kmol/s ） D x :塔顶组成 W:塔顶残液流量（kmol/s ） W

x :塔底组成

原料乙醇组成：%30.3060/7546/2546

/25=+=

F x

塔顶组成：%46.9860

/246/9846

/98=+=D x

塔底组成：%08.260

/4.9846/6.146/6.1=+=W

x 进料量：()[]s kmol F /03460.03600

2430060/25.0146/25.010500003=⨯⨯-+⨯⨯=

物料衡算式为：W D F +=

W

D F Wx Dx x +=F

联立代入求解：D=0.01013kmol/s ， W=0.02447kmol/s

3.2常压下乙醇-正丙醇气液平衡组成（摩尔）与温度关系

表3-1 气液平衡数据表

3.2.1温度

利用表1中数据差值法求

w

D F t t t 、、

温度C t 0

/

%

/%/y x 气相液相乙醇摩尔分数

温度C t o

/

%/%/y x 气相液相乙醇摩尔分数

97.20 0 0 89.60 0.325 0.494

96.54 90.12

0.025 0.300

0.048 0.465

78.66 78.31

0.975 1.0 0.988 1.0

300

.0303.012.90325.0300.060

.8912.90:

--=--F

F t t C t o F 06.90= 975.09846.066.781975.031

.7866.78:

--=

--D D t t C t o D 53.78= 0

0208.020.97025.0054.9620.97:

--=

--W W t t C t o W 65.96=

精馏段平均温度：C t t t o D F 30.842

53

.7806.9021=+=+=

提馏段平均温度：C t t t o W F 34.932

65.9606.9022=+=+=

表3-2 塔顶产品、塔底产品、进料液的摩尔组成及温度汇总

塔顶产品

塔底产品

进料液

D x = 0.9846 W x = 0.0208 F x = 0.303 D t =78.53C 0

W t =96.65C 0

F

t =90.06

C 0

3.2.2密度 已知：混合液密度：

平均相对分子质量）为质量分数，M (1

B B

A A L

αραραρ+=

混合气密度：0

04.22TP M

p T V =ρ

塔顶温度：C t o D 53.78= 气相组成988

.066

.7853.780.1988.031.7866.78:

--=--D D y y %25.99=D y

进料温度：C t o F 06.90= 气相组成：465

.012

.9006.90494.0465.060.8912.90--=--=

F F y y %83.46=F y

塔底温度：C t o W 65.96=