12万吨每年乙醇和水的混合液的分离毕业设计

12万吨每年乙醇和水的混合液的分离

摘要：乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，广泛地应用于国民经济的许多部门，近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势。但是由于乙醇-水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇。因此，研究和改进乙醇-水体系的精馏设备是非常必要的。本设计基于精馏的原理，查阅乙醇-水体系的相关物性参数，对精馏装置进行设计。

关键词：乙醇脱水，精馏，膜分离，吸附，燃料乙醇

12 million tons per year of ethanol and water

mixture separation

Abstract: Ethanol-water is one of the most common industrial solvents and important chemical raw materials,which is colorless,non-toxic,non-pollution,non-carcinogenic,and little corrosive. Due to its good physical and chemical properties,Ethanol-water is widely used in many national economic sectors.In recent years,because of the rising prices of fuels,ethanol fuel is said to replace traditional fuels in future.but due to the ethanol-water system azeotropic phenomenon,it is difficult to produce high purity ethanol through common distillation.Therefore, It is essential to research and improve the distillation equipment of ethanol-water system.This article is based on the principle of Distillation,Access to some related physical parameters of ethanol-water system. Key words: ethanol dehydrationr，distillation，Membrane separation，Adsorption，fuel ethanol

目录

摘要 (1)

1 综述 (5)

1.1 前言 (5)

1.2 性质 (5)

1.3 用途 (5)

1.4 发展 (5)

1.5 乙醇的生产方法 (6)

1.5.1 发酵法生产乙醇 (6)

1.5.2 合成法生产乙醇 (9)

1.6 乙醇和水的分离方法 (10)

1.6.1 精馏脱水 (10)

1.6.2 吸附及离子交换技术 (12)

1.6.3 膜分离技术 (13)

1.6.4 超临界流体萃取技术 (15)

1.6.5 对乙醇和水的分离的总结和展望 (15)

1.7 乙醇的应用和展望 (16)

2 设计计算 (20)

2.1 塔型选择 (20)

2.2 操作条件的确定 (20)

2.2.1 操作压力 (20)

2.2.2 进料状态 (20)

2.2.3 加热方式 (20)

2.2.4 热能利用 (20)

2.3 有关的工艺计算 (20)

2.3.1 最小回流比及操作回流比的确定 (21)

2.3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 (24)

2.3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (25)

2.3.4 热能利用 (25)

2.3.5 理论塔板层数的确定 (26)

2.3.6 全塔效率的估算 (27)

2.3.7 实际塔板数N P (29)

2.3.8 体积流量的计算 (29)

2.3.9 混合液体表面张力 (33)

2.4 精馏塔结构尺寸的计算 (37)

2.4.1 塔板工艺尺寸计算 (37)

2.4.2 塔板流体力学验算 (40)

2.4.3 塔板负荷性能图 (42)

2.5 浮阀塔的结构与附属设备 (46)

2.5.1 塔体结构 (46)

2.5.2 附属结构 (48)

2.5.3 冷凝器的选择 (50)

附录主要符号说明 (52)

1 综述

1.1 前言

能源是人类生存和文明进化的基础。由于油气资源不足，中国石油对外依存度逐年增加，为了减少对化石能源的依赖，中国提出了大力开发新能源和可再生能源、优化能源结构的战略发展规划，以保障国家的能源安全[1]。乙醇作为一种优质的液体燃料，不仅硫分较低，而且灰分也较低，特别是对人体的危害较小，被认为是替代和节约汽油的最佳燃料之一[2]。

乙醇可以单独使用，也可以在汽油中掺和使用。在汽油中加人一定量乙醇后，混合燃料的含氧量增加，辛烷值相应提高，会在一定程度上降低汽车尾气中有害气体的排放。因此，乙醇已经成为汽油中经常添加的燃料之一。迄今为止，乙醇的生产方法有粮食发酵法、木材水解法、乙烯间接水合法、乙烯直接水合法、乙醛加氢法、一氧化碳(二氧化碳)和氢气的碳基合成法等[3]。

无水乙醇常用于工业有机合成，是许多化工产品的基本原料，用量很大。近年来它被大量用于制备汽油醇和取代抗爆剂四乙基铅。随着其它工业的发展，乙醇的用途也越来越广泛。

1.2 性质

乙醇是在常温、常压下是一种无色、透明、有香味、易挥发的液体，熔点-117.3℃，沸点78.5℃，凝固点为-114.1℃。密度0.7893g/cm3，能与水及大多数有机溶剂以任意比混溶。乙醇易燃，它的爆炸极限为3.5%~18%，闪点11℃，使用时须注意安全。工业乙醇含乙醇约95％。含乙醇达99.5％以上的乙醇称无水乙醇。含乙醇95.6％，水4.4％的乙醇是恒沸混合液，沸点为78.15℃，其中少量的水无法用蒸馏法除去。

1.3 用途

乙醇是一种重要的有机化工原料，广泛应用在油漆、染料、制药、医用、化妆品、橡胶、电子制造业等领域。乙醇还可以一定的比例与汽油调和，形成稳定的混合物俗称汽油醇，用作点燃式内燃机的燃料[4]。用乙醇替代等量汽油后，可提高汽油辛烷值，使汽油燃烧更完全，有效降低了汽车尾气中有害气体的排放，改善了环境和空气质量[5]。

1.4发展

乙醇的生产方法，有以生物质为原料的发酵法和以石化产品为原料的化学合成法。20世50年代以前，乙醇主要依靠的是生物发酵的方法生产，所用的原料有纤维质、淀粉质、糖蜜等。生产普通乙醇的方法在我国古代就已经有了，是到目前为止生产最成熟、经验最丰富、历史最悠久的可再生能源。而在20世纪50年代以后，随着世界石油化工产业的迅速发展，利用乙烯加热加压水合的方法生产乙醇，这种方法随着石化产业发展而得到了很快的发展。利用化学合成的方法生产乙醇其过程虽然简单，但受原料来源的限制，随着1976第一次世界性的“石油危机”的发生，使合成乙醇的发展受挫。

由于七十年代石油价格的猛烈上涨，迫使许多国家考虑用发酵法从再生资源生产燃料乙醇。无论是发达国家或发展中国家都在寻找用发酵法生产燃料乙醇的可能性。有的国家已用乙醇作为部分能源，取代一部分石油。更多的国家正在积极寻找适合自己国情的方式，将发酵乙醇作为一部分燃料或化学工业原料。

能源消耗的增加说明了一个国家的经济正在向上发展。假如一个国家依赖于进口的能源，不仅使财政平衡困难，而且潜伏着随时可能发生的能源危机。因此如何克服能源问题，是非常重要的。用发酵法生产燃料乙醇可以帮助一个国家解决部分能源问题。此外，发展乙醇生产也可以使一个国家更好地发展农业，提供新的就业机会以及防止都市化。对于化学工业来说，也可提供充足的原料。

1.5乙醇的生产方法

1.5.1 发酵法生产乙醇

自20世纪70年代以来，随着石油价格的迅猛增长，合成法生产乙醇的原料—乙烯的价格也随之增长，这使得发酵法生产乙醇又渐渐成为生产乙醇的重要方法。根据原料的不同，发酵法生产乙醇可分为淀粉质原料乙醇、糖蜜原料乙醇和纤维质原料乙醇[6]。

发酵法生产的乙醇可以作为燃料，燃料乙醇是一种清洁的生物能源。巴西是利用燃料乙醇替代石油技术最先进的国家之一，美国也是燃料乙醇的生产大国。目前，我国政府已开始大力推动燃料乙醇的研究工作，在河南、吉林和黑龙江等省分别建有大型燃料乙醇生产基地，并已投产。我国燃料乙醇的生产方法还比较落后，生产成本高，燃料乙醇生产企业要大量依靠政府补贴[7]。因此，要推广燃料乙醇的使用必须寻求低成本的生产工艺。大力发展非粮酒精成为我国燃料酒精的发展趋势，坚持“非粮为主、不与民争粮、不与粮争地”已成为我国发展燃料酒精产业的基本原则[8]。然而将发酵法与膜分离技术[9]中的渗透汽化膜技术[10]相耦合生产燃料乙醇，能克服传统发酵法率低、能耗高和污染严重等缺点，达到高效、节能和环保的目的。

(1)生产燃料乙醇的原料

可作为发酵法生产乙醇的原料很多，从生产工艺角度看，只要含有可发酵性糖或可变为发酵性糖的原料，都可以作为生产乙醇的原料。也可以认为用于生产燃料乙醇的原料有玉米、大麦、燕麦、稻麦草、小麦、玉米、木薯、马铃薯、甘蔗汁、甜菜、柑橘糖蜜、甘蔗渣、废弃烟叶、秸秆、苹果渣、棕榈壳、甜高粱茎杆和香蕉茎叶等。

目前，研发较广泛并且获工业应用的主要是淀粉质燃料乙醇的生产工艺。在燃料乙醇的生产过程中，原料成本占生产成本的70%~80%，因使用淀粉质原料存在与人争粮的问题，因此探索农林废弃物、工业下脚料等为原料的燃料乙醇生产工艺备受研究者的广泛关注。Kim TH等利用氨水浸泡预处理大麦秸秆生产燃料乙醇，水解了原料中66%的木质素，67%的木聚糖和所有的葡聚糖。Tang YQ等利用酵母菌KF-7发酵厨房垃圾生产燃料乙醇，产率为30.9g/kg垃圾。还有利用苹果渣、柑橘皮渣、废弃烟草叶和玉米秸秆生产乙醇，均取得较好效果[11]。

(2)乙醇发酵的微生物

自然界中，很多微生物都可以代谢生产乙醇，如葡萄汁酵母、裂殖酵母等酵母菌以及楔状梭菌、螺旋体菌、解淀粉欧文菌、明串珠菌、耐热厌氧菌等细菌均有较好产乙醇能力，但应用于工业生产的主要是酿酒酵母和运动发酵单胞菌[12]。

酵母菌在厌氧条件下通过EMP途径产乙醇。陈叶福等筛选出耐高温酵母THFY-4和THFY-16，THFY-16在芭蕉芋糖化液中发酵产率达到理论产量的91.0%[13]。庞小燕等通过单亲灭活原生质融合技术得到酿酒酵母和热带假丝酵母的融合子F1和F5，发酵液中的乙醇浓度可达到8.8%vol和11.5%vol[14]。刘建军等以高产酒精酵母NHY4-36和强絮凝性的葡萄汁酵母SN-154做亲本，通过原生质体融合技术得到优良乙醇发酵生产菌株，产乙醇度17.5%vol~18.5%vol，耐乙醇度20%vol[15]。酵母菌所利用的底物非常有限，导致母菌的底物成为当前研究热点。

运动发酵单孢菌是一种革兰氏阴性兼性厌氧细菌，通过ED途径产乙醇[16]。运动发酵单胞菌具有葡萄糖利用率高、乙醇产率高、生长和发酵能耗低、耐乙醇度高、能在较高糖浓度中生长发酵、乙醇发酵率接近理论值及在连续发酵细胞再循环系统中不需控制氧浓度等优点。它的缺点是只能利用葡萄糖、果糖和蔗糖等有限的糖源。刘艳等通过紫外诱变和化学诱变获得菌株ZY-1，该菌株能发酵米粉、木薯、红薯干等多种天然原料生产乙醇，当葡萄糖浓度为200g/L时，得到96.5g/L以上乙醇[17]。张颖等将大肠杆菌木糖代谢关键酶基因引入到运动发酵单胞菌中，获得能利用木糖发酵乙醇的重组工程菌株PZM。在混合糖发酵过程中，重组菌利用葡萄糖和木糖生成乙醇的效率分别达理论值的

81.2%和63.1%[18]。运动发酵单胞菌作为高产乙醇天然微生物，具有巨大的开发潜力。

(3)乙醇的发酵法生产工艺

①蜜糖质燃料乙醇生产工艺

以甘蔗汁和甜高粱汁等糖质原料生产乙醇，主要有Biostill法、Melle-Boinot法和连续发酵法。在澳大利亚、印度等国家使用Melle-Boinot乙醇生产工艺来生产糖质乙醇，与我国传统的工艺相比，该工艺水平先进，消耗低、节约能源及水资源。该工艺的主要包括：原料的称量和杀菌，调节pH，调节糖度到14~22度，接种酵母菌，乙醇的发酵和分离，酵母菌回收利用。连续发酵使发酵过程更加经济节约。与传统的分批发酵相比，连续发酵能降低生物反应器的构建、维护成本，并降低其操作要求，有更好的过程控制和更高的产量。连续发酵的这些优点都是基于其较高的细胞浓度，可通过细胞固定化技术、细胞回收技术等实现。但酵母长期处于厌氧状态下培养，减弱了其生产乙醇的能力。供氧量在连续发酵过程中影响很大，虽然在微氧和通氧条件下乙醇的产量会降低，但酵母浓度、酵母对葡萄糖的利用率以及酵母的活性都有很大提高。与完全厌氧条件培养相比，在微氧条件下，酵母的乙醇抑制得到缓解。高发酵液中乙醇产量的方法之一是将发酵液中的乙醇通过离心或抽滤等方式分离，这样会提高生产乙醇的成本。

②纤维质燃料乙醇生产工艺

纤维质原料发酵产乙醇主要有3个步骤，即原料的预处理、纤维素水解和水解产物发酵。目前，成熟的原料预处理技术是酸水解，包括浓酸水解和稀酸水解。稀酸水解分两步：第一步低温水解半纤维素，第二步高温水解纤维素[19]。

纤维素的发酵工艺主要分为直接发酵法、间接发酵法、同步糖化发酵法、同步糖化共发酵和连续发酵法等。宋向阳等利用固定化树干毕赤酵母利用葡萄糖、木糖发酵产乙醇，结果表明，在pH为5.0~5.5时，酵母活性最强，在发酵前12h以利用葡萄糖为主，在12h后主要利用木糖发酵，总糖利用率达到96.6%[20]。目前，世界各国对利用植物纤维素发酵生产燃料乙醇进行了研究，取得了一定的进展。但仍存在生产成本较高，难以经济化大规模生产的难题，主要解决方法是开发高效廉价的纤维素预处理及水解工艺。

③淀粉质燃料乙醇生产工艺

淀粉是一种高产乙醇原料，利用淀粉生产燃料乙醇步骤为：原料的预处理，水解和发酵。对原料进行预处理以提高淀粉的水解糖化效率。传统的淀粉水解采用酸水解。酶水解因为具有温和反应条件和没有二级反应等优点而越来越多的被采用。中所含葡萄糖苷转移酶的作用，不可避免地会产生异麦芽糖等非发酵性糖[21]，从而影响到淀粉的利用率，同时要考虑体系温度、pH、作用时间、酶用量和原料成分等因素对水解率的影响。

还可采用微生物水解的方法来水解淀粉。利用糖化菌水解淀粉不仅省去糖化工序，还可解除淀粉水解产物对糖化的反馈抑制[22]。利用淀粉发酵生产乙醇的方法主要有同步糖化发酵法(SSF法)和高浓度发酵法(VHG法)等。同步糖化发酵法由GAUSS等提出即在同一个反应罐中进行糖化和乙醇发酵[23]。

以淀粉质原料生产燃料乙醇的发酵工艺仍存在着发酵醪液浓度偏低，能耗高，原料利用率低等问题。其发展趋势是利用基因工程手段构建直接发酵淀粉的酵母菌。

1.5.2 合成法生产乙醇

随着科技的发展，国内外乙醇生产方法和生产工艺也在不断地改进和提高。人们用化学的方法使乙烯和水结合生成乙醇，被称作合成乙醇，区别于用发酵法值得的乙醇。

合成法分为乙烯间接水合法和直接水合法。其中，乙烯间接水合法具有效率高、乙烯单程转化率高、原料纯度要求不苛刻和反应温度压力不高等优点，但是这种方法在工艺生产中存在很大的问题，如大量稀硫酸对设备的腐蚀。然而乙烯的直接合成法具有工艺流程合理、原料来源丰富、对设备腐蚀小、规模上易于大型化和现代化等特点，使其有了代替间接水合法的趋势。此外，随着合成技的成熟，一些国家开发了羟基合成制乙醇的方法。

(1)合成气直接合成法

合成气直接合成乙醇分为气相法和液相法。气相法的催化剂有美国联合碳化物公司(UCC)的Rh和Rh-Fe、Rh-Mn和Rh与Mo或W，德Hoechst公司的Rh-Mg、日本相模研究所的Rh4(CO)12，液相法的催化剂为羰基钴。

尽管近几年来美、日、德、英、意大利等国都在这方面作了许多开发工作，但到目前为止，合成气直接合成乙醇法仍处于试验阶段，尚未取得根本性的突破。

(2)乙烯直接水合法

乙烯与水蒸气混合经催化水合反应生产乙醇。其反应式:

C2H4+H2O cat

C2H5OH

1945年美国壳牌(Sheel)公司用磷酸和硅藻土制成固体催化剂。1948年建成6×104t/a 的第一个合成乙醇的工业装置。英国和德国曾在50年代引进Sheel公司技术，称Sheel 法。50年代末德国V eba化学公司在Sheel法的基础上改进了催化剂，发展为V eba直接水合法。目前世界上采用的乙烯直接水合法主要是Sheel法和V eba法。

(3)其他合成法

甲醇同系化法。同系化反应是由较少碳原子的有机化合物生成较多碳原子的同系物

的反应。例如，醇与合成气在较高温度和压力下反应生成多一个CH2的醇，是制备多种醇的重要方法。甲醇同系化反应就是甲醇与合成气(CO和H2)转化成比原料醇多一个或一个以上碳原子醇的反应。甲醇同系化反应主要是用钴催化剂在均相体系中进行。但单纯用钴催化剂反应速度慢，乙醇的选择性比较低。美国联合碳化物公司(UCC)采用Co(OAc)-I2催化剂体系，获得了甲醇转化率92%和乙醇选择性61.4%的结果。

Shell公司用甲醇和合成气于195~200℃及在CoI2、CoBr2、叔膦和正丁烷催化剂条件下制取乙醇，甲醇转化率为51.1%，乙醇选择性达63.8%。

到目前为止，甲醇同系化法合成乙醇尚处于试验阶段，主要问题在于催化剂的选择性、活性及稳定性等尚未达到工业化要求的水平。

乙烯直接水合法、甲醇同系化法以及合成气直接合成法所用的原料均源于石油、天然气、煤等不可再生资源，显然不是今后发展的方向。

1.6 乙醇和水的分离方法

无水乙醇又称燃料乙醇，是指含水量很少的乙醇，一般乙醇体积分数大于99.2%，广泛用于化学试剂、医学、农药、颜料、化妆品等行业。可将无水乙醇与汽油按一定比例调和，生产车用乙醇汽油。乙醇燃烧过程所排放的一氧化碳和含硫气体均低于汽油燃烧，所产生的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳的数量基本持平，这对减少二氧化碳对大气的污染及抑制温室效应有重大的意义。因此，燃料乙醇也被称为“清洁燃料”。

多年来，蒸馏工艺被认为是最经济的工业化回收乙醇的方法。但是随着能源短缺情况日益严重，研究节能型蒸馏工艺和非蒸馏回收乙醇工艺已成为乙醇工业研究的重要课题。由于乙醇-水物系存在最低恒沸点，故采用普通方法精馏所制得的酒精，其酒精含量不会大95.7%。所以要想进一步分离得到无水乙醇必须改用其他的方法才能制得。燃料乙醇的生产方法很多，包括固体吸水剂脱水(分子筛制取法、有机物吸附脱水法、离子交换脱水法、生石灰脱水法)、液体吸水剂脱水法、精馏脱水(恒沸精馏脱水法、萃取精馏脱水法、加盐精馏脱水法、真空脱水法、蒸馏和膜脱水生产无水乙醇)、膜分离脱水和超临界或亚临界萃取脱水等。目前工业上无水乙醇的生产方法主要有精馏、吸附和膜分离。

1.6.1 精馏脱水

(1)恒沸精馏

恒沸精馏是在具有恒沸点或组分恒沸点接近的溶液中加入新的组分，使新组分与元

混合液中的某一种或几种组分形成恒沸物，用精馏的方法进行分离。

而乙醇和水的混合物的恒沸精馏是加入恒沸剂，使之与乙醇、水形成三元恒沸物，三元恒沸物与纯组分乙醇及水之间的沸点相差较大，通过精馏获得无水乙醇，常用的恒沸剂有苯、环己烷、戊烷、乙醚等。传统的恒沸精馏法已形成规模化、机械化程度很高的无水酒精生产工艺，且产量大、质量好、生产稳定、技术成熟。当然，这种成熟的生产工艺也有缺点，主要是能耗还不是太理想，且夹带剂在生产操作不当时会引起环境污染。为了降低生产能耗，人们对其工艺进行了改进。

刘宗宽等人针对传统恒沸精馏法能耗大的不足，将热泵技术和传统恒沸精馏相结合，开发出热泵恒沸精馏新[24]。以年产50万吨燃料乙醇的生产为例，虽然总投资费用比传统恒沸精馏工艺增加21%，但比平均水平传统恒沸精馏能耗下降了86%，比先进水平的传统恒沸精馏的能耗下降56%，且每年可节约水资源120万吨以上。由此可见，用热泵恒沸精馏替代传统恒沸精馏工艺，具有巨大的经济效益和社会效益，特别是对于缺水地区其优势更大。

张成虎等采用热耦合方式对塔压作出规定，使浓缩塔的冷凝器给脱水塔的再沸器提供热，回收塔塔底的余馏水给进料预热以回收热量，一般原料酒精可加热到75℃以上,这样输入浓缩塔再沸器的热量就是整个系统所需的能耗[25]。

(2)萃取精馏

萃取精馏需要选择一种萃取剂，加入到待分离的混合溶液中，利用它与各组分的作用不同，改变原有组分的相对挥发度，使挥发度有明显的提高，从而实现了挥发度相差很小或者形成恒沸物系，这样就可以使其得到有效的分离。所添加的溶剂的沸点较高，并且不与原组分形成恒沸物。

在恒沸组成下，乙醇和水的相对挥发度为1，无法用精馏的方法得到无水乙醇在体系中加入常用的萃取剂为乙二醇。由于乙二醇和水的结合力大于乙二醇和乙醇的结合力，这样就相应的增加了乙醇对水的相对挥发度。加入一定量的乙二醇可以使乙醇对水的相对挥发度达到1.85，这样就可以通过精馏对水和乙醇进行分离。

Scot等人采用乙二醇作萃取剂，与普通的三塔系列精馏装置相比较，采用双效精馏塔法，如图1所示的四塔系列，塔1、塔2两个普通精馏塔平行操作，塔1是低压塔，操作压力约为塔2的1/3，塔2，塔3的冷凝器用作塔1的再沸器。按此法再加入第三个普通精馏塔，以3倍于塔2的压力来操作且利用其冷凝器作塔2的再沸器，将会进一步降低能耗，操作流程如图2所示的五塔系统。其中第三个普通精馏塔塔5的塔顶得到的液体产品部分回流于塔2，塔2流出的气相产品通入萃取精馏塔3。使用乙二醇作萃取

剂的多效萃取精馏法，以气态进料取代液态进料，避免进料中主要成分的再次蒸发，减少能耗。还由于萃取过程的中间产品不接近共沸组成，因而避免了“夹点”，而且精馏板的塔板数可以较少[26]。

图1 四塔系分离乙醇流程

图2 五塔系分离乙醇流程

段占庭等人采用一种复合萃取精馏一步法来制取无水乙醇，首先将含乙醇的发酵液输入初馏塔，使用水蒸汽提取发酵液中的乙醇，塔顶采出乙醇-水混合物，使乙醇和水混合物以汽相形式进入萃取精馏塔[27]。

林军等人对加碱萃取剂(乙二醇+氢氧化钾)萃取制备无水乙醇进行了实验研究。结果表明，加碱萃取剂明显好于加盐萃取剂，加碱萃取剂与加盐萃取剂相比可以在溶剂比下降20%的情况下，得到相同质量的产品。萃取精馏塔内液体负荷降低、塔板效率提高，溶剂回收过程处理量减少，溶剂回收是在高真空度下进行的，降低这一步骤的处理量对于整个无水乙醇生产过程能耗的下降具有明显效果[28]。

1.6.2 吸附及离子交换技术

吸附技术是利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物，使其中所含的一种或数种组分被吸附在固体表面上，使混合物中难吸附和易吸附组分分离。

在用吸附法对乙醇脱水的基础上，张敏华等人提供了一种气相选择性吸附法从乙醇和水的混合物中分离出水的工艺[29]。采用了多吸附器的冷凝变压吸附、高温乙醇气体反

洗变温吸附生产无水乙醇。复合变压及变温吸附过程，脱除乙醇蒸汽中的水分，吸附操作效率高，产品质量稳定。多台吸附器通过特殊设置的时间控制时序，使其中多台吸附器进行吸附操作的同时，另外的吸附器进行脱附操作，吸附过程操作压力稳定。此项燃料乙醇生产技术，在分离技术方面采用了世界领先的热耦合精馏过程，最大限度地降低了能耗，在设备结构的设计方面充分提高了设备的通量及分离能力，在脱除共沸水方面采用吸附剂选择性脱水技术，进一步简化了流程并降低了能耗，使整套生产技术达到了国际先进水平。

对于吸附法分离无水乙醇吸附剂的选择是相当重要的，选择吸附剂最重要的是必须保证物系中重组分是被吸附组分，如对乙醇-水物系，须保证水是优先吸附组分。在此条件下，可供选择的吸附剂种类很多，常用的有活性炭、硅胶、活性氧化铝和分子筛。与前3种吸附剂相比，分子筛具有高度的吸附选择性和极强的吸附能力。此外，其热稳定性好，机械性能优良，吸附水分后无形态变化，不发生膨润，不因含水而松碎。因此分子筛可作为一种首选的吸附剂。

另外，值得引起注意的吸附剂是生物质吸附剂。吸附剂不必再生，可作为发酵原料循环利用，节省了用于吸附剂再生的能耗。常华对生物质吸附剂气相选择性吸附脱水制取无水乙醇工艺过程进行实验研究[30]。研究结果表明，在相同条件下稻谷粉比玉米粉具有较好的吸附性能，且对水具有良好的吸附选择性。

离子交换过程是被分离组分在水溶液与固体交换剂之间发生的一种化学计量分配过程。此技术具有优异的分离选择性和很高的浓缩倍数，操作方便，主要应用在各种回收、富集和纯化作业中。在现实生活中最常用的离子交互树脂是基于苯乙烯共聚和交联的强酸或强碱型离子交换树脂，弱酸型可基于丙烯酸或甲基丙烯酸共聚制得。然而，在乙醇和水的分离中，我们可以利用干态离子交换树脂吸附出去乙醇中微量的水。也有用苯乙烯钾型强酸性阳离子交换树脂用于乙醇水恒沸物的脱水[31]。吸附流程如下:

用此法可得99.5%以上浓度的酒精，但酒精损失率较高，达10%。

1.6.3 膜分离技术

95%乙醇

无水乙醇

进一步处理

试剂乙醇

淡酒

树脂加热再生

钾型树脂

干树脂重复使

用

膜分离技术是多学科交叉的产物，也是近几十年来发展起来的高新技术，其发展非常迅速。我国膜技术的研究开始于20世纪50年代，进过多年的发展，已经在能源、海水淡化、石化、轻工食品、生物医药和环境保护等方面获了很大的利用。

膜分离是利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的纯化。其过程种类众多，例如微滤、超滤、渗析、电渗析、反渗透、渗透气化和气体膜分离等。

在膜分离技术中分离有机混合物或共沸物、近沸点物被认为是高效节能的分离技术。它主要包括渗透汽化和蒸汽渗透两种方法，目前针对膜法生产无水乙醇的研究很多，但在实际工业中获得大规模应用的并不多，大多还处于实验室或小型工业化阶段。

(1)渗透汽化分离无水乙醇

渗透汽化是一种新型的膜分离技术。它是利用膜对液体混合物中各组分的溶解扩散性能不同而实现其分离的，具有一次分离度高、操作简单、无污染、低能耗的特点。

渗透汽化过程根据膜的亲水性和亲乙醇性，目前主要研究两大类膜，一类是透水性膜，一类是透乙醇性膜。透水性膜适宜分离含水量低的乙醇混合物，如共沸物，以制得无水乙醇；透乙醇性膜则适宜分离含乙醇量低的乙醇水混合物，如将发酵罐与渗透汽化装置耦合及时分离出对发酵过程具有抑制作用的产物乙醇。对无水乙醇的制备，集中研究的是透水性膜，其中复合膜具有渗透通量大，分离因子高的特点，具有工业化应用前景。

渗透汽化过程中主要使用复合膜。复合膜的复合层是起分离作用的活性层，需要根据分离组分的性质选用适当的复合层材料。对于乙醇-水物系，在恒沸点时含水量较低，选择亲水膜更为经济。目前所使用的亲水膜主要为天然高分子膜和合成高分子膜。

从20世纪80年代开始，世界各地相继建起了几座用渗透汽化法分离乙醇-水的示范厂。为了使过程更加经济，通常是先将含乙醇体积分数6%左右的发酵液经过普通精馏浓缩至含乙醇80%~90%，然后再用渗透汽化浓缩成无水乙醇。这一工艺与精馏法相比，可节省投资40%，能耗仅为其10%~70%[32]。王保国等人采用聚丙烯腈和聚砜中空纤维作支撑层，分别在其内表面涂复聚乙烯醇和壳聚糖，具有一定的工业发展前景[33]。

目前，也有利用发酵-渗透汽化膜技术制无水乙醇，其工艺主要分为3步:第一步，即原料经预处理和糖化后，在发酵罐内利用微生物催化剂转化为低浓度乙醇；第二步，即采用蒸馏法将低浓度乙醇浓缩为质量分数约95%的乙醇；第三步，即将约95%的乙醇制成99.5%以上的无水乙醇。一般采用优先透醇渗透汽化膜在第一步与发酵相耦合；采用优先透水渗透汽化膜在第三步制无水乙醇。例如，Tusel等的研究表明，采用从发酵液制备无水乙醇的精馏-渗透汽化技术，将94%的乙醇制成99.85%的无水乙醇时，投资

成本和操作费用比恒沸精馏法(苯为恒沸剂)分别节约28%和40%[34]。

(2)蒸汽渗透法分离无水乙醇

蒸汽渗透法是与渗透汽化法十分相似的膜分离过程，所不同的是在蒸汽渗透法过程中，料液是以蒸汽形式与膜接触，实际上形似气体膜分离过程。操作中，渗透汽化法过程因一侧与液体接触，膜溶涨现象要比蒸汽渗透法过程严重，因而蒸汽渗透法过程中膜的使用寿命会长一些；蒸汽渗透法过程操作温度较高，因此要求膜材料能耐高温，渗透汽化法过程可在较低的温度下操作，对膜的选择范围更广些。

日本采用蒸汽渗透法技术，已建成中试规模的工厂，每小时可将380kg质量分数为90%的乙醇水溶液浓缩99%以上，与传统的共沸精馏法相比，蒸汽的消耗量减少至1/3；德国已建成了工业规模的蒸汽渗透法工厂，采用GFT膜，设计日处理量为3万升体积分数为94%的乙醇，浓缩至99.9%的浓度。我国在这方面的研究还很少。

(3)渗透汽化和蒸汽渗透相结合

对含水量较高的乙醇水混合物，将渗透汽化法过程或蒸汽渗透法过程与精馏相结合会显示出很好的应用前景。徐南平等人提出了采用生物质发酵与渗透汽化、蒸汽渗透技术集成制备无水乙醇的生产工艺[35]。将发酵罐中含低浓度乙醇的发酵液抽出，通过微滤膜、透醇膜使乙醇透过增浓至含乙醇40%~95%，对提浓液加热至100~150℃汽化，送入无机透水膜分离器，使所含水蒸汽渗透除去，最后得到≥99.5%(w/w)的无水乙醇产品。将乙醇发酵与无机膜渗透汽化、蒸汽渗透技术耦合，降低发酵过程中乙醇的抑制作用，提高生产能力，节省了生产中的能耗，大大降低了乙醇的生产成本。

1.6.4 超临界流体萃取技术

当流体的温度与压力处于它的临界温度和临界压力以上时，称该流体处于超临界状态。流体处于超临界状态时，流体的密度相当于液体，黏度和扩散系数则接近气体，具有良好的溶解性能和传递特性，且在临界点附近，流体的这种特性受压力和温度的变化影响更为显著，这就是超临界流体。以乙醇和水溶液为体系进行的超临界流体技术的研究很多，例如采用冲临界丙烷萃取结合丙烷恒沸精馏获得无水乙醇。

1.6.5 对乙醇和水的分离的总结和展望

综合上述几种分离技术，热泵恒沸精馏和热藕合共沸精馏比传统的共沸精馏法耗能低，但节能效果不如多效萃取精馏，热藕合共沸精馏和多效萃取精馏都需对塔压进行控制。

吸附法分离技术能耗低，尤其是把多效精馏和吸附进行热耦合的工艺流程节能效果十分显著，目前已经工业化。

膜法分离技术有很好的工业化前景，但由于膜的造价比较贵，目前大多集中于实验室制膜技术的研究阶段。要使其在工业上得到广泛应用，在膜和膜组件的研制等方面还需要开展大量的研究工作。

1.7乙醇的应用和展望

21世纪面临着能源问题的严峻挑战。全球化石油资源供应日趋紧张，原油价格持续在高位运行的同时，化石燃料的大量使用，使得生态环境负荷日益加大。世界各国相继把替代能源的发展作为实现经济可持续发展的重要能源政策。近年来，由于石油、天然气、煤炭等能源的过量开采，中国也已面临严重的能源危机，寻找新型可替代能源，成为中国未来能源战略的关键。石油、天然气和煤等化石能源都是不可再生资源，研究和开发新型清洁能源已经势在必行。我国的能源结构是相对富煤贫气少油，1993年开始，我国已经由石油出口国转变为了石油进口国。2006年月1日起实施的《中华人民共和国可再生能源法》中，燃料乙醇作为再生能源成为政府重点推广的新型能源。在国际原油价格高、国内对石油需求量日益大增的情况下，燃料乙醇的推广和普及对替代和缓解中国石油不足具有重要意义[36]。乙醇不仅可以作为清洁燃料和燃料电池使用也可以用来制氢等。这就让乙醇的应用更上了一个台阶。

乙醇燃料是一类含氧量高的环保型的新型石油替代燃料，乙醇燃料单独使用需要修改发动机，但少量乙醇掺入汽油中燃烧，不需要对发动机进行改动就能使用，乙醇燃料可以减少尾气中污染物的排放，有效地改善环境质量，而且是一种可再生资源[37]。

为缓解石油短缺造成的经济发展影响，世界经济发达国家都在积极寻找石油替代品。早在1930年，乙醇/汽油混合燃料已在美国内布拉斯加州地区面市。1978年，含10%乙醇的混合汽油在内布拉斯加州大规模使用。1979年，美国国会为减少对进口原油的依赖，从寻找替代能源的角度出发，建立了联邦政府的“乙醇发展计划”，开始大力推广使用含10%乙醇的混合燃料(E10)，并减免联邦税，使美国的乙醇工业得到迅速发展。1990年乙醇产量从1979年的1000×104gal迅速增加到的817×108gal。目前美国已在推广使用E85型混合车用燃料，即用85%的燃料乙醇，配15%的汽油。

2007年1月，美国总统布什在《国情咨文》中宣称，美国计划在今后10年中将其国内的汽油消费量减少20%，其中15%通过使用替代燃料实现，计划到2017年燃料乙醇的年使用量达到1325×108L，是目前年使用量的7倍。布什还提出，在2025年以前用燃料乙醇替代从中东进口石油的75%的远期目标。2007年3月，欧盟27国出台了新的共同能源政策，计划到2020年实现生物燃料乙醇使用量占车用燃料的10%。加拿大

在汽油中添加乙醇始于1981年，当时曼尼托巴的一些零售商开始推销乙醇混合燃料。到1987年，西部四省大约有250个加油站提供乙醇混合燃料。1992年，市场开始引进乙醇燃料，1995年，一些零售商开始供应乙醇混合汽油。根据2004年加拿大自然资源部的一份报告，大约有分布在6个省的1400个乙醇混合汽油加油站，每年共销售2145×108L乙醇。巴西已通过立法，在全国范围使用乙醇汽油，乙醇添加量达到20%~24%，燃料乙醇年产量达到160×108L。巴西是目前世界上最大的燃料乙醇生产国和出口国。巴西已将日本、中国、俄罗斯、印度、南非和美国等，列为巴西未来的燃料乙醇和生物柴油的出口市场。2004年，巴西出口燃料乙醇19×108L，2005年增加到21×108L，2006年预计达到28×108L，到2015年将提高至85×108L。

巴西是石油资源贫乏国家之一，早在20世纪20年代，巴西就开始在汽车中应用乙醇/汽油混合燃料。第二次世界大战之后，随着石油供应的缓和，巴西乙醇/汽油混合燃料的应用停滞不前，直到1974年第一次世界石油危机，才促使巴西政府下决心推行乙醇汽油计划。1975年11月，巴西政府以法令形式颁布了“国家乙醇燃料计划”，初期以20%体积比将无水乙醇加入汽油中，1993年提高到22%，2002年将上限提高到25%。巴西乙醇汽油中的乙醇比例是目前世界上最高的。巴西是目前世界上最大的燃料乙醇生产和消费国之一，也是世界上唯一不使用纯汽油作为汽车燃料的国家，它的主要燃料为4种:纯乙醇(含水乙醇)、乙醇汽油(22%乙醇+78%汽油)、MEG燃料(60%乙醇+33%甲醇+7%汽油)和柴油。目前，巴西使用乙醇汽油的车辆约600万辆，使用乙醇燃料的车辆达200多万辆。巴西还成功地将乙醇燃料的使用推向了航空和其他领域。我国借鉴美国的经验，选择加10%的比例，不改变汽车供油装置，不影响动力性能，以便于各省区根据不同情况平稳过渡推广。

而中国目前已经有黑龙江、吉林、辽宁、安徽和河南五个省在推广乙醇汽油。湖北、山东、河北和江苏四省也在27个地、市试点推广乙醇汽油。2001年我国作出实施车用汽油添加燃料乙醇的决定。同时国家质量技术监督局颁布了“变性燃料乙醇”和“车用乙醇汽油”两个国家标准。专家表示，如果在汽油中加入燃料乙醇，汽油中含氧量将增加，作为尾气的一氧化碳和碳氢化合物会燃烧更充分，汽车尾气中的这两项指标可以分别下降3.08%和13.04%，污染物的排放浓度明显减少。

中国开发生物燃料乙醇的热潮也在近两年骤然升温。2005年，中国生产燃料乙醇125×104t，2006年增长到133×104t。中国燃料乙醇的消费量已占汽油消费量的20%左右，成为继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和消费国。

乙醇燃料是一类前景可观的新型清洁燃料，有害气体排放少，原料来源广泛，可以

作为石油替代燃料缓解石油危机造成的能源短缺，具有非常广阔的发展前景。目前世界上的乙醇燃料项目虽然已经取得了一些理论成果，但依然缺乏实践经验，问题依然层出不穷，有待有志之士去解决和克服。只有通过不断的研究、应用和实践及国家政策的支持，取得富足可靠的经验，乙醇燃料产业才能全面有效健康地发展，成为未来多元化能源结构中的一员，为保障我国乃至世界的能源安全贡献应有的力量。

乙醇也可以催化制氢，其存在着很多问题，如在理论上有多种途径，但是研究得最多的还是水蒸汽重整制氢及其热力学分析，催化剂类型也比较单一，主要集中在Cu基催化剂，活性也并不理想，对贵金属催化剂仅考察了Rh担载型催化剂，然而该催化剂所需的反应温度也较高。对两种类型催化剂仅仅进行了初步研究，还未涉及到深入反应动力学和反应机理。因此在今后的工作中，对乙醇水蒸汽重整制氢反应应侧重以下两方面的研究:○1丰富催化剂体系，寻找有效且稳定的低温转化催化剂，如以Ni、Rh等为主活性组分的催化剂、○2建立反应动力学模型，探索反应机理。另外，探索其他反应路线如乙醇的部分氧化制氢或将水蒸汽重整和部分氧化有效地结合起来也是重要的发展方向。和乙醇的水蒸汽重整相比，乙醇部分氧化制氢为放热反应，因而具有启动快、效率高、可自供热、便于小型化等诸多优点，所以乙醇部分氧化制氢反应对于燃料电池电动车氢源的研究有重要意义，将是今后发展的主要方向。从目前结果来看，有可能用于乙醇部分氧化制氢的过程，使乙醇制氢成为一种较有潜力的制氢方法。然而不论选择何种反应路线筛选出高效且稳定的低温催化剂将是最关键的问题。

燃料电池技术是一种绿色能源技术，与内燃机和普通电池相比，燃料电池直接将化学能转化为电能，不通过热机过程，不受卡诺循环的限制、既可像电池一样安静、清洁地提供电力，又可像内燃机一样重新添加燃料。在解决经济发展与能源短缺及环境污染之间矛盾的问题上有着巨大潜力[38]。直接乙醇燃料电池(DEFC)作为燃料电池中的一种类型，直接以来源丰富、毒性低、含氢量高的乙醇作为燃料，具有高效、环境友好的特点。DEFC对解决能源短缺和环境保护具有重要意义，在小型独立电源、国防通讯、单兵作战武器电源以及移动电话、摄像机和笔记本电脑电源等领域，具有广阔的应用前景，被列在未来世界十大科技之首[39]。

乙醇应用方面以燃料乙醇为主。世界燃料乙醇的主要发展国家有美国、巴西、欧盟和我国的发展动态，认为该产业近年来受世界金融危机的影响发展步伐总体趋缓。美国和巴西，作为位居世界燃料乙醇行业前列的国家，其产量和消费量增速近年均明显变缓，其中，欧盟各国燃料乙醇产业虽然快速发展，但总量不大，在生物燃料总的份额中所占比例很低。我国对燃料乙醇产业的发展较为积极，进行了一些试点和产业化示范，产量

位居世界第三位。当然，对于我国发展燃料乙醇产业应当注重技术研发，突破产业化瓶颈，并充分考虑我国人多地少的基本国情，合理控制燃料乙醇产业的发展规模和产业化步伐。

在乙醇的制法中主要说明了合成气合成法生产乙醇。合成气合成法生产乙醇，不仅可以充分利用丰富的合成气，而且可以生产国家急需的替代燃料，保障燃料供应和国家的能源安全。关键问题是加强合成气生产乙醇的基础研究与工程示范，取得关键技术的重大突破。尽管国内外研究人员已针对这一问题，进行了广泛探索，取得了重要成果，但是仍然存在着许多问题。只要加以重视、潜心研究，就一定会取得突破，促使合成法生产乙醇技术的早日工业化和生产应用。

而在分离技术，采用普精馏的方法无法达到制取无水乙醇的要求，上述分离技术中以节能为主，其中多效萃取精馏法节能效果显著，对已有的工厂进行改造，有很强的吸引力；热偶合共沸精馏法所需分离设备少，比传统的共沸精馏法耗能低，但节能效果不如多效萃取精馏法，这两种节能型精馏法均需对塔压进行控制。膜法分离技术有很好的工业化应用前景，国内学者应多致力于中试方面的研究，加速实现工业化。附法能耗低，有发展前途，但尚处于实验研究阶段，离工业化还有一段距离。

2 设计计算

2.1 塔型选择

根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为16666.67kg/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，故选用浮阀塔。

2.2 操作条件的确定

2.2.1 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，塔顶压力为Pa

5

.1 。

01325

10

2.2.2 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。

2.2.3 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；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。2.2.4 热能利用

精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。

2.3 有关的工艺计算

由于精馏过程的计算均以摩尔分数为基准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。

原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率x

乙醇M c=46.07 kg/kmol，水M w=18.02 kg/kmol

乙醇精馏塔设计毕业论文

乙醇精馏塔设计毕业论文 目录 摘要................................................................. I Abstract............................................................. II 第一章绪论 (1) 1.1 设计的目的和意义 (1) 1.2 产品的性质及用途 (1) 1.2.1 物理性质 (1) 1.2.2 化学性质 (2) 1.2.3 乙醇的用途 (2) 第二章工艺流程的选择和确定 (3) 2.1 粗乙醇的精馏 (3) 2.1.1 精馏原理 (3) 2.1.2 精馏工艺和精馏塔的选择 (3) 2.2 乙醇精馏流程 (5) 第三章物料和能量衡算 (7) 3.1 物料衡算 (7) 3.1.1 粗乙醇精馏的物料平衡计算 (7) 3.1.2 主塔的物料平衡计算 (8) 3.2 主精馏塔能量衡算 (9) 3.2.1 带入热量计算 (9) 3.2.2 带出热量计算 (10) 3.2.3 冷却水用量计算 (10) 第四章精馏塔的设计 (11) 4.1 主精馏塔的设计 (11) 4.1.1 精馏塔全塔物料衡算及塔板数的确定 (11) 4.1.2 求最小回流比及操作回流比 (12) 4.1.3 气液相负荷 (12) 4.2 求操作线方程 (12) 4.3 图解法求理论板 (13) 4.3.1 塔板、气液平衡相图 (13) 4.3.2 板效率及实际塔板数 (14) 4.4 操作条件 (14) 4.4.1 操作压力 (14) 4.4.2 混合液气相密度 (15) 4.4.3 混合液液相密度 (16) 4.4.4 表面力 (16)

化工原理乙醇水_课程设计汇总

化工原理课程设计 分离乙醇-水混合物精馏塔设 计 学院：化学工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 时间： 2012年6月13日星期三 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计 二、原始数据： a）原料液组成：乙醇 20 % 产品中：乙醇含量≥94% 残液中≤4% b）生产能力：6万吨/年 c）操作条件 进料状态：自定操作压力：自定 加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定 三、设计说明书内容： a）概述 b）流程的确定与说明 c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔） d) 塔径的计算 e）1）塔板结构计算； a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算；

a 压力降； b 喷淋密度计算 f ）其它 （1） 热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算 （2） 冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔） （3） 除沫器设计 g ）料液泵的选型 h ）计算结果一览表 第一章 课程设计报告内容 一、精馏流程的确定 乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 二、塔的物料衡算 (一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (二) 平均摩尔质量 (三) 物料衡算 总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得 三、塔板数的确定 (一) 理论塔板数T N 的求取 根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图 乙醇—水气液平衡数据

(完整版)年产45万吨乙醇精馏工段工艺设计毕业设计

年产45万吨乙醇精馏工段工艺设 计 The Process Design of Ethanol Refining Section of 450 kt/a

目录 摘要 ....................................................................................................................... Abstract ................................................................................................................引言 .......................................................................................................................第一章绪论....................................................................................................... 1.1 国内乙醇工业的发展现状 ....................................................................................... 1.2 精馏塔的相关概述 ................................................................................................... 1.2.1精馏原理及其在化工生产上的应用..................................................................... 1.2.2精馏塔对塔设备的要求......................................................................................... 1.2.3常用板式塔类型及本设计的选型......................................................................... 1.2.4本设计所选塔的特性.............................................................................................第二章工艺流程选择与原材料的计算............................................................. 2.1 乙醇精馏工艺流程的概述 ....................................................................................... 2.2 乙醇原料的计算 ..................................................................................................... 2.2.1理论玉米秸秆葡萄糖消耗量................................................................................. 2.2.2实际玉米秸秆耗量 .................................................................................................第三章精馏设备的设计内容............................................................................. 3.1 塔板的工艺设计 ....................................................................................................... 3.1.1精馏塔全塔物料衡算............................................................................................. 3.1.2理论塔板数的确定 ................................................................................................. 3.1.3精馏塔操作工艺条件及相关物性数据的计算..................................................... 3.1.4塔板主要工艺结构尺寸的计算.............................................................................

乙醇-水精馏塔课程设计

燕京理工学院 Yanching Institute of Technology （2017）届制药工程专业课程设计任务书 题目：乙醇——水混合液精馏塔设计 学院：化工与材料工程学院专业：制药1301 学号： 4 姓名：张世宇 指导教师：林贝 教研室主任（负责人）：林贝

2016 年09月25 日

化工原理课程设计 乙醇——水混合液精馏塔设计 张世宇 制药工程1301班学号3 指导教师林贝 摘要 本设计是以乙醇――水混合液为设计物系，以筛板塔为精馏设备分离乙醇和水。筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇－－水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。 关键词：乙醇-水精馏筛板塔连续精馏塔板设计

目录 前言 (1) 第１章设计任务书 (2) 第2章设计方案的确定及流程说明 (4) 第节设计方案的确定 (4) 第节设计流程 (6) 第3章精馏塔的工艺设计 (8) 第节精馏塔的物料衡算 (8) 第节理论板的计算 (9) 第节平均参数的计算 (16) 第节塔径的初步设计 (21) 第节塔高的计算 (24) 第４章塔板结构设计 (26) 第节溢流装置计算 (26) 第节塔板及筛板设计 (27) 第节塔板流体力学验算 (29) 第5章塔板负荷性能图 (32) 第节雾沫夹带线 (32) 第节液泛线 (33) 第节液相负荷上限线 (34)

第节漏液线 (34) 第节液相负荷下限线 (34) 第节塔板负荷性能图 (35) 第6章附属设备设计 (35) 第6．1节冷凝器 (35) 第节再沸器 (37) 第7章设计结果汇总 (39) 第节各主要流股物性汇总 (39) 第节筛板塔设计参数汇总 (39)

乙醇水溶液提纯精馏塔设计毕业设计

乙醇水溶液提纯精馏塔设计毕业设计 目录 1.绪论 (1) 1.1.设计背景 (1) 1.2.设计意义 (1) 1.3.设计步骤 (1) 2.精馏塔设计计算 (2) 2.1.精馏流程的确定 (2) 2.2.塔的物料衡算 (2) 2.2.1.查阅文献，整理有关物性数据 (2) 2.2.2.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (3) 2.2.3. 平均摩尔质量 (3) 2.2.4. 物料衡算 (3) 2.3. 塔板数的确定 (3) 2.3.1. 乙醇—水物系的气液平衡数据 (4) 2.3.2. 求最小回流比及操作回流比 (4) 2.3.3. 求精馏塔的气液相负荷 (4) 2.3.4. 求操作线方程 (4) 2.3.5. 图解法求理论塔板层数 (4) 2.3.6. 求实际塔板数 (5) 2.4 塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 2.4.1. 操作压力 (6) 2.4.2. 平均摩尔质量 (7) 2.4.3. 平均密度 (7) 2.4. 3.1 .....................................................气相密度7 2.4. 3.2 ................................................. 液相平均密度7 2.4.4. 液体表面力 (8) 2.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9) 2.5.1. 塔径的计算 (9) 2.5.2. 精馏塔有效高度的计算 (9) 2.6 塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 2.6.1. 堰长 (9) 2.6.2. 溢流堰高度 (10) 2.6.3. 弓形降液管宽度和截面积 (10) 2.6.4. 降液管底隙高度 (11) 2.7 塔板布置 (11) 2.7.1. 塔板的分块 (12) 2.7.2. 边缘区宽度确定 (12)

乙醇—水溶液精馏塔设计[精选.]

第一章绪论 (2) 一、目的： (2) 二、已知参数： (2) 三、设计内容： (2) 第二章课程设计报告内容 (3) 一、精馏流程的确定 (3) 二、塔的物料衡算 (3) 三、塔板数的确定 (4) 四、塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 五、精馏段气液负荷计算 (10) 六、塔和塔板主要工艺尺寸计算 (10) 七、筛板的流体力学验算 (15) 八、塔板负荷性能图 (18) 九、筛板塔的工艺设计计算结果总表 (22) 十、精馏塔的附属设备及接管尺寸 (22) 第三章总结 (23) .

乙醇——水连续精馏塔的设计 第一章绪论 一、目的： 通过课程设计进一步巩固课本所学的内容，培养学生运用所学理论知识进行化工单元过程设计的初步能力，使所学的知识系统化，通过本次设计，应了解设计的内容，方法及步骤，使学生具有调节技术资料，自行确定设计方案，进行设计计算，并绘制设备条件图、编写设计说明书。 在常压连续精馏塔中精馏分离含乙醇25%的乙醇—水混合液，分离后塔顶馏出液中含乙醇量不小于94%，塔底釜液中含乙醇不高于0.1%（均为质量分数）。 二、已知参数： （1）设计任务 ●进料乙醇 X = 25 %（质量分数，下同） ●生产能力 Q = 80t/d ●塔顶产品组成 > 94 % ●塔底产品组成 < 0.1 % （2）操作条件 ●操作压强：常压 ●精馏塔塔顶压强：Z = 4 KPa ●进料热状态：泡点进料 ●回流比：自定待测 ●冷却水： 20 ℃ ●加热蒸汽：低压蒸汽，0.2 MPa ●单板压强：≤ 0.7 ●全塔效率：E T = 52 % ●建厂地址：南京地区 ●塔顶为全凝器，中间泡点进料，筛板式连续精馏 三、设计内容： （1）设计方案的确定及流程说明 （2）塔的工艺计算

精馏塔的设计(毕业设计)讲义

精馏塔尺寸设计计算 初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。 由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。 4.2.1 操作理论板数和操作回流比 初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。 （1）最少理论板数N m 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。 式中x D,l，x D,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数； x W,l，x W,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数； αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥发度； N m——系统最少平衡级（理论板）数。 塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度： 由式（4－9）得最少理论板数： 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数N m应较小，则最少理论板数：。 （2）最小回流比 最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比R m，可用Underwood法计算。此法需先求出一个Underwood参数θ。 求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。

式中——进料（包括气、液两相）中i组分的摩尔分数； c——组分个数； αi——i组分的相对挥发度； θ——Underwood参数； ——塔顶馏出物中i组分的摩尔分数。 进料状态为泡点液体进料，即q=1。取塔顶与塔釜温度的加权平均值为进料板温度（即计算温度），则 在进料板温度109.04℃下，取组分B（H2O）为基准组分，则各组分的相对挥发度分别为αAB=2.1，αBB=1，αCB=0.93，所以 利用试差法解得θ=0.9658，并代入式（4－11）得 （3）操作回流比R和操作理论板数N0 操作回流比与操作理论板数的选用取决于操作费用与基建投资的权衡。一般按R/R m=1.2～1.5的关系求出R，再根据Gilliland关联[20]求出N0。 取R/R m=1.2，得R=26.34，则有： 查Gilliland图得 解得操作理论板数N0=51。 4.2.2 实际塔板数 （1）进料板位置的确定 对于泡点进料，可用Kirkbride提出的经验式进行计算。

化工原理课程设计(乙醇_水溶液连续精馏塔优化设计)

专业资料 化工原理课程设计题目乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计

目录 1.设计任务书 (3) 2.英文摘要前言 (4) 3.前言 (4) 4.精馏塔优化设计 (5) 5.精馏塔优化设计计算 (5) 6.设计计算结果总表 (22) 7.参考文献 (23) 8.课程设计心得 (23)

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： 16000 （吨/年） 2．料液浓度： 40 （wt%） 3．产品浓度： 92 （wt%） 4．易挥发组分回收率： 99.99% 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：1.03 atm（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 （某大学化学化工学院） 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题设备设计。 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.

乙醇水精馏塔设计化工原理课程设计

题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间： 化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。

3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4) 1概述 (5) 1.1设计目的 (5) 1.2塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1流程简介 (7) 2.2工艺参数选择 (8) 3工艺计算 (8) 3.1物料衡算 (8) 3.2理论塔板数的计算 (8) 3.2.1查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) 3.2.2q线方程 (9) 3.2.3平衡线 (9) 3.2.4回流比 (10) 3.2.5操作线方程 (11) 3.2.6理论板数的计算 (11) 3.3实际塔板数的计算 (11) 3.3.1全塔效率ET (11) 3.3.2实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13)

毕业设计--精馏塔的工艺和机械设计

毕业设计（论文） 2013 届 题目CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计专业化工设备与维修技术

毕业论文（设计）任务书 1、论文（设计）题目：CS2和CCl4精馏塔的工艺 和机械设计 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4 完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字：

CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计 摘要：本次设计的目的是通过精馏操作来完成二硫化碳和四氯化碳混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分二硫化碳。精馏是利用混合液中各组分挥发度不同而达到分离要求的一种单元操作。本设计详细阐述了设计的各部分内容，计算贯穿在整个设计中。本设计包括蒸馏技术的概述、精馏塔工艺尺寸的计算、塔板校核、精馏塔结构的设计、筒体及各部件材料的选择、筒体各处开孔补强的设计、塔体机械强度的校核及精馏塔装配图的绘制等主要内容。 关键字：精馏塔，塔板校核，开孔补强，机械强度。

目录 1.概论 (1) 1.1蒸馏技术背景、基本概念和分类 (1) 1.1.1蒸馏技术背景 (1) 1.1.3蒸馏技术分类 (1) 1.2塔设备的作用和类型 (2) 1.2.1塔设备的作用 (2) 1.2.2塔设备的类型 (2) 1.3蒸馏技术节能 (3) 1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 (3) 1.5本设计中的方案选择 (4) 2.精馏塔设计任务书 (6) 2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计 (6) 2.2设计任务及操作条件 (6) 2.3设计内容 (6) 2.4设计基础数据 (7) 3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 (8) 3.1.物料衡算 (8) 3.2全塔物料衡算 (8) 3.3塔板数的确定 (8) 3.4塔工艺条件及物性数据计算 (11) 3.4.1操作压强的计算P m (11) 3.4.3精馏塔气相密度 (11) 3.4.4精馏塔液相密度 (11) 3.5精馏塔气液负荷计算 (12) 3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (13) 3.6.1塔径的计算 (13) 3.6.2塔高计算 (14)

乙醇精馏塔设计(1)资料

化工原理课程设计 设计题目：乙醇精馏塔 前言 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。 精馏塔的工作原理是根据各混合气体的汽化点（或沸点）的不同，控制塔各节的不同温度，达到分离提纯的目的。 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。 要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。 本设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，调试出塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

化工原理乙醇水课程设计汇总定稿版

化工原理乙醇水课程设 计汇总 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

化工原理课程设计 分离乙醇-水混合物精馏塔设计 学院：化学工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 时间： 2012年6月13日星期三 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：分离乙醇-水混合物精馏塔设计 二、原始数据： a）原料液组成：乙醇 20 % 产品中：乙醇含量≥94% 残液中≤4% b）生产能力：6万吨/年 c）操作条件 进料状态：自定操作压力：自定

加热蒸汽压力：自定冷却水温度：自定 三、设计说明书内容： a）概述 b）流程的确定与说明 c）塔板数的计算（板式塔）；或填料层高度计算（填料塔） d) 塔径的计算 e）1）塔板结构计算； a 塔板结构尺寸的确定； b塔板的流体力学验算；c塔板的负荷性能图。 2）填料塔流体力学计算； a 压力降； b 喷淋密度计算 f）其它 （1）热量衡算—冷却水与加热蒸汽消耗量的计算 （2）冷凝器与再沸器传热面的计算与选型（板式塔） （3）除沫器设计 g）料液泵的选型 h）计算结果一览表

第一章 课程设计报告内容 一、精馏流程的确定 乙醇、水混合料液经原料预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向沸热器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。 二、塔的物料衡算 (一) 料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数 (二) 平均摩尔质量 (三) 物料衡算 总物料衡算 F W D =+ 易挥发组分物料衡算 F x W x D x F w D =+ 联立以上三式得 三、塔板数的确定 (一) 理论塔板数T N 的求取 根据乙醇、水的气液平衡数据作y-x 图 乙醇—水气液平衡数据

化工原理课程设计乙醇水精馏塔设计

化工原理课程设计 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间：2010、12、20-2011、1、6

化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2 图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4)

1概述 (5) 1.1 设计目的 (5) 1.2 塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1 流程简介 (7) 2.2 工艺参数选择 (8) 3 工艺计算 (9) 3.1物料衡算 (9) 3.2理论塔板数的计算 (10) 3.2.1 查找各体系的汽液相平衡数据 (10) 如表3-1 (10) 3.2.2 q线方程 (9) 3.2.3 平衡线 (11) 3.2.4 回流比 (12) 3.2.5 操作线方程 (12) 3.2.6 理论板数的计算 (12) 3.3 实际塔板数的计算 (13) 3.3.1全塔效率ET (13) 3.3.2 实际板数NE (14) 4塔的结构计算 (15) 4.1混合组分的平均物性参数的计算 (15) 4.1.1平均分子量的计算 (15) 4.1.2 平均密度的计算 (16) 4.2塔高的计算 (17) 4.3塔径的计算 (17) 4.3.1 初步计算塔径 (17) 4.3.2 塔径的圆整 (18) 4.4塔板结构参数的确定 (19) 4.4.1溢流装置的设计 (19) 4.4.2塔盘布置（如图4-4） (20) 4.4.3 筛孔数及排列并计算开孔率 (21) 4.4.4 筛口气速和筛孔数的计算 (21) 5 精馏塔的流体力学性能验算 (22) 5.1 分别核算精馏段、提留段是否能通过流体力学验算 (22) 5.1.1液沫夹带校核 (22) 5.2.2塔板阻力校核 (23) 5.2.3溢流液泛条件的校核 (25) 5.2.4 液体在降液管内停留时间的校核 (26) 5.2.5 漏液限校核 (26) 5.2 分别作精馏段、提留段负荷性能图 (26) 5.3 塔结构数据汇总 (29) 6 塔的总体结构 (30) 7 辅助设备的选择 (31) 7.1塔顶冷凝器的选择 (31) 7.2塔底再沸器的选择 (32) 7.3管道设计与选择 (33)

苯-氯苯连续精馏塔设计毕业论文外文翻译

学号： HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕业设计外文翻译 G RADUATE D ESIGN F OREIGN L ANGUAGE T RANSLATION 设计题目：苯-氯苯连续精馏塔设计 学生姓名： 专业班级： 学院：机械工程学院 指导教师： 2012年5月26日

气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔、筛板塔，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费还是所有消耗的钢材重量，在整个过程装备中所占的比例都相当高。 精馏是分离液体混合物最常用一种作，在化工、炼油等工业中应用很广。它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发的由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。 本设计是笨-氯苯连续分离精馏塔，而氯苯是一种重要的基本有机合成原料，用作染料、医药、农药、有机合成中间体。用于制造苯酚、硝基氯苯、二硝基氯苯、苯胺、硝基酚及杀虫剂滴滴涕等，也用作乙基纤维素和许多树脂的溶剂。氯苯的下游产品中，硝基氯化苯是氯苯的主要消费用户，对硝基氯化苯是重要的染料、农药、医药的中间体。以对硝基氯化苯为原料可以生产对硝基苯酚、对硝基苯胺、对氨基苯酚、对苯二胺、对氨基苯甲醚和对氨基苯乙醚等一系列有机化工产品。但由于用苯氯化法制氯苯后，苯和氯苯互溶，因此需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯。 首先，苯和氯苯的原料在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下

化工原理课程设计乙醇和水

设计任务书 (一) 设计题目： 试设计一座乙醇-水连续精馏塔提纯乙醇。进精馏塔的料液含乙醇25% （质量分数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于94% ；残液中乙醇含量不得高于0.1% ；要求年产量为17000吨/年。 (二) 操作条件 1) 塔顶压力4kPa（表压） 2) 进料热状态自选 3) 回流比自选 4) 塔底加热蒸气压力0.5Mpa（表压） 5) 单板压降≤0.7kPa。 (三) 塔板类型 自选 (四) 工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。 (五) 设计内容 1、设计说明书的内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2、设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A2号图纸）； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A2号图纸）。

目录 1. 设计方案简介 (1) 1.1设计方案的确定 (1) 1.2操作条件和基础数据 (1) 2.精馏塔的物料衡算 (1) 2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (1) 2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (1) 2.3物料衡算 (2) 3.塔板数的确定 (2) 3.1理论板层数N T的求取 (2) 3.1.1 求最小回流比及操作回流比 (2) 3.1.2 求精馏塔的气、液相负荷 (3) 3.1.3 求操作线方程 (3) 3.1.4 图解法求理论板层数 (3) 3.2 塔板效率的求取 (4) 3.3 实际板层数的求取 (5) 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (5) 4.1操作压力计算 (5) 4.2 操作温度计算 (5) 4.3 平均摩尔质量的计算 (5) 4.4 平均密度的计算 (6) 4.4.1 气相平均密度计算 (6) 4.4.2 液相平均密度计算 (6) 4.5液体平均表面张力计算 (7) 4.6液体平均黏度计算 (7) 5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8) 5.1塔径的计算 (8)

精馏塔设计图(参考)

1 / 2 ∠1∶１０ 设计数量 职务姓名日期制图校核审核审定批准 比例 图幅 1∶20 A1 版次 设计项目设计阶段 毕业设计施工图 精馏塔 重量（Kg） 单件总重备注 件号 图号或标准号 名称 材料1 2345基础环 筋板盖板垫板静电接地板14824241Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A·F 16MnR Q235-A 6 789 10111213 14151617JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97HG5-1373-80引出孔 φ159×4.5引出管 DN40法兰 PN1.0，DN40排气管 φ80接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20液封盘 塔釜隔板筒体 φ1600×16进料管 DN32法兰 PN1.0，DN32吊柱 111411111111 6.723.931.55322.7 94.2374.19140.62.97 5.382.364.67 1.170.411.0321.9376181210.69 2.02380Q235-A·F Q235-A 1111111311177511组合件16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 45Q235-A·F Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 组合件Q235-A 111111224Q235-A 16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 1819202122232425 2627282930313233343536 3738394041 扁钢 8×16HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93HG8162-87JB/T4737-95HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93JB/T4736-95HG21515-95HJ97403224-3HJ97403224-7JB/T4734-95JB4710-92JB4710-921Q235-A HG20652-1998JB/ZQ4363-86上封头DN1600×16接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20出气管 DN600法兰 PN1.0，DN600接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20气体出口挡板回流管 DN45法兰 PN1.0，DN45补强圈 DN450×8人孔 DN450塔盘接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20下封头DN1600×16裙座筒体 法兰 PN1.0，DN20引出管 DN20引出孔 φ133×4检查孔 排净孔地脚螺栓M42×4.5GB704-88370.70.411.0382.3248.10.411.031.874.150.962.36118.3 310.10.411.03370.738021.032.612.2442.540.6 16.944.3δ=8 1 40 6 23 45 41 39 38 37789 10 1112 3635 34 33 3213 14 31 15 1630 2917 28 2726 25 24 2318 19 202122 a b c d e f i g h j1 k l n m5 m7 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 技术要求 1、本设备按GB150-1998《钢制压力容器》和HG20652-95《钢制化工容器制造技术要求》进行 制造、试验和验收，并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》的监督；2、焊条采用电弧焊，焊条牌号E4301； 3、焊接接头型式及尺寸，除图中标明外，按HG20583-1998规定，角焊缝的焊接尺寸按较薄板 厚度，法兰焊接按相应法兰中的规定； 4、容器上A、B类焊缝采用探伤检查，探伤长度20%； 5、设备制造完毕后，卧立以0.2MPa进行水压试验； 6、塔体直线允许度误差是H/1000，每米不得超过3mm，塔体安装垂直度允差是最大30mm； 7、裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔或任意两弦长允差为2mm； 8、塔盘制造安装按JB1205《塔盘技术条件》进行； 9、管口及支座方位见接管方位图。 技术特性表 管口表 总质量：27685 Kg e m1-7a f i g h j2n j4 l j3 k j1 b c d j3 序号 项 目指 标11 109 87654 3 21设计压力 MPa 设计温度 ℃工作压力 MPa 工作温度 ℃工作介质主要受压元件许用应力 MPa 焊缝接头系数腐蚀裕量 mm 全容积 m 容器类别 0.11500.027102 筒体、封头、法兰1700.58157.9327符号公称尺寸连接尺寸标准紧密面 型式用途或名称b c d e f g h i j1-4k l m1-7n 2060020453220202020402045040 HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97 HG21515-95凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹 温度计口气相出口压力计口回流口进料口液面计口液面计口温度计口排气管口至再沸器口出料口人孔再沸器返回口 313028263335373929 2732 3436 38404142 43 444546 474849 505125 24 2322 21201918 1716 151******** 8 7654 32114m6 m7 m5 m4 m3 m2 m1 1 2 3 4 5 30 31 32 33 3435 5051管口方位示意图 A、B类焊缝 1：2 整体示意图1：2 Ⅵ Ⅴ 1：5 1：5 Ⅳ A B B向 A向 Ⅲ 1：5 Ⅱ 1：5 Ⅰ 1：10 平台一 平台二 357 2901

乙醇精馏塔-毕业设计

摘要 乙醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，在国民经济中占有十分重要的地位。随着乙醇工业的迅速成熟，各种制乙醇的方法相继产生。由于乙醇与水混合物的特殊性，即相对挥发度的不同且在一定浓度时生成共沸物，精馏操作一直是乙醇生产不可缺少的工序。 本设计的主要内容是根据20万吨乙醇生产工艺的需求，通过物料衡算和热量衡算以及板式浮阀塔设计的理论知识来设计浮阀塔，并由负荷性能图来进行校验。此外，本设计遵循经济、资源综合利用、环保的原则，严格控制工业三废的排放，充分利用废热，降低能耗，提高工艺的可行性。 关键词：乙醇精馏；浮阀塔；塔附件设计

Abstract Ethanol is a very important organic chemical raw material, but also a fuel, in the national economy occupied a very important position. With the rapid ethanol industry matures, various methods have been found. As a characteristic of a mixture of ethanol and water, the difference of the relative volatility and is generated in a certain concentration azeotrope, distillation operation has been indispensable step of ethanol production. The design of the main content is based on 200,000 tons of ethanol production technology，which needs through material balance and energy balance and the plate valve column design theory to design the float valve column by load performance diagrams for verification. In addition, the design follows the economy, resource utilization, environmental protection principles, strictly control industrial waste emissions, the full use of waste heat, reduce energy consumption and improve the feasibility of the process. Keywords: Ethanol distillation，Valve column，Design