乙醇-水精餾塔設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目： 乙醇水精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者： 專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2006年6月19日化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目：乙醇水精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件系統(tǒng)進(jìn)料：25ºC處理量： 25，000噸/年進(jìn)料濃度：28%乙醇（質(zhì)量） 處理要求：塔頂乙醇濃度 94% （質(zhì)量） 塔底乙醇濃度 0.1%（質(zhì)量）塔頂壓強(qiáng)：4kPa(表壓)進(jìn)料狀態(tài)： 泡點(diǎn)進(jìn)料回流比： 1.7Rmin冷卻水溫： 28ºC加熱蒸汽： 0.2 MPa（表壓）設(shè)備形式： 篩板塔年工作時(shí)： 7200小時(shí)年工作日： 300天（連續(xù)操作）塔頂冷凝器采用全凝器塔低再沸器為間接蒸汽加熱目錄一、 前

2、言二、 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介三、 工藝流程圖及說(shuō)明.四、 工藝計(jì)算及精餾塔設(shè)計(jì)1、 工藝條件.2、 汽液平衡數(shù)據(jù).3、 物料衡算.4、 實(shí)際塔板數(shù)確定5、 精餾塔內(nèi)汽液負(fù)荷計(jì)算6、 工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算7、 塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算8、 塔板負(fù)荷性能圖五、 輔助設(shè)備設(shè)選型計(jì)算六、 課程設(shè)計(jì)的其它問(wèn)題.七、 選用符號(hào)說(shuō)明八、 參考文獻(xiàn).九、 結(jié)束語(yǔ)前言 乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工業(yè)原料之一，與酸堿并重，它作為再生能源猶為受人們的重視。工業(yè)上常用發(fā)酵法（C6H10O5）n和乙烯水化法制取乙醇。乙醇有相當(dāng)廣泛的用途，除用作燃料，制造飲料和香精外，也是一種重要的有機(jī)化工原料，如用乙醇制造乙酸

3、、乙醚等；乙醇又是一種有機(jī)溶劑，用于溶解樹脂，制造涂料。眾所周知，在醫(yī)藥衛(wèi)生方面，乙醇作為消毒殺菌劑而造福于人類。人類餐飲飯桌上飲用各種酒品，乙醇也是其中不可或缺的組成部分，如：啤酒含35，葡萄酒含620，黃酒含815，白酒含5070（均為體積分?jǐn)?shù)）。據(jù)有關(guān)資料表明，乙醇對(duì)人體具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值?，F(xiàn)在，乙醇成為了一種新型替代能源乙醇汽油。按照我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調(diào)和而成。它可以有效改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锱欧?。它不影響汽車的行駛性能，還減少有害氣體的排放量。乙醇汽油作為一種新型清潔燃料，是目前世界上可再生能源的發(fā)展重點(diǎn)，符合

4、我國(guó)能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向，技術(shù)上成熟安全可靠，在我國(guó)完全適用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。乙醇精餾是生產(chǎn)乙醇中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是重要的化工單元。其工藝路線是否合理、技術(shù)裝備性能之優(yōu)劣、生產(chǎn)管理者及操作技術(shù)素質(zhì)之高低，均影響乙醇生產(chǎn)的產(chǎn)量及品質(zhì)。工業(yè)上用發(fā)酵法和乙烯水化法生產(chǎn)乙醇，單不管用何種方法生產(chǎn)乙醇，精餾都是其必不可少的單元操作。本次設(shè)計(jì)的精餾塔是為了精餾乙醇以得到高純度的乙醇，要求達(dá)到塔頂餾出物濃度（94%（wt）,塔底濃度（0.1%（wt）。本設(shè)計(jì)采用填料塔，與板式塔相比，填料塔有一下優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)能力大；（2）分離效率高；（3）壓力降小；（4）持液量小；（5）操作彈性

5、大。設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介工藝流程圖及說(shuō)明工藝計(jì)算及精餾塔設(shè)計(jì)1、工藝條件 正如前面設(shè)計(jì)任務(wù)書，本次設(shè)計(jì)工藝條件如下：進(jìn)料溫度： 25ºC處理量： 25，000噸/年進(jìn)料濃度： 28%乙醇（wt）處理要求： 塔頂乙醇濃度 94%（質(zhì)量） 塔底乙醇濃度 0.1%（質(zhì)量）塔頂壓強(qiáng)： 4kPa(表壓)進(jìn)料狀態(tài)： 泡點(diǎn)進(jìn)料回流比： 1.7Rmin 冷卻水溫： 28ºC加熱蒸汽： 0.2 MPa設(shè)備形式： 填料塔塔頂冷凝采用全凝器塔低再沸器為間壁加熱年工作日：300天（連續(xù)操作）年工作時(shí)：7200小時(shí)2、汽液平衡數(shù)據(jù)及t-x-y, x-y圖（1） 乙醇和水的汽液平衡數(shù)據(jù)如下：溫度t /

6、86;C乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)/ %溫度t / ºC乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)/ %液相xA汽相 yA液相xA汽相 yA1000.000.0081.532.7358.2695.51.9017.0080.739.6561.2289.07.2138.9179.850.7965.6486.79.6643.7579.751.9865.9985.312.3847.0479.357.3268.4184.116.6150.8978.7467.6373.8582.723.3754.4578.4174.7278.1582.326.0855.8078.1589.4389.43表一：乙醇水二元汽液平衡數(shù)據(jù)（2）作t-x-y

7、和 x-y圖3、全塔物料衡算（1）由質(zhì)量分?jǐn)?shù)求摩爾分?jǐn)?shù) 乙醇相對(duì)分子質(zhì)量 MA=46.07g/mol；水的相對(duì)分子質(zhì)量 MB=18.02 g/mol。 進(jìn)料、塔頂、塔底質(zhì)量分?jǐn)?shù)： =29%(wt%)；=94%；=0.1%。將以上計(jì)算結(jié)果列為下表物料位置進(jìn)料口塔頂塔釜摩爾分?jǐn)?shù)0.13200.85970.0004表二：進(jìn)料、塔頂、塔釡物料摩爾分?jǐn)?shù)（2）全塔物料衡算 進(jìn)料平均相對(duì)分子量：21.723 kg/kmol 進(jìn)料量：F =44.4mol/s 物料衡算： 解得：D=6.8mol/s, W=37.6mol/s6、工藝條件物性計(jì)算 工藝條件物性的計(jì)算包括：操作壓強(qiáng)、溫度、平均分子量、平均密度、液體

8、表面張力、液體黏度及表格。下面分別計(jì)算以上各個(gè)物性數(shù)據(jù)。6.1 溫度的計(jì)算為了考察精餾塔內(nèi)物質(zhì)的狀態(tài)性質(zhì)，需要計(jì)算塔內(nèi)各部分的溫度具體為：塔頂、進(jìn)料口、塔釡、精餾段平均溫度、提餾段平均溫度。 利用表一中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 ：=85.07 ºC (=0.1320)：78.21 ºC (=0.8579)：99.905ºC (=0.0004)可知塔內(nèi)的各個(gè)溫度為下：塔頂78.21ºC；進(jìn)料口 ºC；塔釡 ºC；精餾段平均溫度 ºC；提餾段平均溫度ºC。6.2 操作壓強(qiáng)乙醇、水的飽和蒸汽壓可以用下式計(jì)算： 式中：p為

9、蒸氣壓mmHg；A、B、C為常數(shù)；t為攝氏溫度（ºC）物質(zhì)名稱溫度范圍t/ ºC安托尼常數(shù)ABC乙醇-301508.044941554.3222.65水0608.107651750.286235.0水601507.966811668.21228.0表三：乙醇、水安托尼常數(shù)（摘自：物化實(shí)驗(yàn)）6.2.1 塔頂壓力：78.21 ºC，=0.8579由安托尼公式可以計(jì)算出該溫度下，100.845KP， 44.034KP假設(shè)該物系為理想物系：92.77KP6.2.2 進(jìn)料處：ºC，=0.1320同上，可以計(jì)算出該溫度下，131.469KP， 57.964KP67.

10、667KP6.2.3 塔釡：ºC， =0.0004（同上計(jì)算可得）224.455KP， 100.98KP101.029KP6.2.4 精餾段：ºC平均液相組成： 0.3157所以有115.315KP， 50.598KP70.94KP6.2.5 提餾段：ºC平均液相組成： 0.0436所以有 172.863KP， 76.998KP81.18KP6.3 平均分子量的計(jì)算 利用拉格朗日插值法，結(jié)合表一中數(shù)據(jù)，計(jì)算精餾段和提餾段內(nèi)平均汽液相組成。6.3.1 液相組成由以上計(jì)算可知精餾段和提餾段的液相組成分別為：0.3157，0.0436。汽相組成精餾段： 0.5783提餾

11、段： 0.2716所以精餾段和提餾段的平均液相組成分別為0.3157， 0.0436，0.5783，0.2716。6.3.2 計(jì)算平均分子量精餾段： 提餾段：6.4 平均密度 用下式計(jì)算密度，混合液密度： 混合氣密度：。其中：a為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為平均相對(duì)分子質(zhì)量不同溫度下乙醇和水的密度如下表(表示乙醇，表示水)溫度/ ºC/kg/m3/kg/m3溫度/ ºC/kg/m3/kg/m380735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3表四：不同溫度下乙醇和水的密度求ºC ，ºC下乙醇和水的平均密度：º

12、;C， =733.39 kg/m3 =970.75 kg/m3同理：ºC ，722.01 kg/m3 963.58kg/m3精餾段：液相：= =826.04 kg/m3汽相：=1.177 kg/m3 提餾段：液相 = =931.18kg/m3氣相 =kg/m36.5 混合液體表面張力二元有機(jī)物水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算：式中：， ， ， ， ， 式中：下角標(biāo)w，o，s分別代表水、有機(jī)物及表面部分，分別表示主體部分的分子含量，指主體部分的摩爾分子體積，為水、有機(jī)物的表面張力，對(duì)乙醇=2。乙醇、水的表面張力和溫度的關(guān)系如下表溫度/ºC708090100乙醇的表面張力/ 10

13、-2N/m21817.1516.215.2水的表面張力/ 10-2N/m264.362.660.758.8表五：不同溫度下乙醇、水的表面張力精餾段：ºC =21.81cm3/mol，=46.07/1.177=39.14cm3/mol。乙醇的表面張力： =16.99×10-2N/m2水的表面張力： =62.29×10-2N/m2=0.661=lg0.661= -0.180 = -0.965= -0.180+(-0.9650)= -1.145 即 = -1.145，連解可以得到：0.234， 0.766帶入=0.234×62.291/4+0.766×

14、;16.991/4 23.965×10-2N/m2提餾段：ºC=19.35 cm3/mol， =46.07/0.855=53.88 cm3/mol乙醇表面張力： =15.95×10-2N/m2水的表面張力： =60.23×10-2N/m2= =6.99=lg6.99=0.8444 = -0.7727=0.8444-0.7727=0.0717 即 0.0717，連解可以得到：0.646， 0.354帶入=0.646×60.231/4+0.354×15.951/4 39.51×10-2N/m26.6 液體黏度6.6.1 塔頂：=

15、78.21 ºC 、=0.8579，查圖化工流體流動(dòng)與傳熱506頁(yè)，可查得在改溫度下，乙醇和水的粘度分別為：0.48mPa.s，0.33mPa.s0.4587mPa.s6.6.2 塔釡：ºC 、=0.0004，同（a）可得0.35mPa.s，0.27mPa.smPa.s6.6.3 精餾段平均黏度 由前面計(jì)算可知精餾段平均液相組成0.3157，查圖化工流體流動(dòng)與傳熱506頁(yè)，可知平均溫度下，乙醇和水的粘度分別為：0.46mPa.s，0.36mPa.s。精餾段平均粘度：0.3916mPa.s6.6.4 提餾段平均黏度由前面計(jì)算可知提餾段平均液相組成0.0436，查圖化工流體流動(dòng)

16、與傳熱506頁(yè)，可知平均溫度下，乙醇和水的粘度分別為：0.38mPa.s 0.30mPa.s。提餾段平均粘度：mPa.s全塔平均粘度：0.3475mPa.s7、 塔的物性數(shù)據(jù)列表位置項(xiàng)目進(jìn)料口塔頂塔釡精餾段提餾段操作壓強(qiáng)/kp66.66792.77101.02970.9481.18溫度/ ºC85.0778.2199.0581.6492.487平均分子量/kg/kmol氣相34.2425.64液相26.8619.24平均密度/kg/m3氣相1.1770.855液相826.04931.18表面張力/10-2N/m223.96539.51液體黏度/mPa.s0.45870.27000.3

17、9160.3035表六：塔內(nèi)物性數(shù)據(jù)4、塔板數(shù)的確定（1）從二元?dú)庖浩胶庀鄨D（x-y圖）可知，本乙醇水物系的最小回流比在精餾段操作線和x-y線相切的那點(diǎn)。通過(guò)CAD作圖可知切點(diǎn)Q（0.7473,0.7819），所以 =2.248=1.7=3.82（2）精餾段和提餾段操作線方程精餾段：0.7925+0.1784由精餾段操作線方程和q線方程（=0.1320）可確定提餾段操作線方程：（3）通過(guò)作圖法確定理論塔板數(shù)NT 通過(guò)作圖法可以求得理論塔板數(shù)為NT=21塊（包括再沸器），加料板為第五塊理論板（從下向上），精餾段為16塊，提餾段為4塊（不包括再沸器）。（4）求塔板效率 用經(jīng)驗(yàn)公式 計(jì)算塔板效率（a

18、）精餾段 0.3916mPa.s 0.421 （b）提餾段 0.3035 mPa.s 0.489 (5) 實(shí)際塔板數(shù) 精餾段：16/0.421=39塊；提餾段：=4/0.489=9塊，=48塊。5、精餾塔內(nèi)汽液負(fù)荷計(jì)算 根據(jù)恒摩爾流假定，可以分別計(jì)算出精餾塔內(nèi)上升蒸汽量和下降液體量。（1）精餾段摩爾流量： 32.778mol/s25.976mol/s質(zhì)量流量：1.1223kg/s 0.6977kg/s體積流量：0.9535m3/s 8.4×10-4 m3/s（2）提餾段摩爾流量：32.778mol/s 70.376mol/s質(zhì)量流量：0.8404 kg/s1.3540 kg/s體積流

19、量：0.9829 m3/s 1.45×10-3 m3/s（七）、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算1、塔徑的設(shè)計(jì)（1）精餾段 由，（安全系數(shù)）=0.60.8，=(C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出)橫坐標(biāo)：0.023取板間距：m，m，則0.39m查圖史密斯關(guān)連圖（下冊(cè)245頁(yè)）可知：=0.082，0.085=2.25m/s取0.35=0.7875m/s 1.2m橫截面積：0.785×1.22=1.13m2，空塔流速：0.844m/s（2）提餾段橫坐標(biāo)：取板間距：m，m，則0.39m查圖史密斯關(guān)連圖（下冊(cè)245頁(yè)）可知：=0.0825，0.094=3.10m/s取0.35=1.085m/s 1.0

20、7m勻整到 =1.2m橫截面積：0.785×1.22=1.13m2，空塔流速：0.870 m/s2溢流裝置（1）堰長(zhǎng) 對(duì)單溢流取0.7=0.7×1.2=0.84出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度 （近似=1）（a）精餾段：=0.0067m 0.07-0.0067=0.0633m（b）提餾段：=0.01m 0.07-0.01=0.06m（2）方形降液管的寬度和橫截面 由0.7查（下冊(cè) 250頁(yè)）可知及則：=0.090.09×1.13=0.102 m2 ，=0.15=0.15×1.2=0.18m驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：精餾段：54.64s提餾段：31.65

21、s停留時(shí)間>5s，故降液管可用。（3）降液管底隙高度精餾段：取降液管底隙流速為m/s，則0.0083m提餾段：取m/s，則0.0086m因?yàn)榇笥?，故滿足要求。3、塔板布置和篩孔數(shù)目與排列（1）塔板分布因?yàn)?lt;1.5m，取m，0.05m（2）篩孔計(jì)算及排列 本例所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用4mm碳鋼板，篩孔直徑4mm，篩孔按正三角形排列，取孔中心距312mm。篩孔數(shù)目n為 ， =0.35m 0.55m則 =0.76m2=6096個(gè)開孔率：10.1%4、流體力學(xué)驗(yàn)算（1）塔板壓降 氣體通過(guò)一層塔板的壓降為 干板壓降由下式計(jì)算 （a） 精餾段： 氣體通過(guò)篩孔的速度為 12.45m/s由 查

22、圖（上冊(cè)，254頁(yè)）得， =0.0176m（液柱）氣體通過(guò)充氣液層得壓降由 計(jì)算得到=1.004m/s1.09kg1/2/(s.m1/2)查圖（上冊(cè)，254頁(yè)）得，=0.61 =0.61×0.06=0.0366m（液柱）液體表面所產(chǎn)生的壓力將：=0.003m（液柱）0.0176+0.0366+0.003=0.0572m（液柱）每層塔板的 463.52Pa（b） 提餾段： 氣體通過(guò)篩孔的速度為 12.84m/s由 查圖（上冊(cè)，254頁(yè)）得， =0.0121m（液柱）氣體通過(guò)充氣液層得壓降由 計(jì)算得到=1.034m/s0.9566kg1/2/(s.m1/2)查圖（上冊(cè)，254頁(yè)）得，=0

23、.65 =0.65×0.06=0.039m（液柱）液體表面所產(chǎn)生的壓力將：=0.004m（液柱）0.039+0.0121+0.004=0.0554m（液柱）每層塔板的 506.3Pa（2）液面落差 對(duì)于篩板塔而言，液面落差很小，且在本設(shè)計(jì)中塔徑和液流量均不大，故可以忽略液面落差的影響。（3）液泛 為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)滿足，乙醇水物系屬于一般物系，取。（a）精餾段： =0.5×（0.45+0.0633）=0.257m 板上不設(shè)進(jìn)口堰，0.0022而 0.0572+0.06+0.0022=0.119m=0.257m（b）提餾段：=0.5×（0.45

24、+0.06）=0.255m板上不設(shè)進(jìn)口堰，0.0022而 0.05540.06+0.0022=0.118m=0.255m塔內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛。（1） 漏液對(duì)篩板塔，取露液量10時(shí)的汽相動(dòng)能因子為7，則精餾段：7.37 m/s 實(shí)際孔速m/s 穩(wěn)定系數(shù) 1.67提餾段：8.65m/s 實(shí)際孔速m/s 穩(wěn)定系數(shù) 1.51從以上計(jì)算可知，1.5< <2，所以塔內(nèi)無(wú)明顯漏液。（2） 液沫夾帶 用式 計(jì)算液沫夾帶量。精餾段：1.004m/s 2.5×0.06=0.15m0.0113kg液/kg氣提餾段：1.034m/s 2.5×0.06=0.15m0.0076kg液/kg氣從

25、以上計(jì)算結(jié)果可知， 都小于0.1kg液/kg氣，所以本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。5塔板負(fù)荷性能圖（以精餾段為例）（1）漏液線 9.22m/s = 0.706m3/s 據(jù)此可以做出液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線（2）液沫夾帶線 以=0.1kg液/kg氣為限，計(jì)算的關(guān)系 ， ，=0.0633m =0.7492/3聯(lián)立以上幾式可以得到化簡(jiǎn)后的關(guān)系為下：通過(guò)以上關(guān)系式可以作出液沫夾帶線。（3）液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取上堰液層高度m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由 =0.006m 0.00072m3/s據(jù)此可以作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線。（4）液相負(fù)荷上限線 以 5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的

26、下限，5m3/s據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線。（3） 液泛線通過(guò)下式計(jì)算液泛線 。其中 （其中 ）； ；將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入可以求得0.0194=0.5×0.45+(0.5-0.61-1)×0.0633=0.155=0.153/(0.84×0.0083)2=3147=1.956 列表計(jì)算如下：Ls / m3/s0.0040.00060.00080.0010Vs / m3/s2.7232.6852.6482.611表六：由以上數(shù)據(jù)即可做出液泛線。篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目（名稱、符號(hào)、單位）精餾段提餾段備注1塔徑 m1.21.22板間距 /m0.450

27、.453溢流型式4降液管型式5堰長(zhǎng) /m0.846堰高 /m0.06330.067板上液層高度 /m8堰上液層高度/m9降液管底隙高度 /m0.00830.008610篩孔直徑 /m0.0040.00411篩孔數(shù)目n/個(gè)6096609612孔心距 /m0.0120.01213安定區(qū)寬度 /m0.070.0714邊緣區(qū)寬度 /m0.050.0515鼓泡區(qū)面積 /m216開孔率 /%10.110.117空塔氣速 /(m/s)0.8440.87018篩孔氣速 /(m/s)12.4519穩(wěn)定系數(shù) 1.671.5120每層塔板壓降 /Pa21氣相負(fù)荷上限 /(m3/s)22氣相負(fù)荷下限 /(m3/s)2

28、3操作彈性24五、精餾塔附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)選型 1、換熱器的計(jì)算與選型換熱器包括塔頂全凝器、塔底再沸器、原料加熱器，下面分別對(duì)各個(gè)換熱器進(jìn)行計(jì)算并且選取適合的設(shè)備型號(hào)。1.1 塔頂全凝器 假設(shè)本設(shè)計(jì)塔頂采用泡點(diǎn)回流，用25 ºC的冷卻水循環(huán)冷卻，冷卻水升溫15ºC；操作方式為逆流操作。塔頂溫度78.21ºC，冷卻水溫度變化為25 ºC40 ºC。查圖（上冊(cè)514頁(yè)）可知78.21ºC下乙醇和水的汽化熱分別為：857kJ/kg=857×46.07=39482kJ/kmol2357 kJ/kg=2357×18.02=424

29、73 kJ/kmol逆流：塔頂 t 78.21ºC 78.21ºC ºC 水 t 40 ºC 25 ºC 53.21ºC45.30ºC對(duì)塔頂冷凝部分混合物（溜出液）進(jìn)行熱量衡算，可得到32.778×10-30.8597×39482+0.1403×42473=1308 kJ/s有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為5001500kcal/(m2.h. ºC)本設(shè)計(jì)中取 K2996J/(m2. h. ºC)所以傳熱面積：34.7m21.2 原料加熱器 原料液用飽和蒸汽加

30、熱（28），逆流操作，原料液溫度從25 ºC升高到85.07ºC。ºC，14.93ºC，14.67 ºC不同溫度下乙醇和水的比熱容為，經(jīng)查圖（上冊(cè)510頁(yè)）可知ºC時(shí) 2.37 kJ/(kg .k) 4.179 kJ/(kg .k)ºC時(shí) 3.66 kJ/(kg .k) 4.20kJ/(kg .k)則平均比熱容為：2.968kJ/(kg .k) 4.189 kJ/(kg .k)3.847 kJ/(kg .k)所以 222.9 kJ/s傳熱系數(shù)取 K=450W/(m2.ºC) 則33.8m21.2 塔底再沸器選用12

31、0ºC飽和水蒸氣加熱，逆流操作，傳熱系數(shù)取K2996J/(m2. h. ºC)，料液溫度變化：99.905ºC100 ºC，蒸汽溫度變化：120ºC120ºC，ºC，20ºC，20.05 ºC。查圖（上冊(cè)514頁(yè)）可知99.905ºC下乙醇和水的汽化熱分別為：803kJ/kg=803×46.07=36994kJ/kmol2257 kJ/kg=2257×18.02=40671 kJ/kmol32.778×10-30.0004×36994+0.9996

32、5;40671=1333kJ/s所以傳熱面積：80m22. 接管2.1 原料進(jìn)料管 進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：，取=1.6m/s，該溫度下乙醇和水的密度分別為 769.75kg/m3 997 kg/m3，所以 967 kg/m3m3/s=28mm2.2 回流管采用直管回流管，取1.6m3/s，料液冷凝后溫度為78.21，查得該溫度下乙醇和水的密度分別為 740kg/m3 972.87 kg/m3，所以 772.67 kg/m3體積流速：25.976×（0.8597×46.07+0.1403×18

33、.02）/772.67=0.0014 m3/s=34mm2.3 塔頂蒸氣出料管 塔頂蒸汽組成y=0.8597，平均分子M0.8597×46.07+0.1403×18.0242.13kg/kmol塔頂蒸汽密度：則蒸汽流量：V6.8×42.13/1.460.1959m3/s，直管出氣，取出氣氣速u=20m/s,則112mm。2.4 塔釡出料管 采用直管出料，取1.6m/s，塔釡出料溫度為99.905，查得該溫度下乙醇和水的密度分別為 710kg/m3 958.4 kg/m3，所以平均密度：958.3kg/m3體積流速：37.6×（0.0004×46

34、.07+0.9996×18.02）/958.3=7.07 ×10-4m3/s=24mm2.5 再沸器蒸氣出氣管采用直管出料，取22m/s，采用間接水蒸氣加熱=18.2kg/kmol蒸氣密度：kg/m3 32.778×18.2/0.595=0.991 m3/s240mm3、儲(chǔ)槽3.1 原料液儲(chǔ)槽原料液的存儲(chǔ)量是要保證生產(chǎn)能正常進(jìn)行,主要根據(jù)原料生產(chǎn)情況及供應(yīng)周期而定的.一般說(shuō)來(lái),應(yīng)保證在儲(chǔ)槽裝液6080,如不進(jìn)料仍能維持運(yùn)作24小時(shí).取裝料6080是因?yàn)樵诠I(yè)中為了安全,儲(chǔ)槽一般要流出一定的空間.該設(shè)計(jì)任務(wù)中,取儲(chǔ)槽裝料70,即裝填系數(shù)為0.7。原料液溫度為t=25

35、,此時(shí)進(jìn)料液中各物料的物性是：967 kg/m3m3/s所需的儲(chǔ)槽體積：123.1m3 取124 m33.2 中間槽 中間槽是儲(chǔ)存回流量及出料的儲(chǔ)罐。乙醇精餾過(guò)程為連續(xù)生產(chǎn)，中間槽的設(shè)計(jì)依據(jù)是中間槽裝液6080能保持至少12個(gè)小時(shí)的流量，該設(shè)計(jì)任務(wù)中，槽裝液70，即取安全系數(shù)為0.7，保持流量2小時(shí)。取儲(chǔ)槽中的料液溫度為t=40，此時(shí)進(jìn)料液中各物料的物性是：甲醇： 質(zhì)量濃度水： 質(zhì)量濃度 進(jìn)料液體積流量為：實(shí)際儲(chǔ)槽體積：選用公稱容積為50m3的平底平蓋立式儲(chǔ)槽，材料為碳鋼，公稱壓力為圖號(hào)：R22-00-1,標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JB1422-74。4、泵的選型計(jì)算 該工藝流程有兩個(gè)主要的泵裝置,一個(gè)為進(jìn)料泵

36、,負(fù)責(zé)把液體打進(jìn)填料塔；另一個(gè)為回流泵,負(fù)責(zé)把回流液打回塔內(nèi)重新進(jìn)行精餾.由于所設(shè)計(jì)的泵用于輸送化工液體,與一般泵不同,它要求泵操作方便,運(yùn)行可靠,性能良好和維修方便.泵的選型首先要根據(jù)被輸送物料的基本性質(zhì),包括相態(tài)、溫度、粘度、密度、揮發(fā)性和毒性等,還要考慮生產(chǎn)的工藝過(guò)程、動(dòng)力、環(huán)境和安全要求等條件.在流量小而壓頭高、液體又無(wú)懸浮物且粘度不高的情況下,選用旋渦泵較為適宜.4.1 進(jìn)料泵進(jìn)料液泵揚(yáng)程計(jì)算：（為提餾段高度，h為塔支座高度）取塊塔板高0.45m，=9×0.454.05m；考慮到再沸器，裙座高度取3m；則H=2×(4.05+3)14.1m。原料進(jìn)料密度為967kg

37、/m3，安全系數(shù)取1.3，則流量可計(jì)算為：4.667m3/h 在此條件下采用IS型單級(jí)單吸離心泵，型號(hào)：IS50-32-125.其性能參數(shù)為：轉(zhuǎn)速n2900r/min，流量Q=12.5m3/h，揚(yáng)程H20m，效率60，軸功率1.13KW。(2)回流泵回流泵揚(yáng)程計(jì)算：（為精餾段高度，h為塔支座高度），取塊塔板高0.45m，=39×0.4517.55m；塔支座高度取3m；則H=2×(17.55+3)41.1m。由前面計(jì)算可知，回流液密度為772.69kg/m3，0.0014 m3/s安全系數(shù)取1.3，則流量可計(jì)算為：6.552m3/h。在此條件下采用IS型單級(jí)單吸離心泵，型號(hào)：IS65-50-160.其性能參數(shù)為：轉(zhuǎn)速n2900r/min，流量Q=15m3/h，揚(yáng)程H53m，效率54，軸功率2.65KW.5、溫度計(jì)根據(jù)該設(shè)計(jì)任務(wù)，溫度范圍在150內(nèi)。根據(jù)文獻(xiàn)，可選用鎳鉻銅鎳(WRKK)型