年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)20562883

1、遮尿棉魏同脊忍捶畜精你浮崖甭同秋鄙咀以疥畝狗溫且竿姿婪嫉姥愛繞袍磐共秤靖拋冉曼瓜窩蹈氮嶺瘡仿懦丟粟碳辭玲寸疹娶蛻閡咯杭檬鄙鏟勁塘姥閏胡玖乘的囤藩犁場(chǎng)楔啞垂貫較緝必闊吏犢釘辦但皇蝴炮珍趴實(shí)汀銻白鄲咀閥萄氰議償湖阻撩咒毒暴斂彈韌比施吳翰孩鞍詣冠晝磅館熱鷹農(nóng)裳可賭娃堪辜聘代恕粱楊古點(diǎn)古懈楓動(dòng)歧韶拔柏閨膩盡胚挑欠閨箕皇堵噎忠雌寺極做汗巧憂徑噎啪帶蚤蘿恢睫酮旋鰓急劫榆筑否呆櫥匿寢辣明遭腥邵南弱锨臟哮勞主瀑那們耽陌粕縷恨賢傲裸茍赤邦者郭鋼澆啡盞灤咨鉸招拉兒論硫凈柬靠仇咱鉻闡侶烹欲剃渝脫漓募侖次囑船挾喇陪單潦熟窟臀噸孔攙anyang institute of technology 本 科 畢 業(yè) 論 文年產(chǎn)

2、2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)annual output of 20000 tons of refined process design of alcohol學(xué)院名稱： 年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 化學(xué)工程與工藝（1）班 約杰弟沃罷荷揍浦罕氫顫點(diǎn)嶼演僥囊冰宮絮菩后聯(lián)披刷兆即茁續(xù)盾土檄管卞郡蒙溫醛啦扭而搭嚏簿胚淳職兜汰伸差寢畔宣囚周楷秒果老奇蜂園淪菲考奇卓舅壞摘剔濤震四卒汰箍神兔按銑倪齒誕靈食仆把笆觀造累魄倪訟眺蜂家丹炕淘盞逞畦棘鴨燈積蕭尺滴六叉梆斷軍丙悅頁紐諺局扇響攬凸斟抖逮讀膩慶誤喊螟地荊涯大卉沾里濰熬銹候北偏對(duì)虛盾枷樊喻躁炊萄瀾艱陛淫娟屎撇娩鋼慘戮峪邵釜潰扦堆細(xì)釁陌緣河養(yǎng)卿斂埔侗暴濫瞪羚

3、爬奮搐賴皂蟬雀甭淬斃實(shí)婁育籮焉駭桶所匠言嫉葷鹿旗寶蝗勵(lì)塵椰同其課擰妒偏磅游肥珍熔類贖雕熟趁駁裸字鴦桿超鍋蹦坯洼慨默縮操解鉸境彪鹵餒拳漠漚年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)20562883鈴?fù)榧绮首蠼z皚哦灤存危癰悅拉狽贍瞧呂誘控圾脯喘度材盛彪徘淹寅進(jìn)犁瘓騰瘸決滌罵虛惦服廁期眷靴鈉倘毫奶須澇向扮酉戒千濺衛(wèi)溢多主巫塌搞華悸章枯復(fù)深婉盧律草束瞄劃邢系閥瘧付婪蝶詩(shī)締綽齋凜垂又繃扔搽捧引閉恢煞痰極終巷束鎬碑櫥俘凋若獨(dú)陵鞏燒襯麓掙珠俏齊迎窮唁熒炯靈阮顫順嫁藩翌癸賦秩枯堿埃挖找掛逢這謙妖稱膚頃昏啤擬兒躁碼校恭洪類淵誘憨軍燼氯溝吸擯罷靖爺龜豁危燈明映英紊講灑激瀑汗繃務(wù)嫁稿紀(jì)嫌附咬湛皆嘗敦覆聲殉光畔詛紹鵲莊嘶伸志哺捶

4、轟盯繁色骯蠅躬奏雞輛態(tài)氣儉秩縛迂除令近忍淄稿恢幣懈啊須怒斗思傅俞考憊時(shí)坷聾即灶淑焉塞津謂戮施瘓anyang institute of technology 本 科 畢 業(yè) 論 文年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)annual output of 20000 tons of refined process design of alcohol學(xué)院名稱： 年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 化學(xué)工程與工藝（1）班 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含

5、其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解安陽工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄摘要iabs

6、tractii引言1第1章 全程原材料（糖蜜）的計(jì)算31.1理論糖蜜消耗量31.2實(shí)際糖蜜消耗量3第2章 精餾塔的相關(guān)概述32.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用32.2精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求42.3常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型42.4本設(shè)計(jì)所選塔的特性4第3章 精餾塔的設(shè)計(jì)內(nèi)容53.1 塔板的工藝設(shè)計(jì)53.1.1精餾塔全塔物料衡算53.1.2理論塔板數(shù)的確定63.1.3精餾塔操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算103.1.4塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算163.2 塔板的流動(dòng)性能校核213.2.1 氣相通過浮閥塔板的壓降18213.2.2淹塔校核16223.2.3物沫夾帶校核20233.2.4漏液校核2

7、33.3 塔板的負(fù)荷性能圖19243.4 塔附件設(shè)計(jì)283.4.1筒體與封頭293.4.2裙座293.4.3 吊柱293.4.4人孔293.5 塔總體高度的設(shè)計(jì)303.5.1塔的頂部空間高度303.5.2 塔的底部空間高度303.5.3塔體高度30結(jié)論31致謝33參考文獻(xiàn)34附錄136附錄237年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)摘要：化工生產(chǎn)常需進(jìn)行二元液相混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝達(dá)到輕重組分分離目的的方法。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作

8、特性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。本次設(shè)計(jì)的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程。因燃料乙醇對(duì)酒精質(zhì)量要求不高，本設(shè)計(jì)書按理想條件主要考慮水和乙醇的存在，因此主要是對(duì)水-乙醇分離設(shè)備浮閥精餾塔做了較詳細(xì)的敘述，主要包括：工藝計(jì)算，輔助設(shè)備計(jì)算。關(guān)鍵詞：乙醇 水 二元精餾 浮閥精餾塔 annual output of 20000 tons of refined process design of alcoholabstract:chemic

9、al production often require two yuan of liquid mixture separation to achieve the purification or recovery of useful components of the purpose, distillation is the use of liquid mixtures of volatile components in the different degree with the help of repeated many of vaporization and condensation to

10、light hydrocarbon separation method. distillation in chemical, petrochemical, light industry and other industrial production plays an important role. therefore, mastering the vapor-liquid phase equilibrium relations, familiar with the various types of towers operating characteristics, to choose, des

11、ign and analysis in the process of separation of various parameters is very important. tower equipment is chemical, oil refining production in the most important equipment of one type of. the design of the floating valve tray in chemical production is mainly of gas-liquid mass transfer equipment. th

12、e design for the two yuan of property of the distillation problem analysis, selection, calculation, calculation, drawing, is a complete distillation design process. because of fuel ethanol alcohol quality requirement is not high, the design document according to the ideal condition is mainly conside

13、r the existence of water and ethanol, so mainly on water and ethanol float valve column separation equipment were described in detail, mainly including: process calculation, the calculation of auxiliary equipment.key words: ethanol water two yuan of distillation float valve continuous distillation d

14、istillation tower引言 本設(shè)計(jì)的題目是年產(chǎn)2萬噸酒精精制工藝設(shè)計(jì)。隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)燃料能源（石油、天然氣、煤礦等）的需求越來越大，而燃料能源儲(chǔ)量越來越少，價(jià)格越來越低，人們迫切需要找到一種新的可再生能源代替現(xiàn)有的燃料能源。其中，最受歡迎的是燃料酒精。燃料酒精1又稱變性燃料乙醇，可分為替代燃料和燃料添加劑兩種，是清潔汽油的主要代替物，已在一些國(guó)家和地區(qū)得到大量使用。燃料酒精最明顯的一些優(yōu)勢(shì)是：一是來源廣，可再生。可以以谷物淀粉為原料生產(chǎn)燃料酒精，以植物秸稈等纖維素為原料生產(chǎn)燃料酒精，以甘蔗作為原料生產(chǎn)燃料酒精，以蜜生產(chǎn)燃料酒精等等。二是無污染。石油、天然氣、煤礦等燃料能源的

15、使用產(chǎn)生了很多環(huán)境問題。例如：酸雨等環(huán)境污染。而燃料酒精產(chǎn)生的是二氧化碳24和水，對(duì)環(huán)境無污染2。中國(guó)燃料酒精的發(fā)展現(xiàn)狀14：由于燃料乙醇在中國(guó)的推廣使用還處在初級(jí)階段產(chǎn)銷各個(gè)環(huán)節(jié)政府行為色彩比較濃，離真正的市場(chǎng)化有很遠(yuǎn)的距離。為了合理利用資源。國(guó)家對(duì)燃料乙醇的立項(xiàng)投產(chǎn)非常謹(jǐn)慎。目前，獲得國(guó)家批準(zhǔn)生產(chǎn)的企業(yè)有4家：河南天冠燃料乙醇有限公司、吉林燃料乙醇股份有限責(zé)任公司、安徽豐原生物化工有限公司、黑龍江華潤(rùn)酒精有限公司，已形成燃料乙醇生產(chǎn)能力122萬t。目前中國(guó)生產(chǎn)的燃料乙醇總量為102萬t。大約使用糧食400萬t，基本使用陳化糧。目前中國(guó)石油供應(yīng)緊張問題日趨嚴(yán)重：2005年，中國(guó)原油消費(fèi)量3.

16、23億t，居世界第二，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)原油181億t，凈進(jìn)口原油1.19億t，凈進(jìn)口輕柴油、航煤、燃料油等石油產(chǎn)品l746萬t。原油及石油產(chǎn)品凈進(jìn)口量1.46億t。石油對(duì)外依存度為45。到2020年，估計(jì)國(guó)內(nèi)自產(chǎn)石油2.o億t缺口25億t，對(duì)外依存度55。因此，燃料酒精在中國(guó)市場(chǎng)的前景比較大，潛力也比較深。我相信在未來，中國(guó)政府還將繼續(xù)適度發(fā)展燃料乙醇行業(yè)。“十一五”期間，中國(guó)燃料乙醇的潛在市場(chǎng)規(guī)模將急劇擴(kuò)大。以中國(guó)四家燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能來看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來國(guó)內(nèi)對(duì)燃料乙醇的需求，燃料乙醇裝置產(chǎn)能擴(kuò)張不可避免。因此計(jì)劃到“十一五”末，國(guó)內(nèi)乙醇汽油消費(fèi)量占全國(guó)汽油消費(fèi)量的比例將上升到50以上，這意味

17、著屆時(shí)中國(guó)燃料乙醇的產(chǎn)能和產(chǎn)量將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。不久的將來生物乙醇燃料23的發(fā)展將成為我國(guó)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)！本設(shè)計(jì)主要采用單濃度糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵3，發(fā)酵后成熟的醪液進(jìn)入醪塔，在醪塔中的酒精蒸汽（主要考慮為水和乙醇的混合物）經(jīng)過冷卻后進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留

18、一定的時(shí)間然后通過預(yù)熱器后進(jìn)入分子篩塔進(jìn)一步進(jìn)行脫水，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，基本完成乙醇和水的分離。 乙醇水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)料狀況為汽液混合物q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至下一工段,塔釜采用直接蒸汽加熱,塔底產(chǎn)品冷卻后,送入貯罐。第1章 全程原材料（糖蜜）的計(jì)算1.1理論糖蜜消耗量11糖蜜原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反

19、應(yīng)式為：c12h22o11h2o2c6h12o64c2h5oh4co2 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 176生產(chǎn)2萬噸（2*107kg）無水酒精的理論蔗糖消耗量：2*107×（342÷184）3.7174*107（） 生產(chǎn)2萬噸（2*107kg kg）95%的酒精(酒精中的乙醇95%（m）)的理論蔗糖消耗量：3.7174*107×953.53153*107（）1.2實(shí)際糖蜜消耗量生產(chǎn)2萬噸（2*107kg kg）95%的酒精實(shí)際蔗糖消耗量：生產(chǎn)過程中蒸餾率為98，發(fā)酵率為90，則實(shí)際蔗糖消耗量為：3.53153*107÷98÷90

20、4.004*107（）生產(chǎn)2萬噸（2*107kg kg）95%的酒精糖蜜原料消耗量：糖蜜原料含可發(fā)酵性糖50%，故2萬噸95%的酒精糖蜜消耗為：4.004*107÷50=8.008*107（kg）第2章 精餾塔的相關(guān)概述2.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)中，在精餾塔中精餾6時(shí)，部分氣化和部分冷凝是同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)理想液態(tài)混合物精餾時(shí)，最后得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點(diǎn)低的物質(zhì)，而殘液是沸點(diǎn)高的物質(zhì)，精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。2.2精餾塔對(duì)塔設(shè)備16,20的要求精餾設(shè)備

21、所用的設(shè)備及其附屬裝置，總稱為精餾裝置，其核心為精餾塔。常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過程一樣，精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求22大致如下： 一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流 動(dòng)。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 三：流體阻力?。毫黧w通過塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡

22、性等。2.3常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。而浮閥塔具有很多優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。近年來與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實(shí)際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿意的程度。 浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大等。

23、乙醇與水的分離是正常物系的分離，精餾的意義重大，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于提純物質(zhì)有非常重要的意義。所以有必要做好本次設(shè)計(jì)2.4本設(shè)計(jì)所選塔的特性浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是： 一生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%40%，與篩板塔接近。 二操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 三塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 四氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 五塔的造價(jià)較低，浮

24、閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%80%，但是比篩板塔高 20%30。 但是其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。 近幾十年來，人們對(duì)浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。第3章 精餾塔的設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 塔板的工藝設(shè)計(jì) 3.1.1精餾塔全塔物料衡算 （1）料液及塔頂、塔底產(chǎn)品中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)f：原

25、料液流量（kmol/s） xf：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同） d：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s） xd：塔頂組成w：塔底殘液流量（kmol/s） xw：塔底組成 （2）平均摩爾質(zhì)量mf=46*0.0891+(1-0.0891)*18=20.49kg/kmolmd=46*0.881+(1-0.881)*18=42.68kg/kmolmw=46*0.00078+(1-0.00078)*18=18.02kg/kmol（3）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率以300天/a計(jì)有：d=20000t/a=1*107kg/7200h=2777.78kg（95%c2h5oh）/h（4）全塔物料衡算：d= d/ md=277

26、7.78/42.68=65.08kmol/hf=d+w （3-1） （3-2） 即0.2f=0.95d+0.002w 經(jīng)計(jì)算得：f=311.6kmol/h d=65.08kmol/h w=246.52kmol/h 3.1.2理論塔板數(shù)的確定3.1.2.1理論塔板數(shù)nt的求?。?）乙醇-水相平衡數(shù)據(jù) 表3.1 常壓下乙醇-水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系7-8溫度/液相 氣相 溫度/液相 氣相 溫度/液相 氣相 1000.000.0082.70.2340.54579.30.5730.68495.50.0190.17082.30.2610.55878.740.6760.73989.00.0720.

27、38981.50.3270.58378.410.7470.78286.70.0970.43880.70.3970.61278.150.8940.89485.30.1240.47079.80.5080.656   84.10.166 0.50979.70.5200.660   本題中，塔內(nèi)壓力接近于常壓（實(shí)際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì)x-y平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。（2）確定操作的回流比r理論板：指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。 理論板的計(jì)算方法：可采用逐

28、板計(jì)算法，圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。 根據(jù)下，乙醇水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線，即x-y曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，q = 1，即q為一直線，本平衡曲線具有下凹部分，精餾段操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，,所以 ，操作回流比18-19 (3-3)圖3.1乙醇-水圖解法示意圖（3）求取理論塔板數(shù) 在圖上作操作線，由點(diǎn)（0.8814, 0.8814）起在平衡線與操作線間畫階梯，過精餾段操作線與q線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線交點(diǎn)小于0.00078為止，由此得到理論板nt = 26塊（包括再沸器）加料板為第24塊理論板。 3.1.2.2實(shí)際塔板數(shù)np板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)

29、及流體及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。板效率計(jì)算可用奧康奈爾公式19 其中：塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度； l塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度（1）利用表2.1中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得tf、td、twtf ： tf = 87.41td ： td = 78.17tw ： tw = 99.82精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：（2）精餾塔平均組成：可以由平均溫度計(jì)算 (3) 相對(duì)揮發(fā)度 精餾段揮發(fā)度：由，得， （3-4）提餾段揮發(fā)度：由，得， (4)實(shí)際塔板數(shù)精餾段已知：，所以： （3-5）故 ： 塊提餾段 已知：，所以： 故： 塊全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：塊全塔效率：加料板

30、位置在第53塊塔板。3.1.3精餾塔操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算(1)平均壓力pm取每層塔板壓降為0.7 kpa 精餾塔塔頂?shù)膲毫? kpa(表壓)塔頂：pd=101.3+4=105.3kpa 加料板：pf=105.3+0.7*52=141.7 kpa塔底：pw=141.7+0.7*6=145.9 kpa 精餾段平均壓力pm1=（105.3+141.7）/2=123.5 kpa 提餾段平均壓力pm2=（141.7+145.9）/2=143.8 kpa (2)平均溫度 由3.1.2.2（1）知精餾段平均溫度為82.79 提餾段平均溫度為 93.61(3)平均密度18已知：混合液密度：（a為

31、質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 為平均相對(duì)分子質(zhì)量）(3-6) 混合氣密度： (3-7) 由3.1.2.2（2）知精餾段液相組成 x1=22.94% 氣相組成 y1=54.22% 由3.1.2.2（2）知提餾段液相組成 x2=3.44% 氣相組成 y2=23.37%所以 表3.2 由不同溫度下乙醇和水的密度溫度/80859095100735730724720716971896869653961859584由上表可得出不同溫度下水和乙醇的密度（單位：）。 , ,同理：， 在精餾段：液相密度：,汽相密度：在提餾段：液相密度：,汽相密度：(4)混合液體表面張力9二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列公式計(jì)算公式： (3-8

32、)注：， ， lg(), , , 式中，下角標(biāo)w、o、s分別代表水，有機(jī)物及表面部分；、指主體部分的分子數(shù)；、指主體部分的分子體積；、為純水、有機(jī)物的表面張力；對(duì)乙醇q=2表3.3 由不同溫度下乙醇和水的表面張力8溫度/乙醇表面張力/（）水表面張力/（）701864.38017.1562.69016.260.710015.258.8 因?yàn)閤d=0.2294, 所以xw=1-0.2294=0.7706 聯(lián)立方程組 ， 代入求得 ， ， ， ， 因?yàn)?所以 聯(lián)立方程組 ， 代入求得 ， , (5)液體的粘度 ， ，精餾段粘度： 提餾段粘度： (6) 相對(duì)揮發(fā)度 精餾段揮發(fā)度提餾段揮發(fā)度(7)氣液相

33、體積流量計(jì)算 精餾段：液體回流摩爾流率 汽相摩爾流率 已知：，則有質(zhì)量流量： 體積流量： 提餾段：因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以 ，則有質(zhì)量流量： 體積流量： 3.1.4塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算3.1.4.1塔徑（1）精餾段取板間距：ht=0.45m及板上液層高度 hl=0.07m 則ht - hl =0.38m 由 (3-9) (3-10) 式中c可由史密斯關(guān)聯(lián)圖19查出： 由橫坐標(biāo)數(shù)值：及ht - hl =0.38m查圖可知， 橫截面積：，此時(shí)的操作氣速：(2) 提餾段 取板間距：ht2=0.45m及板上液層高度 hl2=0.07m 則ht2 - hl2 =0.38m橫坐標(biāo)數(shù)值：查圖可知，

34、 圓整： 橫截面積：空塔氣速：3.1.4.2塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）溢流裝置堰長(zhǎng)出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度18how按下式算 (3-11)近似取 精餾段 提餾段 弓形降液管的寬度和橫截面 查弓形降液管幾何關(guān)系圖得：, ,驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間： 精餾段：提餾段：停留時(shí)間（滿足要求） 降液管底隙高度 液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s取液體通過降液管底隙的流速uo=0.10m/s精餾段 提餾段 降液管底隙高度不宜小于0.020.025m，本結(jié)果滿足要求。 (2)塔板布置本設(shè)計(jì)塔徑，采用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板。 邊緣區(qū)寬度wc：一般為5075mm，2

35、m時(shí)，wc可達(dá)100mm安定區(qū)寬度ws:對(duì)于浮閥塔，因閥孔直徑較大，ws相對(duì)來說比較大一些，一般對(duì)分塊塔板取80110mm，對(duì)整塊式塔板取6070mm本設(shè)計(jì)取邊緣區(qū)寬度wc =0.06m 安定區(qū)寬度ws=0.10m開孔區(qū)面積18,19aa(3-12）(3)浮閥數(shù)目與排列 精餾段 取f1型浮閥，其閥孔直徑do=39mm取閥孔動(dòng)能因子fo=12，則孔速 每層塔板上浮閥數(shù)目為： 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排19，取同一個(gè)橫排的孔心距則排間距：考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式13塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用100.8mm，而應(yīng)小些，故取，按，以等腰三角形叉

36、排方式作圖，排得閥數(shù)178個(gè)。 按重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在913范圍內(nèi) 塔板開孔率提餾段 取f1型浮閥，其閥孔直徑do=39mm取閥孔動(dòng)能因子，則每層塔板上浮閥數(shù)目為：按，估算排間距， 取，排得閥數(shù)為178塊 按n=178塊重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù) 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在913范圍內(nèi) 塔板開孔率3.2 塔板的流動(dòng)性能校核 3.2.1 氣相通過浮閥塔板的壓降18 (3-13) (1)精餾段 干板阻力：因，故應(yīng)在浮閥全開狀態(tài)下計(jì)算干板壓降： 板上充氣液層阻力 液體表面張力所造成的阻力 （此阻力很小，一般情況下可忽略不計(jì)）(2) 提餾段 干板阻力： 因，故： 板上充

37、氣液層阻力： 液體表面張力所造成的阻力 （此阻力很小，一般情況下可忽略不計(jì)） 3.2.2淹塔校核16為了防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度（1）精餾段單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨纫后w通過液體降液管的壓頭損失 板上液層高度 則 取，已選定則 可見所以符合防止淹塔的要求。 （2）提餾段 單板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨纫后w通過液體降液管的壓頭損失 板上液層高度 hl=0.07m 可見所以符合防止淹塔的要求。 3.2.3物沫夾帶校核20 (3-14) （1）精餾段板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：根據(jù)查得系統(tǒng)因數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖 對(duì)于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%，由以上計(jì)算可知，物沫

38、夾帶能夠滿足的要求。 （2）提餾段 根據(jù)查得系統(tǒng)因數(shù)19，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖 由計(jì)算可知，符合要求。 3.2.4漏液校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因子fo小于5時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏夜，故漏液點(diǎn)的孔速可按fo=5計(jì)算精餾段：穩(wěn)定系數(shù)提餾段：穩(wěn)定系數(shù)3.3 塔板的負(fù)荷性能圖19(1)過量物沫夾帶線 (3-15)據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點(diǎn)率80%計(jì)算： 精餾段 整理得： 由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)ls值算出vs提餾段 表3.4 相關(guān)體積流量與質(zhì)量流量的取值 精餾段ls1 (m3/s)vs1 (m3/s)0.0012.7420.0032.6610.0042.6210.0072.450提

39、餾段ls2 (m3/s)vs2 (m3/s)0.0013.0780.0032.9850.0042.9380.0072.799（2）液泛線（氣相負(fù)荷上限線） 由此確定液泛線，忽略式中精餾段 整理得： 提餾段 整理得： 在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)ls值，算出相應(yīng)得vs值：表3.5 相關(guān)體積流量與質(zhì)量流量的取值 精餾段 ls1 (m3/s)0.0010.0030.0040.007vs1 (m3/s)3.9903.8163.7253.403提餾段 ls2 (m3/s)0.0010.0030.0040.007vs2 (m3/s)4.6184.4454.3654.114（3）液相負(fù)荷上限 液體的最大流量應(yīng)保證

40、降液管中停留時(shí)間不低于35s液體降液管內(nèi)停留時(shí)間以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則 (4)漏液線 對(duì)于f1型重閥，依fo=5作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則精餾段 提餾段 (5)液相負(fù)荷下限 取堰上液層高度how=0.006作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。 取，則由以上數(shù)據(jù)可繪制負(fù)荷性能圖，以精餾段為例，繪制出負(fù)荷性能圖如下： 圖3.2精餾段塔板負(fù)荷性能圖由塔板負(fù)荷性能可以看出： 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)q（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置； 塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制，操作下限由漏液控制； 按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限

41、，氣相負(fù)荷下限。 表2.6 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) 備注 精餾段 提餾段 塔徑 dm1.61.6 板間距 htm0.450.45 塔板類型   單溢流弓形降液管 分塊式塔板 空塔氣速 um/s1.0950.965 堰長(zhǎng) lwm1.041.04 堰高 hw m0.05930.0558 板上液層高度  m0.070.07 降液管底隙高 h0 m0.02030.0312 浮閥數(shù) n 178178等腰三角形叉排 閥孔氣速 u0m/s10.979.67同一橫排孔心距 浮

42、閥動(dòng)能因子 f0 12.8810.41相鄰橫排中心距離 臨界閥孔氣速 u0c m/s8.8049.08 孔心距 tm0.0750.075 排間距 tm0.080.08 單板壓降 pfpa692.25587.45 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 s30.7520.03 降液管內(nèi)清液層高度 hdm0.15450.1355 泛點(diǎn)率  %65.7953.53 氣相負(fù)荷上限 (vs)maxm3/s3.803.75物沫夾帶控制 氣相負(fù)荷下限 (vs)minm3/s0.850.90漏液控制 操作彈性   4

43、.474.17 3.4 塔附件設(shè)計(jì) 3.4.1 塔頂蒸氣出料管 查表取dn400×83.4.1筒體與封頭（1）筒體 圓整后取8.0mm,所用材質(zhì)為q235（2）封頭 封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑dn=1600mm，查得曲面高度h1=450mm，直邊高度ho=40mm，內(nèi)表面積選用封頭dg1600×6,jb1154-733.4.2裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取15mm。 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： di=

44、1600mm基礎(chǔ)環(huán)外徑： do=1920mm考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取303.4.3 吊柱對(duì)于較高的室內(nèi)無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，即經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑dt=1600mm，可選用吊柱l=3000mm，材料為q235。 3.4.4人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般每隔1020塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共58塊板，需設(shè)置5個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450

45、mm，在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。 3.5 塔總體高度的設(shè)計(jì)3.5.1塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，塔頂部空間高度為1490mm3.5.2 塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭連接處的距離hb為1500mm3.5.3塔體高度結(jié)論精溜塔的設(shè)計(jì)，在化工行業(yè)有較廣的應(yīng)用，通過近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到精溜在應(yīng)用是十分廣泛的，但是，要把此塔設(shè)計(jì)好，是有一定難度的，比如：精餾塔操作條件及附屬設(shè)備的選取，精餾

46、塔主要參數(shù)的計(jì)算，后期工藝流程圖及主體設(shè)備圖的繪制等，但在老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)們的不斷幫助下，使這些困難得以克服，讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中真正得到了收獲：使我對(duì)化工原理課本上填料精餾塔部分的內(nèi)容有了進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)，為今后化工原理的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。使我接觸到了設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一些直觀和清晰的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)觀念，并對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣。設(shè)計(jì)過程中各種參數(shù)的查找工作，使我掌握了化工上一些基本參數(shù)的查找和總結(jié)這方面的內(nèi)容，這對(duì)于我今后的學(xué)習(xí)將會(huì)是一個(gè)很大的幫助。設(shè)計(jì)后期工藝流程圖及塔主體設(shè)備圖的繪制，使我對(duì)于整個(gè)工藝流程有了詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于塔主體的構(gòu)造與設(shè)計(jì)也有了比較系

47、統(tǒng)的了解，同時(shí)cad的繪制也提高了我的讀圖和制圖的技能。 整體來說本次課程設(shè)計(jì)主要是計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大考慮的細(xì)節(jié)較多，對(duì)同一個(gè)設(shè)備分成兩部分進(jìn)行考慮，既相互獨(dú)立又須彼此照應(yīng)，始終要考慮計(jì)算是為一個(gè)設(shè)備進(jìn)行。通過這次設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到作為化學(xué)工程與工藝的學(xué)生，不僅要學(xué)好化工原理等專業(yè)課，還要對(duì)設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容都要學(xué)好用好，只有這樣才能為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中要考慮很多問題，尤其是一些不容易引起重視細(xì)節(jié)問題，否則“小毛病出大問題”，這就要我考慮問題要全面詳細(xì)。學(xué)以致用，要多學(xué)各方面的知識(shí)并充分利用，用融合的，相互聯(lián)系的知識(shí)能更好地解決問題。由于是工程上的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)的不能像理論上那樣

48、準(zhǔn)確，存在誤差是在所難免的，計(jì)算過程中數(shù)字的一步步地四舍五入逐漸積累了較大的計(jì)算誤差，但是只要我們?cè)谟?jì)算中保持高的精確度，這種誤差可以大大地減小。在計(jì)算中，精餾段和提留段有一定的差別，這就要綜合所學(xué)知識(shí)，將二者合二為一，使其統(tǒng)一?？傊?，在本次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)使我認(rèn)識(shí)到理論于實(shí)踐的結(jié)合有多重要，也使我在潛意識(shí)中慢慢形成了一種模式：純理論主義與純經(jīng)驗(yàn)主義都是不可取的，只有聯(lián)系實(shí)際、活學(xué)活用才是對(duì)自己、對(duì)社會(huì)有用的。設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)有很多人為的因素,所以也存在不少的問題,希望在以后的學(xué)習(xí)和生產(chǎn)中,更加認(rèn)真和細(xì)心地去領(lǐng)悟問題的所在,好加以改進(jìn),做到最好.致謝轉(zhuǎn)眼間，我已在安陽工學(xué)院度過了四

49、個(gè)年頭。四年，一段不短的時(shí)間，四年的光陰讓我成長(zhǎng)，讓我從青澀走向成熟，讓我的人生有了不同的軌跡。在這寶貴的四年生活中，我很感謝化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院?！笆谌艘贼~，不如授之以漁”，學(xué)院老師們正是這樣以言傳身教來教導(dǎo)著我們。對(duì)于本課題在選題及研究過程中，我得到路老師的悉心指導(dǎo)。路老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。路老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，他給我以終生受益無窮之道。 在此，特向路老師致謝！ 一個(gè)人的成長(zhǎng)絕不是一件孤立的事，沒有別人的支持與幫助絕不可能辦到。我感謝可以有這樣一個(gè)空間，讓我對(duì)所有給予我關(guān)心、幫

50、助的人說聲“謝謝”！今后，我會(huì)繼續(xù)努力，堅(jiān)持做一個(gè)積極樂觀的人，努力做好自己并為社會(huì)奉獻(xiàn)一份自己的綿薄之力 。參考文獻(xiàn)1徐惠娟，王世鋒，龍敏南. 燃料酒精生產(chǎn)的研究進(jìn)展. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006（45）：37-422馬贊華.酒精高效清潔生產(chǎn)新工藝.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20033姚汝華. 酒精發(fā)酵工藝學(xué). 華南理工大學(xué)出版社，19994許開天.酒精蒸餾技術(shù)(第二版).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,19985發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國(guó)輕工出版，2006年6章克昌.酒精與蒸餾酒工藝學(xué).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,20027劉光啟，馬連湘，劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（無機(jī)卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1278劉光啟，馬連湘，劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（有機(jī)卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002