年產(chǎn)3萬噸燃料乙恒沸精餾在生產(chǎn)無水乙醇中的應(yīng)用

目錄第一章文獻綜述 51.1基本信息中名稱 51.2物理性質(zhì) 51.3基本介紹 51.4國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀 61.4.1國外的應(yīng)用現(xiàn)狀 61.4.2國內(nèi)的應(yīng)用狀態(tài) 71.5經(jīng)濟效應(yīng) 91.6恒沸精餾在生產(chǎn)無水乙醇中的應(yīng)用 91.7設(shè)計方案的確定和說明 10第二章原料及產(chǎn)品的主要物理和化學性質(zhì)及規(guī)格要求 122.1乙醇的物理化學性質(zhì) 122.2規(guī)格要求 122.2.1原料乙醇的規(guī)格 122.2.2產(chǎn)品乙醇規(guī)格 122.3.3挾帶劑苯規(guī)格 13第三章工藝流程簡介 143.1工藝闡述 143.2工藝過程 143.3分離原理 14第四章恒沸精餾塔的設(shè)計技術(shù) 164.1精餾塔的物料衡算 164.1.1塔溫度的確定 184.1.2確定最小回流比 214.1.3確定最小理論板數(shù) 214.1.4確定實際塔板數(shù) 224.1.5確定進料板位置 224.2塔徑的計算 224.2.1汽液相負荷及密度 224.2.2塔徑的估算 244.3塔內(nèi)物件的工藝尺寸 264.3.1精餾段 264.3.2提餾段 29第五章水力學性能檢驗 315.1精餾段性能檢驗 315.1.1塔板壓降 315.1.2霧沫夾帶的驗算 325.1.3漏液的驗算 325.1.4液泛的驗算 335.2提餾段性能檢驗 335.2.1塔板壓降 335.2.2霧沫夾帶的驗算 345.2.3漏液的驗算 345.2.4液泛的驗算 345.3塔板負荷性能圖 355.3.1精餾段塔板負荷性能圖 355.3.2提溜段塔板負荷性能圖 37第六章附屬設(shè)備的選擇 416.1再沸器的設(shè)計 416.2全凝器的計算 426.3泵的選型 436.3.1進料泵的選型 436.3.2回流泵選型 446.3.3釜液泵選型 446.4封頭和筒體 446.5封頭的選型 456.6管徑的選擇 456.6.1進料管計算 456.6.2塔頂出料管徑的計算 456.6.3塔底出口管的計算 456.6.4回流管的計算 466.7除沫器的設(shè)計 466.8塔高的計算 46第七章乙醇苯恒沸精餾過程模擬 477.1過程模擬 477.1.1設(shè)置全局信息 477.1.2定義物流組分 487.1.3回收塔的計算結(jié)果 487.2結(jié)果優(yōu)化 487.2.1優(yōu)化設(shè)置 487.2.2優(yōu)化分析 517.2.3塔內(nèi)模擬結(jié)果 51第八章建設(shè)經(jīng)濟核算 528.1項目概況 528.2建設(shè)進度 528.3項目資金估算 528.4年生產(chǎn)成本 538.5年銷售金額 54第九章設(shè)計結(jié)果一覽表 55第十章致謝 57參考文獻 58

第一章文獻綜述1.1基本信息中名稱英文名稱:anhydrous;absolutealcohol中文名稱：乙醇化學分子式：C2H6O化學結(jié)構(gòu)簡式：CH3CH2OH乙醇官能團：—OH分子相對質(zhì)量：461.2乙醇物理性質(zhì)分子質(zhì)量46.07沸點：78.3℃凝固點：-117.3℃相對密度：0.7995.無水乙醇又叫無水酒精，是一種無色無味的液體，易燃燒，易揮發(fā)，與水任意比例互溶，是一種良好的燃料，燃燒產(chǎn)生水，二氧化碳等。是一種良好的清潔能源，也可用于醫(yī)用消毒。1.3基本介紹無水乙醇是一種新型環(huán)保能源，其優(yōu)勢是在于發(fā)酵的乙醇屬于可再生能源。當前，生產(chǎn)燃料乙醇的主要方式是通過糧食作物發(fā)酵生產(chǎn)：薯類有木薯和甘薯、土豆等;谷物中大小麥和稻谷、玉米和燕麥等一類；糖科中有甜菜和甜高粱和甘蔗等一類；隨著科技的進步糧食生產(chǎn)產(chǎn)量不斷提升，以玉米的生產(chǎn)加工為代表新能植物的利用進入到了一個良好的循環(huán)發(fā)展狀態(tài)。玉米先經(jīng)發(fā)酵制成無水乙醇，用它作為燃料替換化石能源；產(chǎn)生的副產(chǎn)品可以深加工成飼料，作為畜牧業(yè)的飼料，社會效益和經(jīng)濟效益能同時提升。我國是石油凈進口國之一，發(fā)展解決燃料乙醇能夠解決我國能源短缺的現(xiàn)狀。黑龍江華潤酒精有限公司、吉林燃料乙醇有限公司、河南天冠企業(yè)集團公司是我國已經(jīng)建成的燃料乙醇生產(chǎn)公司。據(jù)統(tǒng)計，我國每年需要的燃料乙醇1000萬噸。而實際我國乙醇產(chǎn)量達不到需求的45%?？梢?，發(fā)展燃料乙醇發(fā)展?jié)摿ι钸h，經(jīng)濟利益巨大。當前乙醇產(chǎn)量達到1210萬噸，可以替代20%的汽油，屆時對我國環(huán)境、國家能源安全起到非凡的意義。乙醇不單單是一種優(yōu)良的燃料，它還可以作為一種燃料改善劑改善燃料性質(zhì)而被大量的廣泛引用，具體的性能表現(xiàn)為：乙醇可以燃油的優(yōu)質(zhì)增氧劑，能使汽油增加內(nèi)氧，在汽缸內(nèi)燃燒充分，使達到節(jié)約能量和保護環(huán)保的目的；燃料乙醇還有較強抗暴性能?？擅黠@的提升汽油的燃燒性能；燃料乙醇還可以以最小的成本有效的降低烯烴、芳烴的含量，能夠使其達到汽油的新標準;乙醇是糧食制成，所以具有可再生的性質(zhì)。從美國、巴西等對燃料乙醇的成功市場經(jīng)驗表明，燃料乙醇的實際應(yīng)用能夠給國家?guī)磔^大的經(jīng)濟效益，例如保持糧食價格的穩(wěn)定運行、促進農(nóng)業(yè)的發(fā)展、節(jié)約化石能源、完善國家能源安全體系、節(jié)約寶貴外匯、促進就業(yè)、財政入增加，改善油品質(zhì)量和保護大氣環(huán)境等。繼美國、巴西推廣燃料乙醇成功后，農(nóng)業(yè)資源豐富的荷蘭、英國、奧地利、泰國、德國、南非等，政府也制定規(guī)劃，積極發(fā)展燃料乙醇。[1]1.4國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀1.4.1國外的應(yīng)用現(xiàn)狀二十世紀初期，燃料乙醇作為汽車燃料開始大規(guī)模的使用，因石油的產(chǎn)量大量的提升，石油化工技術(shù)升級發(fā)展而中斷。到了70年代石油危機的爆發(fā)和先進國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高，燃料乙醇在一些國家又得到了了發(fā)展。巴西、美國等在國家支持下70年代最先開始了燃料乙醇生產(chǎn)推行的計劃。現(xiàn)在西班牙、加拿大、法國、瑞典等國一些國家也加入燃料乙醇的行列中，并形成市場和生產(chǎn)規(guī)模。目前，農(nóng)業(yè)資源豐富糧食充足的國家，比如像英國、奧地利、德國、泰國、等國已經(jīng)制定相應(yīng)計劃，大力積極發(fā)展燃料乙醇生產(chǎn)和應(yīng)用。美國發(fā)展在20世紀30年開始，美國開始了大力燃料乙醇技術(shù)的研發(fā)和人才的培養(yǎng)，在70年代石油危機開始蔓延石油成本加大與1990年美國國會為了保護環(huán)境通過《空氣清凈法案》是燃料乙醇發(fā)展的重要因素。1997年美國政府開始“乙醇發(fā)展計劃”，利用一些消費稅等優(yōu)惠措施，大力推廣使用含乙醇的混合燃油（E10）。燃料乙醇的產(chǎn)量從最開始的3萬噸到80時年代的800多萬噸。1990年美國立法實行空氣清凈法案，開始從全國環(huán)境超標的地區(qū)開始推行燃料乙醇汽油。目前，乙醇汽油的銷量很大，占全美汽油銷量的30%。有9%的新型汽油用燃料乙醇作增氧劑，燃料乙醇的含量占汽油的5.6%。美國再生能源協(xié)會的統(tǒng)計，乙醇生產(chǎn)裝置從最開始的80多套，1045噸/年乙醇產(chǎn)量。14套條在建生產(chǎn)線。2002年乙醇的就達到了產(chǎn)量超645萬噸，2003年863萬噸，2004年1044萬噸。產(chǎn)量快速發(fā)展。巴西巴西由于石油資源緊張80%的石油只能依賴進口，從外國進口石油話費大量的外匯，始國內(nèi)經(jīng)濟緊張。所以從1975年開始巴西開始燃料乙醇推行，巴西政府在1997年開始大力推行20%的乙醇汽油。在十年之后更是將乙醇含量提升到了26%，在達到良好的效果后開始在全國推行。目前唯一不向國民出售純汽油的國家，對汽車的發(fā)動機也做相應(yīng)要求。巴西在2004年燃料乙醇達到1140萬噸的產(chǎn)量，每年消費乙醇952萬噸，乙醇出口量也達到了181萬噸。使用燃料乙醇中柴油車有55%，汽油車也占有很大比例。歐盟國家歐盟從1990開始推行燃料乙醇的年產(chǎn)量175萬噸的產(chǎn)量，乙醇的使用量每年都到達100萬噸，1992年歐盟通過了相應(yīng)法律，把可再生的燃料乙醇做為清潔能源試驗項目，要求成員國要給予適當免稅優(yōu)惠，燃料乙醇就在其中。由于大量的優(yōu)惠政策的影響，個國開始大力推行。到目前它還有很大發(fā)展?jié)摿ΑW盟中一些先進的國家已經(jīng)開始使用燃料乙醇汽油。還有的國家政府已經(jīng)出臺相應(yīng)的政策，做出相應(yīng)的的計劃。積極發(fā)展燃料乙醇工業(yè)。1.4.2國內(nèi)的應(yīng)用狀態(tài)中國在2016年燃料乙醇產(chǎn)量達到271萬噸的產(chǎn)量，乙醇消費量也達到了260萬噸/每年，在中國銷售的汽油中加入了乙醇的用量占到了20%。我國政府還計劃，到2020年燃料乙醇的用量要進一步增加，要用量在1780萬噸左右，乙醇汽油為用戶接受，但受到現(xiàn)實因素影響，我國乙醇缺口大約為1275萬噸/年。由于盈利關(guān)系，中國燃料乙醇發(fā)展受到制約，企業(yè)的生產(chǎn)加工不夠積極，進行升級和維護費用巨大。國家要有相應(yīng)政策支持企業(yè)研究和發(fā)展，也可與糧食加工企業(yè)合作共同進步，進一步探索纖維素燃料乙醇生產(chǎn)和開發(fā)。2017年9月開始，國家發(fā)展改革委員會、財政部、國家能源局等相關(guān)部門發(fā)了《關(guān)于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》。內(nèi)容中提到大約在2020年，乙醇汽油的覆蓋在全國范圍內(nèi)展開。按此計算，在未來幾年內(nèi)我國會節(jié)約化石原料1720萬噸，減少污染物排放。我國燃料乙醇在2020年用量會達到1680萬噸。但根據(jù)我國目前乙醇的生產(chǎn)能力還有大約1200萬噸的缺口，潛力巨大。（1）在中國燃料乙醇有這巨大的市場，但由于沒有宣傳好市場接受度比較差我國是農(nóng)業(yè)大國，陳化糧以影響糧食生產(chǎn)積極性，2001年我國開始用陳化糧制乙醇。不但能保護環(huán)境還有利于改變我國能源結(jié)構(gòu)，政府還設(shè)立相應(yīng)的計劃，改變現(xiàn)狀。當前以在全國十多個省推廣乙醇汽油，目前中國的規(guī)模在世界第三，燃料酒精消費量達到260萬噸，乙醇汽油消費總量占全部汽油的20%。在2014年國際石油價格嚴重下滑，導致了成品油價格下跌，而由于糧食高價乙醇生產(chǎn)成本上升，價格卻不斷提高，影響了燃料乙醇的生產(chǎn)進步。另外，由于乙醇汽油缺點力不足、熱值低、尾氣排水多等一些問題，導致了它在國內(nèi)接受度較低。這些不利因素都嚴重影響了燃料酒精的推廣。（2）政策幫助加快燃料乙醇在“十三五”期間發(fā)展使用?！秶抑虚L期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》《可再生能源法》規(guī)定，2020年，可再生燃料用量將占到全部燃料15%左右。國家目前發(fā)布文件《關(guān)于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》計劃在全國內(nèi)進乙醇汽油的推廣和使用，到2020年要實現(xiàn)所有汽車使用乙醇汽油。據(jù)相關(guān)部門預(yù)測，2年后中國汽油消費量將到達1.57億噸左右，如果全部汽油都加入燃料乙醇，我國可以節(jié)約汽油1785萬噸，燃料乙醇的使用量會達到1570萬噸。可見燃料乙醇的潛力非常具大。（3）目前中國糧食產(chǎn)量大，剩余糧食多，能保生產(chǎn)乙醇原料充足。短時間來看，為減少糧食庫存，用陳化糧食將作原料進行無水乙醇的生產(chǎn)。目前到2017年7月分，還有2.6億噸玉米的陳化玉米庫存，大大的超中國一年的玉米用量，如果3.3噸陳化玉米能夠生產(chǎn)1噸的燃料乙醇估算，使用全部的庫存玉米，能夠生產(chǎn)燃料乙醇8000萬噸。如果把燃料乙醇替換汽油。那么進行3年后燃料乙醇可以替代常規(guī)汽油3343萬噸，可以有效節(jié)約我國的化石能源。還要發(fā)展纖維素乙醇生產(chǎn)方法，中國有大量廢棄的秸4億噸，如國能利用會大有益處[2]。圖表國內(nèi)主要燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)企業(yè)名稱地區(qū)產(chǎn)能市場區(qū)域中糧肇東黑龍江25黑龍江安徽豐源安徽50安徽山東江蘇廣西中糧廣西20廣西吉林燃料乙醇吉林70吉林遼寧河南天冠集團河南40河北河南湖北山東龍力山東3山東中興能源內(nèi)蒙古3內(nèi)蒙古河南新瑞生化工河南18河北河南湖北1.5經(jīng)濟效應(yīng)我國人口眾多，所需的燃料巨大，燃料乙醇的需求量巨大。當前，我國生產(chǎn)燃料乙醇由于農(nóng)作物乙醇的成本高,但我陳化糧較多，企業(yè)可以利用陳化糧進行生產(chǎn)，消化糧食，提高農(nóng)業(yè)積極性。國內(nèi)生產(chǎn)燃料乙醇生產(chǎn)成本綜合分析,以陳化糧為原料成本是如下:稻谷產(chǎn)量6.311t/hm2左右，燃料乙醇產(chǎn)量為450升/噸,乙醇產(chǎn)量2841L/hm2,稻谷價是1900元/t時,燃料乙醇成本是7000元/t,汽油等價熱值計算,相當于等效汽油價格11324元/t,是汽油價格的2.35倍。

木薯積產(chǎn)量40t/hm2左右，燃料乙醇產(chǎn)量為150升/噸,單位面積燃料乙醇產(chǎn)量6010L/hm2,木薯價是382元/t時，燃料乙醇的生產(chǎn)成本是4260元/t。汽油等價熱值計算,相當于等效汽油價格6875元/t,是汽油價格的1.43倍玉米產(chǎn)量5.12t/hm2左右，燃料乙醇產(chǎn)量是410升/噸,燃料乙醇產(chǎn)量是2100L/hm2,玉米價是1050元/t時成本為4250元/t,原料費用是3315元/t,燃料乙醇的熱值相當于常規(guī)汽油熱值的61.867%,按照汽油的等價熱值計算,相當于等效汽油價格6839元/t,汽油價格的1.43倍

1.6恒沸精餾在生產(chǎn)無水乙醇中的應(yīng)用在常壓的情況在乙醇的濃度能達到97.6%（體積）或95.7%（體積）時候，揮發(fā)系數(shù)等于1，即液相和氣相的乙醇濃度相等，這是溶液的沸點是78.15℃，較乙醇的沸點（78.30℃）和水的沸點（100℃）均低。蒸餾達到這個濃度時，用一般常規(guī)的方法已經(jīng)無法在提高乙醇的濃度，78.15℃的乙醇-水溶液最低恒沸點，相應(yīng)的溶液稱為恒沸混合物，因此，在常壓下用一般的蒸餾技術(shù)是無法得到無水乙醇。[3]1.7設(shè)計方案的確定和說明1.7.1設(shè)計依據(jù)發(fā)展燃料乙醇是國家實現(xiàn)能源可在生發(fā)展的重要途徑，目前國家頒布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》到2020年燃料乙醇汽油普及度全面展開，可再生燃料生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展成熟。以非糧食作物作原料，選擇木薯為原料經(jīng)濟成本最合算。但它生產(chǎn)出乙醇濃度不高，因此需要恒沸精餾，達到需要的濃度。1.7.2裝置流程的確定無水乙醇精餾裝置主要包括精餾塔、原料混合器、冷凝器、釜液冷卻器、蒸餾釜和產(chǎn)品冷卻器等機械設(shè)備。生產(chǎn)需要熱量從塔底輸入在物料在塔內(nèi)反復(fù)的汽化和部分冷凝在進行精餾分離，并由冷凝器中的冷卻介質(zhì)將多余熱量帶走。在此過程中，多余的熱量可以進行綜合利用。達到節(jié)約能量效果。1.7.3操作壓力操作壓力選擇常壓操作。壓力的選擇要切實根據(jù)實際要去和生產(chǎn)成本確定，選擇經(jīng)濟高效壓力。在一般精餾過程中，選擇常壓精餾操作簡單經(jīng)濟合適。一些精餾對物料特殊要求，在滿足條件情況下也應(yīng)盡量先在常壓在操作。一些特殊的操作方法會增加生產(chǎn)成本，故本次設(shè)計采用常壓操作更為合理恰當。1.7.4進料狀態(tài)本此設(shè)計采用進料狀態(tài)是泡點進料。泡點進料具有較容易操作控制，操作不易受溫度和季節(jié)的影響。泡點進料是精餾塔的塔徑相同，在以后設(shè)計和制造方便節(jié)約成本。所以選泡點進料1.7.5冷凝方式當冷凝的氣相溫度較高及組分較單一且常溫下為液態(tài)時，一般采用全凝器冷凝，用循環(huán)水做冷媒；當被冷凝的氣相溫度較高但組分較多且常溫下有某組分為氣態(tài)或易氣化時，一般采用分凝器冷凝，先用循環(huán)水做冷媒將氣相中沸點較高的組分冷凝下來，未冷凝氣體再用低溫冷凍水做冷媒冷凝。

實際生產(chǎn)中，為了節(jié)能，當被冷凝的氣相溫度較高時，也可先與其它低溫物料換熱，這樣氣相被部分冷凝，再用循環(huán)水冷凝，也是一種分凝方法，可減少循環(huán)水用量。低溫物料被預(yù)熱，也可減少蒸汽耗量。1.7.6加熱方式精餾過程采用設(shè)置再沸器，利用蒸汽進行介質(zhì)加熱，為精餾提供相應(yīng)的熱量，如果精餾的產(chǎn)物為某個輕組分的混合物，就可以直接用蒸汽加熱，把蒸汽通如塔底，這樣節(jié)約制造成本也減少生產(chǎn)成本，但會導致殘夜輕組分濃度過底。需要的塔板數(shù)會略有增加。綜合分析，本次設(shè)計采用間接蒸汽加熱的方式。絕對壓強200Kpa水蒸氣第二章原料及產(chǎn)品的主要物理和化學性質(zhì)及規(guī)格要求2.1乙醇的物理化學性質(zhì)物理性質(zhì)：乙醇是無色透明的液體，具有特殊的刺鼻味;蒸汽壓為5.33kPa/19℃;乙醇閃點12℃;沸點78.3℃;熔點-114.1℃;能夠與水任意比例互溶：乙醇密度0.79;是及易燃燒的液體;目前主要商業(yè)用途:用于燃料、醫(yī)用酒精，工業(yè)有機合成等用作?；瘜W性質(zhì)：乙醇是一種易燃燒，常作工業(yè)原料和汽車燃料，是一種綠色清潔可持續(xù)發(fā)展能源，乙醇燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水不會污染環(huán)境。。挾帶劑苯的物理化學性質(zhì)：苯的相對分子質(zhì)量為78.11.另外苯是一種無色，透明的液體具有特殊芳香氣味的液體，苯能夠與醚、醇、四氯化碳、丙酮互溶，但是微溶于水。苯的化學性質(zhì)具有易燃、揮發(fā)、的特性。它蒸氣還有爆炸性。2.2規(guī)格要求2.2.1原料乙醇的規(guī)格組分名稱乙醇水合計質(zhì)量分數(shù)%95.05.01002.2.2產(chǎn)品乙醇規(guī)格組分名稱乙醇水合計質(zhì)量分數(shù)%99.50.51002.3.3挾帶劑苯規(guī)格組分名稱苯水合計質(zhì)量分數(shù)%99.90.1100第三章工藝流程簡介3.1工藝闡述乙醇提純主要蒸餾方式進行，乙醇濃度當?shù)竭_97.42%vol時，酒精和水會形成有最低恒沸點的恒沸混合物，它恒沸沸點為78.15℃，就無法進一步通過普通精餾進行提純。若在恒沸液中74.1%、乙醇7.4%、水7.4%，恒沸點溫度64.85℃。這樣就可利用三元恒廢物的恒沸點與無水酒精的沸點（78.3℃）的溫度差在精餾塔內(nèi)，以95%vol乙醇原料，用恒沸精餾發(fā)，利用加入一定比例的苯，使原料中的水完全轉(zhuǎn)移到三元恒沸液當中去，從塔頂蒸出。在進行脫水處理后就會得到的純乙醇，從塔底取出乙醇。3.2工藝過程體積分數(shù)為95%的乙醇原液從儲罐經(jīng)離心泵打入混合器在加熱至沸點，在進入恒沸精餾塔進行精餾，在苯的作用之下，原料液會在塔中精餾，塔頂產(chǎn)物是三元恒沸物，在經(jīng)過冷凝器進行冷凝后會一部分流入分層器中，分層器上層液為富苯液，回流到精餾塔內(nèi)，下層液為含少許苯和酒精，進入苯回收塔在處理。其組分苯11%、水36%、乙醇53%，恒沸塔釜得到質(zhì)量分數(shù)99.9%的乙醇。苯回收塔塔頂產(chǎn)物進入冷凝器，塔底低濃度酒精進入乙醇回收塔。乙醇回收塔塔頂流出物的乙醇—水混合物作為原料回到恒沸精餾塔，塔底得到的幾乎純水。（下圖所示）03.3分離原理乙醇（A）、水（W）、苯（B）三者之間混合形成一個三元共沸物，共沸情況如下表。共沸物共沸點共沸組成ACB乙醇—水78.1595.574.43__苯—水69.25__8.8391.17乙醇—苯68.2432.37__67.63乙醇—水—苯64.8518.57.474.1乙醇、水和苯間共沸情況添加適應(yīng)量的苯于原料乙醇蒸餾時，乙醇——水——苯三元共沸物先餾出，最后流出是乙醇和苯的二元共沸物料，無水乙醇精餾后留在釜底。下圖：第四章恒沸精餾塔的設(shè)計技術(shù)4.1精餾塔的物料衡算恒沸精餾的塔頂產(chǎn)物，塔頂恒沸物經(jīng)過冷凝器的冷凝后進到分層器分層，分層后輕層回流進入另一個塔。進料F1組成：X醇=95%X水=5%；塔I塔II塔頂蒸汽組成：X醇=18.5%X苯=74.1%X水=7.4%；分層器重相X醇=53.0%X醇=11.0%X水=36.0%；分層器輕相X醇=14.5%X醇=84.5%X水=1.0%；塔I底部X醇=95.5%X水=0.5%；塔II底部X醇=59.0%X水=40.0%；塔III頂部X醇=95%X水=5%；塔III底部X醇=0.5%X水=99.5%；年開工時間8000小時，每小時的產(chǎn)量為：WI=30000×10008000系統(tǒng)I:FI=WI+W3F1X醇FI=WIX醇W1+W3X醇W3則:FI=3750+W3FI×0.95=3750×0.995+W3×0.005解得：FI=3928.57kg/hW3=178.57kg/h系統(tǒng)II:W2=D3+W3W2X醇W2=D3X醇D3+W3X醇W3則W2=D3+178.57W2×0.59=D3×0.95+178.57×0.005解得：D3=290.17kg/hW2=468.74kg/h系統(tǒng)III:F2=V2+W2F2X醇W2=V2X醇V2+W2X醇W2則：F2=V2+468.740.53F2=0.185V2+0.59×468.74解得：F2=550.26kg/hV2=81.52kg/h系統(tǒng)IV:V1+V2=F2+L1醇的衡算：（V1+V2）×0.185=0.53F2+0.145L1解得：V1=5296.25kg/h，L1=4745.99kg/h，在設(shè)計之前，將F1、D3、V2擬合為進料F,F2作為塔頂出料D，W1作為恒沸塔的塔底出料W.即得： F=F1+D3+V2=3928.57+290.17+81.52=4300.26kg/hD=F2=550.26kg/hW=W1=3750kg/h對于進料：F乙醇=（F1+D3）×0.95+V2×0.185=4022.788kg/hF水=（F1+D3）×0.05+V2×0.074=216.97kg/hF苯=V2×0.741=60.41kg/h查得乙醇、水、苯適量分別是46.069、18.0153、78.1136.因此得到：F乙醇=87.3209kmol/hXF乙醇=0.8720F水=12.0437kom/h XF水=0.1203F苯=0.7734kom/hXF苯=0.0077對于塔出料：D乙醇=F2×0.53=291.64K=kg/hD水=F2×0.36=198.09kg/hD苯=F2×0.11=60.53kg/h因此得到：W乙醇=6.3305kom/hXD乙醇=0.3497W水=10.9957kom/hXD水=0.6075W苯=0.7749kom/hXD苯=0.0428對于塔底出料：W乙醇=W1×0.995=3731.25kg/hW水=W1×0.005=18.75kg/hW苯=0因此得到：W乙醇=80.9926kom/hXW乙醇=0.9873W水=1.0408kom/hXW水=0.1269W苯=0XW苯=0數(shù)據(jù)整理得下表C2H5OHH2OC6H6XD0.34970.60750.0428XW0.98730.12690XF0.87200.12030.00774.1.1塔溫度的確定恒沸精餾塔塔頂為恒沸物，恒沸溫度為64.85℃，因此塔頂溫度為64.85℃。T塔頂=64.85℃。進料溫度：根據(jù)進料組成，查汽液平衡數(shù)據(jù)表得T進料=72.1℃。塔底溫度：根據(jù)釜液組成，查汽液平衡數(shù)據(jù)表得T塔底=77.6℃。Tm精=（T塔頂+T進料）/2=68.48℃。Tm提=（T進料+T塔底）/2=74.85℃。組分K值塔頂塔底乙醇1.360.98水5.71.11苯0.743.82序號溫度乙醇水苯液相汽相液相汽相液相汽相165.39730.24630.33730.01850.11010.735520.5526265.63540.24790.34450.01640.09910.73580.55637365.66660.24800.34540.016010.09770.735880.55637465.67060.24800.34560.01600.09750.735890.55687565.67090.24810.34560.01600.09750.735870.55694665.67100.0.2480.345560.01610.097460.735810.55694765.66670.24940.34580.01620.097490.73550.5569865.65320.25340.34640.01620.097560.734550.55590965.60180.27170.34920.01560.097870.730020.55291065.47500.39390.36150.01840.099340.709890.539191165.79000.39910.37460.02800.083050.57280.542311265.92060.40140.37960.05700.076880.57290.543501365.96420.40470.38170.02510.074660.570190.543611465.97810.56900.38490.27240.074160.54670.540971566.14460.54680.40500.44330.0764640.408830.518531666.55320.56000.42560.03140.056230.408950.51821766.87340.42600.44200.02180.039890.40920.51811867.11110.57590.45410.01470.027520.40940.51831967.28020.58060.46300.00980.018520.40960.51852067.39730.58390.46900.00640.012330.40970.51862167.47710.58610.47310.004190.008070.40970.51872267.53170.58800.47600.002700.005220.40930.51872367.57310.59060.47860.001720.003330.40770.51822467.62030.67770.48170.001100.002090.40160.51622567.73080.61850.48100.000720.0013000.38080.50872668.13020.59730.51610.000530.0008220.32170.48302769.53140.78670.58960.000460.0005740.21280.40982872.45560.89590.72660.000430.000480.10360.27292975.37410.95920.86640.000410.0004570.04030.3313076.99810.98570.94840.000390.000430.13900.05113177.65760.99530.98280.000370.0004020.00040.0168序號平衡常數(shù)K乙醇水苯11.3695475.96312450.751558421.3390026.0617970.75613831.3927136.0747250.75674641.3929966.0759180.75683851.39273660.73900.7569061.3915216.065040.757121171.3866906.0298610.7579881.3672495.8888560.76157391.2853765.3051980.778915100.9175862.88433490.943254110.9385312.9649250.946736120.9458272.9914440.953386130.9433052.96918110.989408140.9034392.7223751.2683317150.7406321.7245371.267027160.7606441.7852091.266322170.7766281.833831.266006180.7886531.87047241.265907190.7972941.89680471.265955200.8032881.9150011.266238210.8072851.926861.2672845220.8096611.9328171.267284230.81012151.9294151.271139240.8064851.9009901.2853247250.79216621.8001531.336078260.76155961.5585561.501346270.7494081.2594531.925671280.811044981.1110252.632877290.9032781.09468263.29900300.9622231.1068773.673484310.9875091.1146553.827437264.1.2確定最小回流比各組分的相對揮發(fā)度如下表組分XFXDXWK塔頂K塔底Kαin乙醇0.87200.34970.98731.360.981.1541水0.12030.60750.12695.71.112.5152.179苯0.00770.042800.743.821.6811.457在恒沸精餾沸中，假設(shè)塔內(nèi)各個組分的相對揮發(fā)度恒，并且為恒分子流，水是輕關(guān)鍵組分，乙醇是重關(guān)鍵組分，由恩德伍德公式可得試差公式：因為q=1所以i=1n代入數(shù)得：1×0.87201-θ+2.179θ=1.9118由Rmin=i=1n=1×0.34971-1.9118+2.179=3.434144.1.3確定最小理論板數(shù)塔頂乙醇——水的相對揮發(fā)度：αD=5.7塔底乙醇——水的相對揮發(fā)度：αW=11.1αL-H=αDαW由Nmin=logDdlXwhXdlXwllog4.1.4確定實際塔板數(shù)回流比R=9(1.2—2)RminR=3.43414×1.3=4.46由R-RminR+1解得N=214.1.5確定進料板位置設(shè)精餾段和提餾段理論板數(shù)分別為n和m（包括塔釜）由下面兩是得：lognm=0.206[(WD)(n+m=N代入數(shù)據(jù)得：m=11n=10進料位置在塔往下第11塊板上。4.2塔徑的計算4.2.1汽液相負荷及密度由物料衡算結(jié)果可知：V=kg/h=5296.25+81.52=5377.77kg/h=94.64Kmol/h根據(jù)《輕碳氫化合物數(shù)據(jù)手冊》第一冊得塔頂各組分的臨界性質(zhì):[4]C2H5OHC6H6H2O合計XD0.2280.5390.2331.0PC(Mpa)6.1484.89422.064Pc%1.40172.63794.92028.598T(k)513.9562.05647.096Tc%117.1692302.9449150.7733570.8875M46.06978.113618.0153M%10.503742.10324.197656.8045對比壓力：Pr=P/PC0.1013/8.9598=0.01131對比溫度：TR=T/TC=64.85+273查得壓縮系數(shù)Z=0.99,接近于1，可以把氣體視為理想氣體。壓縮系數(shù)均取1.VSD=ZNRT/P=94.64×8315×同理VSF=ZNRT/P=94.64×8315×VSW=ZNRT/P=94.64×8315(273.15+77.6)1.0133精餾段氣相負荷：Vs=VSDVSF提餾段液相負荷Vs＇=VSFVSW精餾段氣相密度：ρV=PMRT=提餾段氣相密度：ρv＇=PMRTZ=液相密度：塔頂：1ρLD=qLC2H5OH=0.185qDC6H6=0.741qDH2O=0.074查《輕碳氫化合物數(shù)據(jù)手冊》（2-15）(2-17)ρLC2H5OH=749.7kg/m3ρLDC6H6=830.6kg/m3ρLDH2O=980.6kg/m3帶入公式：1ρLD=0.185749.7+塔底：1qwC2H5OH=0.995 qWH2O=0.005查手冊得：ρLWC2H5OH=737.10kg/mρLWH2O=973.28kg/m31ρLW=0.995737.10+0.005進料：1ρLF=同上計算：qFC2H5OH=0.9347qFH2O=0.0505qFDC6H6=0.0149查手冊得：ρLWC2H5OH=742.6kg/mρLWH2O=976.6kg/m3ρLDC6H6=822.5kg/m31ρLF=0.9347742.6+0.0505精餾段液相密度：ρL=ρLDρLF=823.48×738.00提餾段液相密度：ρL＇=ρLDρLF=738.00×752.72精餾段液相流量：LS=L+qFρL＇=98.0108+134.6227745.32提餾段液相流量：LS＇=LρL=98.0108+56.8045779.57=7.14m4.2.2塔徑的估算笨：23mN/m;乙醇：18.8mN/m;水：65.5mN/m；精餾段LSVS×ρL0.5板間距取HT=0.5m，板上清液層高度hL=0.075m，分離空間：HT-hL=0.5-0.075=0.425從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C20=0.084塔頂溫度下：σ乙醇=18.8mN/m；σ苯=23mN/m;σ水=65.5mN/mσm=0.228×18.8+0.539×23+0.233×65.5=31.9449N/m由C20Cσ=(20σM)推出：由式：Umax=CσρL-ρVρV=0.0922779.57-由于適宜的空塔氣速u=（0.6—0.8）Umax，取u=0.6Umax，則U適=1.796×0.6=1.0776m/sD=4VSπu=D圓整為1m實際空塔截面積：AT=π4D實際空塔氣速：u=VS提餾段L＇SV＇S×ρ板間距取HT=0.5m，板上清液層高度hL=0.075m，分離空間：HT-hL=0.5-0.075=0.425從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C20=0.09塔底溫度下：σ乙醇=17.8mN/mσ水=62.6mN/mσm=17.8×0.995+62.6×0.005=18.024mN/m同上得Cσ=0.09Umax=CσρL＇-ρV＇取u=0.6UmaxU適=1.03m/sD=4VSπu=D圓整取1m實際空塔截面積：AT=π4D實際空塔氣速：u=VS4.3塔內(nèi)物件的工藝尺寸4.3.1精餾段（1）溢流堰降液管的結(jié)構(gòu)有型式，有圓形和弓形兩種。經(jīng)常用的是弓形降液管，它具備降液能力大，氣液分離效果好等優(yōu)點；在在介質(zhì)腐蝕不嚴重時，可選用材料Q235-A.F,板厚3mm。已知塔徑D=1m，液體流量LS=13.87m3/h，故選用單溢流弓形降液管。單溢流堰長：lW=(0.6—0.8)D,取lw=0.7×1=0.7m溢流堰高度hw：根據(jù)hL=hw+how選用平直堰溢流強度校核：i=LSLW=13.840.7由LWD=0.71=0.7AAT故溢流管橫截面積：Af=0.094×0.785=0.0738m2氣體流道截面積：A=0.906×0.785=0.7112m2弓形溢流管寬度：Wd=0.151×1=0.151m實際操作氣速：u=2652.91990.7112根據(jù)LSLW2.5=故堰上清液層高度：hOW=2.84×10-3E(LLW2.84×10-3×1.05×(13.870.7)堰高：HW=0.075-0.0219=0.0531圓整HW=0.06m板上清液層高度：hL=0.06+0.0219=0.0819m（2）溢流管液體在溢流管內(nèi)平均停留時間為：τ=HTAFLS=0.5×溢流管中液體流速：ud=LS選用取垂直弓形降液管和凹形受液盤，取降液管底部與下塊塔板間隙高度為：Ho=0.032m<hw=0.06m選用合適。則u＇d=LSLW邊緣區(qū)寬度確定根據(jù)化工原理數(shù)據(jù)，選擇入口安定區(qū)寬度WS＇可取為50～100mm，出口安定區(qū)寬度WS一般情況等于WS＇。但工業(yè)實踐表明，目前多張不設(shè)出口安定區(qū)。邊緣寬度WC與塔徑有關(guān)，一般取故取，溢流堰前的安定區(qū)寬度：WS=0.08m，邊緣區(qū)寬度：WC=0.045m塔盤布置開孔區(qū)面積X=D2-(Wd-WS)=1000R=D2-WC=1000Aa＇=2（Xr2-X2=2(269×4552-2692+=459205.07195mm2篩孔直徑鼓泡型操作的篩板塔，所選的篩孔一般較小，一般取3～8mm，處理固體物料應(yīng)用用較大孔徑的篩孔，本設(shè)計采用孔徑d0=5mm。在有效區(qū)內(nèi)，篩孔按正三角形排列；一般碳鋼的板厚δ為3mm,取t/d0=3.0孔中距t=3.0×5=15mm篩孔數(shù)目：n=1.55×Aat2=1.555開孔率為：φ=0.907（d0t）2=0.907×（0.0050.015氣體通過氣速：u0=VSA04.3.2提餾段提餾段根據(jù)液相流量LS＇=7.14m3/h,塔徑為（1）溢流堰弓形堰長LW=0.7×1=0.7m溢流堰強度校核：i=LS,＇LW=7.14查圖5-7由LWD=0.71=0.7查得：AFAAAT=1-故溢流管橫截面積：Af=0.094×0.785=0.0738m2氣體流道截面積：A=0.906×0.785=0.7112m2弓形溢流管寬度：Wd=0.151×1=0.151m根據(jù)LS,LW2.5故堰上清液層高度：how=2.84×10-3E(LLW=2.84×10-3×1.03(7.140.7)堰高：HW=0.075-0.0138=0.0612圓整HW=0.07m板上清液層高度：hL=0.07+0.0138=0.0838m（2）溢流管液體在溢流管內(nèi)平均停留時間為：τ=HTAFLS,=0.5溢流管中液體流速：ud=LS選用取垂直弓形降液管和凹形受液盤，取降液管底部與下塊塔板間隙高度為：Ho=0.032m<hw=0.06m選用合適。則u＇d=LSLW(3)邊緣區(qū)寬度確定據(jù)化工原理，入口安定區(qū)寬度WS＇可取為50～100mm，出口安定區(qū)寬度WS一般等于WS＇。但根據(jù)大量的工業(yè)實踐，目前多張不設(shè)出口安定區(qū)。邊緣寬度WC與塔徑有關(guān)，一般取故取，溢流堰前的安定區(qū)寬度：WS=0.08m，邊緣區(qū)寬度：WC=0.045m(4)塔盤布置①開孔區(qū)面積X=D2-(Wd-WS)=1000R=D2-WC=1000Aa＇=2（Xr2-X2=2(269×4552-2692+=459205.07195mm2篩孔直徑鼓泡型操作的篩板塔，所選的篩孔一般較小，一般取3～8mm，處理固體物料應(yīng)用用較大孔徑的篩孔，本設(shè)計采用孔徑d0=5mm。在有效區(qū)內(nèi)，篩孔按正三角形排列；一般碳鋼的板厚δ為3mm,取t/d0=3.0孔中距t=3.0×5=15mm篩孔數(shù)目：n=1.55×Aat2=1.555開孔率為：φ=0.907（d0t）2=0.907×（0.0050.015氣體通過氣速：u0=VS,＇A第五章水力學性能檢驗5.1精餾段性能檢驗5.1.1塔板壓降塔板壓降：hp=hc+h1+hσ干板壓力hc依d0σ=5/3=1.67查圖得Chc=0.051(u0C0)2(ρVρL)=0.051（15.880.8液層阻力因為：F0=uaρvua=VSA即：F0=1.0362×2.084=1.5查圖得充氣系數(shù)ε0=β=0.58所以：h1=βhL=0.58×0.0819=0.0457(3)液層表面張力的阻力hσ=4σLρL即：hp=hc+h1+hσ=0.0528+0.0457+0.00334=0.1018m?P=hPρLg=0.1018×779.57×9.81=778.52Pa5.1.2霧沫夾帶的驗算依式eV=5.7×10-6σ=(已知HT=0.5m，hf=hL/0.4=2.5×hL=2.5×eV=5.7×10-631.9449×10故在此設(shè)計下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。5.1.3漏液的驗算依式uOW=4.43C00.0056+0.13hLuOW=4.43×0.80.0056+0.13=7.86m/s篩板的穩(wěn)定系數(shù)：k=u0uow=因此在此設(shè)計下不會發(fā)生漏液5.1.4液泛的驗算為有效防止降液管液泛發(fā)生，要使降液管中清液的高度Hd<?（HT-hw）已知Hd=hp+hL+hdhp=0.1018hL=0.0819而hd=0.153(LSlW×h0)則Hd=0.1018+0.0819+0.0032=0.1869m鑒于乙醇-水是不易氣泡物系，因此取?=0.6?（HT-hw）=0.6×（0.5×0.06）=0.336m>Hd=0.1869m故在此設(shè)計下不會發(fā)生液泛根據(jù)以上塔板的各項流體力學驗算，可認為精餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的。5.2提餾段性能檢驗5.2.1塔板壓降塔板壓降：hp=hc+h1+hσ(1)干板壓力hc依d0σ=5/3=1.67查圖得Chc，=0.051(u0，C0)2(ρv，ρL(2)液層阻力因為：F0=u′aρ'vu′a=V'即：F0=1.0555×1.596=1.33查圖得充氣系數(shù)ε0=β=0.61所以：h′1=βhL=0.61×0.0838=0.0511(3)液層表面張力的阻力h′σ=4σ'Lσ即：h′p=h′c+h′1+h′σ=0.04473+0.0511+0.00197=0.0978m?P=h′Pρ′Lg=0.0978×745.32×9.81=715.07Pa5.2.2霧沫夾帶的驗算依式eV=5.7×10-6σ=(已知HT=0.5m，hf=hL/0.4=2.5×hL=2.5×eV=5.7×10-618.024×10故在此設(shè)計下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。5.2.3漏液的驗算依式u′OW=4.43C00.0056+0.13hLu′OW=4.43×0.80.0056+0.13=9.23m/s篩板的穩(wěn)定系數(shù)：k=u0u'ow故在此設(shè)計下不會發(fā)生漏液5.2.4液泛的驗算為防止降液管液泛發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液的高度Hd<?（HT-hw）已知H′d=h′p+h′L+h′dh′p=0.0978h′L=0.0838而hd=0.153(L'SlW×h0則Hd=0.0978+0.0838+0.0012=0.1828m鑒于乙醇-水是不易氣泡物系，因此取?=0.6?（HT-hw）=0.6×（0.5×0.07）=0.342m>Hd=0.1828m故在此設(shè)計下不會發(fā)生液泛根據(jù)以上塔板的各項流體力學驗算，可認為精餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的。5.3塔板負荷性能圖5.3.1精餾段塔板負荷性能圖（1）霧沫夾帶線依式eV=5.7×10-6σ式中ua=VSAT-Afhf=2.5hL=2.5(hw+how)=2.5×[hW+2.84×10-3E(3600LSLW近似取E≈1，hw=0.06,LW=0.7故有：hf=2.5×[0.06+2.84×10-3(3600LS0.7)2/3]=0.15+1.315LS2/3取霧沫夾帶極值eV為0.1kg液/kg氣。已知σ=18.024×10-3HT=0.5mhw=0.06m，將①②代入得：0.1=5.7×10-631.9449整理得：VS=1.794-6.739LS2/3(注：單位為m3/s)在操作范圍內(nèi)任意取幾個LS值，依上式算出相應(yīng)值于下表：LS,m3/s0.00050.0020.0060.0090.012VS,m3/s1.751.691.581.501.44依表中數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出霧沫夾帶線（1）。(2)液泛線令Hd=Φ（HT+hw）,則由Hd=hp+hL+hd與其聯(lián)立得：Φ（HT+hw）=hp+hw+how+hd近似值E≈1,LW=0.7m則：hOW=2.84×10-3E(3600LSLW)2/3=2.84×10-3(3600LS0.7由于hp=hC+h1+hσ，則hC=0.051(u0C0)2(ρVρL)=0.051（VSC0A0）2=0.0793Vh1=ε0hL=ε0(hW+hOW)=0.58×(0.06+0.862LS2/3)=0.0348+0.5000LS2/3hσ=0.00334m（算得）所以：hp=0.0973VS2+（0.0348+0.5000LS2/3而hd=0.153（LSlw×l0）2=0.153hW=0.06m,將HT=0.5,?=0.6及以上各式代入得：Φ（HT+hw）=hp+hw+how+hd0.6(0.5+0.06)=0.0973VS2+(0.0348+0.5000LS+0.00334+0.06+0.862LS2/3+304.93L整理得：VS2=2.44-14LS2/3-3133.92L在操作范圍內(nèi)任意取幾個LS值，依上式算出相應(yīng)值于下表：LS,m3/s0.00050.0020.0060.0090.012VS,m3/s2.352.211.861.581.25依表中數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出霧沫夾帶線（2）。液相負荷上線取液體在降液管中停留時間為4s，由下式得：Lsmax=HTAfτ=液相負荷上線（3）在VS—LS圖中為與氣相流量無關(guān)的垂線。漏液線由hL=hW+hOW=0.06+0.862LS2/3，A0=0.0464m2，C0=0.8代入漏液點氣速。uOW=VsminA0uOW=4.4hσ=0.00334m,代入式uOW=V=4.4×0.80.0056+0.13整理得：Vsmin=0.163在操作范圍內(nèi)任意取幾個LS值，依上式算出相應(yīng)值于下表：LS,m3/s0.00050.0020.0060.0090.012VS,m3/s0.070.230.390.510.61依表中數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出漏液線（4）。（5）液相負荷下線取平堰堰上液層高度hOW=6mm作為液相負荷下限條件，取E=1.0,LW=0.7mhOW=2.84×10-3E(3600LsminL0.006=2.841000×1×(3600Lsmin整理得：Lsmin=5.97×10依此數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出液相負荷下線（5）。5.3.2提溜段塔板負荷性能圖（1）霧沫夾帶線依式eV=5.7×10-6σ式中u'a=V＇SAT-Afh′f=2.5h′L=2.5(hw′+how)=2.5×[hW′+2.84×10-3E(3600L′SL近似取E≈1，hw=0.07,LW=0.7故有：h′f=2.5×[0.07+2.84×10-3(3600LS0.7)2/3]=0.175+2.116L′S2/3取霧沫夾帶極值eV為0.1kg液/kg氣。已知σ=18.024×10-3HT=0.5mhw=0.07m，將①②代入得：0.1=5.7×10-618.024整理得：V'S=1.666+10.84LS’2/3(注：單位為m3/s)在操作范圍內(nèi)任意取幾個LS值，依上式算出相應(yīng)值于下表：LS,m3/s0.00050.0020.0060.0090.012VS,m3/s1.731.842.022.132.23依表中數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出霧沫夾帶線（1）。(2)液泛線令Hd=Φ（HT+hw）,則由Hd=hp+hL+hd與其聯(lián)立得：Φ（HT+hw）=hp+hw+how+hd近似值E≈1,LW=0.7m則：hOW'=2.84×10-3E(3600L′SLW)2/3=2.84×10-3(3600LS由于hp=hC+h1+hσ，則h'C=0.051(u0'C0')2(ρV'ρL')=0.051（VS'C=0.0973Vh1=ε0hL'=ε0(hW'+hOW')=0.61×(0.07+0.862LS2/3)=0.0425+0.5258LS2/3hσ=0.00197m（算得）所以：hp'=0.0973V'S2+（0.0425+0.5258LS而hd'=0.153（LS'lw×l0）2hW=0.07m,將HT=0.5,?=0.6及以上各式代入得：Φ（HT+hw）=hp+hw+how+hd0.6(0.5+0.07)=0.0973V'S2+（0.0425+0.5258LS+0.07+0.862LS2/3+304.93L整理得：V'S2=2.34-14.26LS2/3在操作范圍內(nèi)任意取幾個LS值，依上式算出相應(yīng)值于下表：LS,m3/s0.00050.0020.0060.0090.012VS,m3/s2.252.101.761.471.14依表中數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出霧沫夾帶線（2）。(3)液相負荷上線取液體在降液管中停留時間為4s，由下式得：Lsmax'=HTAfτ=液相負荷上線（3）在VS—LS圖中為與氣相流量無關(guān)的垂線。（4）漏液線由hL'=hW'+hOW'=0.07+0.862LS2/3，A0=0.0464m2，C0=0.8代入漏液點氣速。uOW'=Vsmin'A0uOWhσ=0.00197m,代入式uOW'=V=4.4×0.80.0056+0.13整理得：Vsmin=0.163在操作范圍內(nèi)任意取幾個LS值，依上式算出相應(yīng)值于下表：LS,m3/s0.00050.0020.0060.0090.012VS,m3/s0.130.330.690.901.09依表中數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出漏液線（4）。（5）液相負荷下線取平堰堰上液層高度hOW'=6mm作為液相負荷下限條件，取E=1.0,LW=0.7mhOW'=2.84×10-3E(3600Lsmin'0.006=2.841000×1×(3600Lsmin整理得：Lsmin=5.97×10依此數(shù)據(jù)在VS—LS圖中作出液相負荷下線（5）。由此負荷性能圖可以看出：精餾段：A:氣相負荷上限由霧沫夾帶控制（1.56m3/s）B:氣相下限由漏液點控制（0.2m3/s）C:設(shè)計點P處于中間位置Vmin=0.2m3/sVmax=1.56m3/s操作彈性為Vman/Vmix=7.8提餾段：A:氣相負荷上限由霧沫夾帶控制（1.75m3/s）B:氣相下限由漏液點控制（0.25m3/s）C:設(shè)計點P處于中間位置Vmin=0.25m3/sVmax1.75m3/s操作彈性為Vman/Vmix=7[6]第六章附屬設(shè)備的選擇6.1再沸器的設(shè)計在塔頂77.6℃查T-H圖得:氣體：C2H6O=1263.363KJ/Kg=301.95Kcal/Kg=13889.75Kcal/KmolH2O=2638.9897KJ/Kg=630.734Kcal/Kg=11353.21Kcal/KmolC6H6=391.7817KJ/Kg=93.64Kcal/Kg=7303.77Kcal/Kmol所以：HVP=13889.75×0.228+11353.21×0.233+7303.77×0.539=9748.893Kcal/Kmol液體：C2H6O=412.3257KJ/Kg=98.55Kcal/Kg=4533.22Kcal/KmolH2O=324.9384KJ/Kg=77.66Kcal/Kg=1397.92Kcal/KmolC6H6=-4.6883KJ/Kg=-1.12Kcal/Kg=-87.4014Kcal/Kmol所以：HLP=4533.22×0.228+1397.92×0.233+(-87.40×0.539)=1312.181Kcal/Kmol即：Qp=V×(HVP-HLP)=94.64×(9748.893-1312.181)=798450.424Kcal/Kmol取K=700Kcal/m2h℃出料溫度：77.6℃(液)77.6℃（汽）采用100℃水蒸汽：100℃(液)100℃（汽）?tm=100-77.6=22.4℃A=QPK?t6.2全凝器的計算在塔頂64.85℃查T-H圖得:氣體：C2H6O=1243.9851KJ/Kg=297.32Kcal/Kg=13676.7Kcal/KmolH2O=2617.2457KJ/Kg=625.537Kcal/Kg=11259.66Kcal/KmolC6H6=377.2199KJ/Kg=90.158Kcal/Kg=7032.3Kcal/Kmol所以：HVP=13676.7×0.228+11259.66×0.233+7032.3×0.539=9532.2Kcal/Kmol液體：C2H6O=372.6332KJ/Kg=89.06Kcal/Kg=4096.83Kcal/KmolH2O=271.4877KJ/Kg=64.89Kcal/Kg=1167.97Kcal/KmolC6H6=-28.3815KJ/Kg=-6.78Kcal/Kg=-529.1Kcal/Kmol所以：HLP=4096.83×0.228+1167.97×0.233+(-529.1×0.539)=1166.84Kcal/Kmol即：Qp=V×(HVP-HLP)=94.64×(9532.2-1166.84)=791697.67Kcal/Kmol取K=700Kcal/m2h℃出料溫度：64.85℃(液)64.85℃（汽）采用100℃水蒸汽：20℃(液)20℃（汽）?tm=?t2-?t1A=QPK?t6.3泵的選型6.3.1進料泵的選型L=4300.26kg/hρL=823.48kg/m3V=L/ρL=4300.26/823.48=5.22m3/h查《化工原理》，選用IS型單級單吸離心泵：IS-32-125轉(zhuǎn)速(r/min)流量(m3/h)揚程(m)效率(%)軸功率/電機功率(Kw)汽蝕余量(m)29007.522470.96/2.22.06.3.2回流泵選型L=4745.99kg/hρL=738.00kg/m3V=L/ρL=4745.99/738.00=6.43m3/h查《化工原理》，選用IS型單級單吸離心泵：IS-32-160轉(zhuǎn)速(r/min)流量(m3/h)揚程(m)效率(%)軸功率/電機功率(Kw)汽蝕余量(m)290012.535542.02/32.06.3.3釜液泵選型L=3750kg/hρL=752.72kg/m3V=L/ρL=3750/752.72=4.98m3/h查《化工原理》，選用IS型單級單吸離心泵：IS-32-250轉(zhuǎn)速(r/min)流量(m3/h)揚程(m)效率(%)軸功率/電機功率(Kw)汽蝕余量(m)290012.520387.16/112.06.4封頭和筒體封頭筒體采用16MnDR材料σS=275MPa[σ]t=16σ[σ]t=45.83MPa筒體：δe=PDi2[σ]t從風載荷及經(jīng)濟等方面綜合考慮取δn=20mm6.5封頭的選型根據(jù)JB4737-95-T選用封頭的數(shù)據(jù)參數(shù)如下：公稱直徑mm曲面高度mm直邊高度mm內(nèi)表面積m2容積m3厚度mm質(zhì)量kg1000250401.2100.212161576.6管徑的選擇6.6.1進料管計算F=4300.26kg/hρ=823.48kg/m3V=F/ρ=4300.26/823.48=5.22m3/h=0.00145m3/s取uF=1.5m/s則D=(4×V/uF/π)0.5=(4×0.00145/1.5/3.14)0.5=0.035m根據(jù)（GB8163-87）外徑=45mm壁厚=3.5mm公稱直徑=38mm6.6.2塔頂出料管徑的計算D=550.26kg/hρ=738.00kg/m3V=D/ρ=550.26/738.00=0.76m3/h=0.00021m3/s取uF=1.5m/s則D=(4×V/uF/π)0.5=（4×0.00021/1.5/3.14）0.5=0.0133m根據(jù)（GB8163-87）外徑=20mm壁厚=2mm公稱直徑=18mm6.6.3塔底出口管的計算W=3750kg/hρ=752.72kg/m3V=W/ρ=4.98m3/h=0.0014m3/s取uF=1.5m/s則D=(4×V/uF/π)0.5=（4×0.0014/1.5/3.14）0.5=0.034m根據(jù)（GB8163-87）外徑=45mm壁厚=3.5mm公稱直徑=38mm6.6.4回流管的計算依靠重力回流時，速度為0.2—0.5m/s，取u=0.3m/s則D=(4×L/uF/π)0.5=(4×0.00315/0.3/3.14)0.5=0.117m根據(jù)（GB8163-87）外徑=133mm壁厚=6mm公稱直徑=121mm6.7除沫器的設(shè)計（1）本設(shè)計采用多網(wǎng)式除沫器，最大優(yōu)點是蒸汽通過時壓力降較小，制作安裝方便，效率達99%。（2）蒸汽通過除沫器的最大氣速Umax=0.107×[(ρL-ρV)/ρV)]0.5=0.107×[(779.57-2.048)/2.048]0.5=2.08m/s(3)根據(jù)上升蒸汽VS及適宜氣速u可求直徑取u=0.5Umaxu=1.04m/sD=4VS/(π×u)=4×1.033/（3.14×1.04）=1.27m(4)安裝除沫器上下留有大約350mm，除沫器高度一般為300—800mm，絲網(wǎng)厚度一般100—150mm.故除沫器高度選為500mm，絲網(wǎng)高度選為100mm6.8塔高的計算（1）塔頂空間塔頂空間指的是最上一層塔板距塔頂?shù)拈g距，為了減少塔頂蒸汽中液體的夾帶量，塔頂空間一般高于板距再放除沫器，取為3400mm。（2）塔底空間防止操作波動后續(xù)設(shè)備影響，塔底空間起到貯槽作用，塔底產(chǎn)品停留時間為3.5min，為了方便從再沸器到塔內(nèi)蒸汽能夠均勻的分布，以塔底液面到塔底最下一塊板還要有1—3m空間，取塔底空間為2000mm。(3)塔高進料段高度取絕于進料段結(jié)構(gòu)形式與介質(zhì)狀態(tài)，由于泡點進料，可取板間距相同。所以塔高H=3400+500×21+2000=14100mm。(4)全塔高度根據(jù)經(jīng)驗值取群座高度為4000mm則全塔高度：H=14100+4000=18100mm=18.30m第七章乙醇苯恒沸精餾過程模擬7.1過程模擬7.1.1設(shè)置全局信息在設(shè)置頁面進行全局設(shè)計、定義數(shù)據(jù)輸入單位等。具體如下圖：7.1.2定義物流組分定義乙醇、水、苯結(jié)果如下圖：7.1.3回收塔的計算結(jié)果結(jié)果輸出圖：冷凝器結(jié)果圖：再沸器結(jié)果圖：7.2結(jié)果優(yōu)化7.2.1優(yōu)化設(shè)置對結(jié)果進行靈敏度分析如下圖：（乙醇純度優(yōu)化設(shè)置圖）苯進料優(yōu)化設(shè)置圖（如下）回流比優(yōu)化設(shè)置圖：（如下）

F2進料位置優(yōu)化圖（如下）塔板優(yōu)化設(shè)置圖（如下）

7.2.2優(yōu)化分析（1）夾帶劑進料量的影響在一定的回流比、熱負荷下，夾帶劑對塔底乙醇的影響隨著夾帶劑的增大，乙醇的濃度先增大后減小。當苯達到58kg/h效果最好。下圖：（2）回流比的影響當回流比為25時，乙醇濃度達到合格。回流比選25.如圖夾帶劑進料位置影響從圖中可見選第6塊板。如下圖塔板數(shù)影響當塔板15塊以下，乙醇隨塔板數(shù)很快上升。當塔板20塊以上時，乙醇上升幅度較小。下圖：7.2.3塔內(nèi)模擬結(jié)果

第八章建設(shè)經(jīng)濟核算8.1項目概況國家扶持新建年產(chǎn)3萬噸燃料乙醇精餾工藝段建設(shè)。工廠位于糧食主產(chǎn)區(qū)，交通便利，資源豐富。該項目經(jīng)過市場調(diào)查，理論設(shè)計研究，廠址選擇完成，資金充足。各方論證通過