化工原理乙醇水溶液连续精馏塔优化设计.doc

化工原理乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计 Department of ChemistryUniversity of South ChinaHengyang 421001distillation process and equipment design theme Keywords rectification column valve tower accessory equipment of the rectification column 前 言 精馏是分离液体混合物含可液化的气体混合物最常用的一种单元操作在化工炼油石油化工等工业中得到广泛应用乙醇在工业医药民用等方面都有很广泛的应用是很重要的一种原料在很多方面要求乙醇有不同的纯度有时要求纯度很高甚至是无水乙醇这是很有困难的因为乙醇极具挥发性也极具溶解性所以想要得到高纯度的乙醇很困难 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 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点已成为国内应用最广泛的塔型特别是在石油化学工业中使用最普遍浮阀有很多种形式但最常用的形式是F1型和V-4型F1型浮阀的结果简单制造方便节省材料性能良好广泛应用在化工及炼油生产中现已列入部颁标准JB168-68内F1型浮阀又分轻阀和重阀两种但一般情况下都采用重阀只有处理量大且要求压强降很低的系统中才用轻阀浮阀塔具有下列优点1生产能力大2操作弹性大3塔板效率高4气体压强降及液面落差较小5塔的造价低浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统浮阀塔也能正常操作 精馏塔优化设计计算 在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇水溶液要求料液浓度为35产品浓度为93易挥发组分回收率99年生产能力17500吨年 操作条件①间接蒸汽加热 ②塔顶压强1013kpa绝对压强 ③进料热状况泡点进料 一 精馏流程的确定 乙醇水溶液经预热至泡点后用泵送入精馏塔塔顶上升蒸气采用全冷凝后部分回流其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽塔釜采用间接蒸汽再沸器供热塔底产品经冷却后送入贮槽 二 塔的物料衡算 查阅文献整理有关物性数据 ⑴水和乙醇的物理性质 名称 分子式 相对分子质量 密度　 20℃ 沸 点 10133kPa ℃ 比热容 20℃ Kg kg℃ 黏度 20℃ mPas 导热系数 20℃ m℃ 表面 张力 20℃ Nm 水 1802 998 100 4183 1005 0599 728 乙醇 4607 789 783 239 115 0172 228 ⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据见表 常压下乙醇水系统txy数据如表11所示 表11 乙醇水系统txy数据 沸点t℃ 乙醇摩尔数 沸点t℃ 乙醇摩尔数 气相 液相 气相 液相 999 0004 0053 82 273 5644 998 004 051 813 3324 5878 997 005 077 806 4209 6222 995 012 157 801 4892 6470 992 023 290 7985 5268 6628 990 031 3725 795 6102 7029 9875 039 451 792 6564 7271 9765 079 876 7895 6892 7469 958 161 1634 7875 7236 7693 913 416 2992 786 7599 7926 879 741 3916 784 7982 8183 852 1264 4749 7827 8387 8491 8375 1741 5167 782 8597 8640 823 2575 5574 7815 8941 8941 乙醇相对分子质量46水相对分子质量18 25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为 式中 σ25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力N／m x乙醇质量分数％ 其他温度下的表面张力可利用下式求得 式中 σ1温度为T1时的表面张力N／m σ2温度为T2时的表面张力N／m TC混合物的临界温度TC＝∑xiTci K xi组分i的摩尔分数 TCi组分i的临界温度 K 2料液及塔顶塔底