1、 毕 业 设 计（论 文）化工系)题 目 年产 12 万吨乙醇-水精馏装置的设计 专 业 应用化工 班 级 姓 名 0000 学 号 指导教师 00000 完成日期 辽宁石油化工大学继续教育学院论文目录摘要 .1第一章 综 述 .21.1 精馏 .21.1.1 精馏的含义 .21.1.2 精馏的原理 .21.2 相和相平衡 .31.3 精馏的分类 .31.3.1 精馏的分类方式 .31.3.2 间歇精馏 .31.3.3 连续精馏 .31.3.4 减压精馏及其应用 .41.3.5 加压精馏及其应用 .41.3.6 常压精馏 .41.3.7 恒沸精馏 .41.3.8 萃取精馏 .51.4 常用精馏
2、塔的结构形式 .51.4.1 填料塔 .61.4.2 板式塔 .81.4.3 怎样合理地选择精馏塔的操作条件 .101.5 乙醇的性质及作用 .101.5.1 乙醇的物理性质 .101.5.2 乙醇的化学性质 .111.5.3 乙醇的危害 .121.5.4 乙醇的用途 .131.5.5 乙醇的工业制法 .14第二章 工艺计算 .152.1 设计任务及要求 .152.2 计算过程 .15辽宁石油化工大学继续教育学院论文I2.2.1 塔形的选择 .152.2.2 操作压力 .162.3 有关工艺计算 .162.4 最小回流比及操作回流比的确定 .172.5 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算
3、 .172.6 理论塔板层数的确定 .182.7 全塔效率的估算 .192.8、实际塔板数 .20PN第三章 精馏塔主题尺寸的计算 .213.1 精馏段与提馏段的体积流量 .213.1.1 精馏段 .213.1.2 提馏段 .223.2 塔径的计算 .233.3 塔高的计算 .25结论 .26致谢.27参考文献.28辽宁石油化工大学继续教育学院论文0摘要人类与化工的关系十分密切，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从衣、食、住、行等物质生活，到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。有些化工产品在人类发展历史中，起着划时代的重要作用。它们的生产和应用，甚至代表着人类文明的一定
4、历史阶段。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，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。我们在生产中常用的精馏设备是板式塔和精馏塔。然而乙醇已经同时也成为人们生活中不可缺少的东西了。例如，乙醇可以做成不同浓度的消毒剂;乙醇是酒的主要组成部分;乙醇可以调入汽油，作为车用燃料关键词：水 、 乙醇 、 精馏塔 、济源职业技术学院毕业设计（论文）0第一章 综 述1.1 精馏1.1.1 精馏的含义一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门
5、。把液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离成为所要求组分的操作过程称为精馏。1.1.2 精馏的原理为什么把液体混合物进行多次部分气化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？由于液体混合物中所含组分的沸点不同，当其在一定温度下部分气化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了汽液两相的组成。当对部分气化所得的蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而未冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样多次地进行部分气化和部分冷凝，将最终在液相中留下基本上是高沸点，在气相中留下
6、基本是低沸点组分。由此可见，部分气化和部分冷凝，都使汽液相的组成发生了变化，多次部分气化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯的或比较纯的组分。塔内所发生的传质、传热过程如下：（1）汽液两相进行热的交换利用部分气化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得的液体混合物；（2）气、液两相在热交换过程中同时进行质的交换。温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热而部分汽化。此时，因挥发能力的差异，低沸点组分比高沸点组分挥发的多，结果表现为低沸点组分从液相转入气相，气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气体混合物，因加热了温度较低的液体混合物，而使自己部分冷凝，同样因为挥发能力的差异，使高沸
7、点组分从气相转入液相，液相中难挥发组分增浓。精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上部称为塔顶，塔的最下部称为塔釜。一块塔板只进行一次部分气化和部分冷凝，塔板数越多，部分气化和部分冷凝的次数就越多，分离效果就越好。通过整个精馏过程，最终由塔顶得到的易挥发组分（塔顶馏出物） 。塔釜得到的济源职业技术学院毕业设计（论文）1基本上是难挥发组分。1.2 相和相平衡相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间，往往有一个相界面，把不同的相分别开。如，水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相；空气为多种气体的混合物，只具有一相；糖溶解在水里形成糖水，形成均匀一相，若糖有不溶解的，就形成为两相。在
8、一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个和两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。平衡时，物质还是在不停的运动，但是，各相的量和各组分在各相的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。1.3 精馏的分类1.3.1 精馏的分类方式精馏可以从三个角度去分类。第一、按精馏操作的方式的不同，间歇精馏和连续精馏。第二、按精馏操作的条件（如压力）不同，可分为加压精馏、常压精馏、减压精馏等。第三、按精馏分离原理的不同，可分为一般精馏和特殊精馏。特殊精馏又包括恒沸精馏、萃取精馏、水蒸汽蒸馏
9、及分子蒸馏等。1.3.2 间歇精馏 间歇精馏就是将处理的物料一次加入精馏塔釜内，然后加热进行精馏，直到塔顶和塔釜产品不符合要求为止。排出残余的物料后，再装入一批物料进行精馏。其精馏塔没有提馏段和精馏段之分。操作时，釜液经间接加热至沸腾，釜中产生的蒸气上升到精馏塔内，在此进行热的交换和质的交换。塔内上升的蒸气从塔顶引致分凝器；分凝器所得冷凝液的一部分再引致塔顶部的塔板，作为回流；而未冷凝的蒸气及另一部分冷凝液则进入冷凝冷却器，在其中使蒸气全部冷凝，并使馏出液冷却至一定温度进入贮槽，若需要济源职业技术学院毕业设计（论文）2获得不同沸点范围的馏出液时，则应装置若干个贮槽，按沸点范围的不同分别收集。1
10、.3.3 连续精馏连续精馏指的是精馏操作连续进行、连续采出。连续精馏的塔一般一般是由精馏段和提馏段组成，此两段是以进料板为分界，进料板以上的部分为进料段，进料板以下的部分为提馏段（包括进料板） 。但是少数的连续精馏塔，他们或者只有精馏段而无提馏段，或者只有提馏段而无精馏段。操作时，原料液经换热器换热到指定的温度，从提馏段的最上一层塔板（即进料板）加入塔内。如果液体进料，则物料在该板与精馏段的回流液汇合，然后逐层下流至塔釜。在逐层下降的同时就从液体中不断蒸出了易挥发（低沸点）组分，从而使下流至塔釜的液态含有较多的难挥发组分（高沸点） 。把塔釜液的一部分连续引至贮槽；另一部分送至塔底部的蒸发釜（再
11、沸器）加热气化。蒸发釜中产生的蒸气自塔底逐层上升，使蒸气中易挥发组分逐渐增浓，然后进入塔顶分凝器。一部分蒸气在分凝器中冷凝，所得的液体送回塔顶作为回流；其余部分蒸气或者作为气相产品直接引出，或者进入冷凝冷却器，将未冷凝的蒸气全部冷凝，冷凝液流至产品贮槽。这种把原料液不断地加入塔内，又从塔顶和塔釜连续不断地采出的过程，就称为连续精馏。1.3.4 减压精馏及其应用在减压（低于一个大气压）下进行分离混合物的精馏叫做减压精馏。减压下，纯物质的沸点较正常压力下要低。减压精馏，就是借助降低系统压力，使混合液的泡点下降，在较低压力下沸腾，以达到降低精馏操作的温度。不言而喻，减压精馏适用于高沸点物质的混合物，
12、以及在高温下精馏会引起物质的聚合或分解变质的混合物。1.3.5 加压精馏及其应用指塔顶压力高于大气压力下操作的精馏过程叫加压精馏。加压精馏常用于被分离混合物沸点较低情况下，如在常温常压下混合物为气态的物料。如从烃类裂解气中分离出甲烷、氢的精馏。1.3.6 常压精馏在大气压（常压）下操作的精馏过程叫常压精如果被分离的混合物在常压下有济源职业技术学院毕业设计（论文）3较大的相对挥发度，并且塔顶物料可以用水来冷凝冷却，塔釜物料可以用水蒸汽来加热，这时应采用常压精馏。例如乙醇和甲醇的提纯。1.3.7 恒沸精馏在被分离的物系中加入共沸剂（或称共沸组分） ，该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低
13、沸点的恒沸物，以致于使需要分离的几种物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。因而恒沸精馏消耗的能量较多。1.3.8 萃取精馏在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。精馏时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排除，这样的操作称为萃取精馏。萃取剂的选择原则：（1）萃取剂的选择性要大。被分离组分在萃取剂中相对挥发度的大小称为萃取剂的选择性。被分离组分在萃取剂中相对挥发度增大的多，分离就容易，也就
14、是选择的萃取剂选择性大。选择性是选择萃取剂最主要的依据。因为选择性的大小也就是决定了被分离组分中轻重关键组分分离的难易程度。因此塔板数的多少、回流比的大小也与它有密切的关系。（2）萃取剂对被分离组分的溶解度要大，这样塔板上的液体才能形成均相，不会分层。（3）萃取剂的沸点应比被分离组分的沸点高的多，否则萃取剂易从塔顶挥发损失掉。（4）热稳定性、化学稳定性要好，无毒性，不腐蚀设备。（5）回收容易价格易得。1.4 常用精馏塔的结构形式对精馏过程来说，精馏设备是使过程得以进行的重要条件。性能良好的精馏设备，为精馏过程的进行创造了良好的条件。它直接影响到生产装置的产品质量、生产能力、产品的收率、消耗定额
15、、三废处理以及环境保护等方面。济源职业技术学院毕业设计（论文）4常用的精馏塔型式有填料塔和板式塔，填料塔有拉西环填料塔、鲍尔环填料塔、鞍型填料塔、波纹填料塔、丝网填料塔、丝网波纹填料塔等。丝网波纹填料塔因其在保持高传质效率的前提下，降低了造价，也越来越受到青睐。对于甲醇来说予塔采用这种塔型的为数不少。无论采用哪种塔都必须以下共同的要求：（1）具有适宜的流体力学条件，达到汽液两相的良好接触。（2）结构简单，制造成本低，安装检修方便。在使用过程中耐吹冲，局部的损坏影响范围小。（3）要求有较高的分离效率和较大的处理量，同时要求在宽广的汽液负荷范围内塔板效率高而且稳定。（4）蒸气通过塔的阻力小，压降小
16、。（5）塔的操作稳定可靠，反应灵敏，调节方便。1.4.1 填料塔填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作（一）填料塔的结构原理填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔是一直立是圆筒，底部装有填料支撑板，填料以 以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔
17、底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液济源职业技术学院毕业设计（论文）5体收集器收集后，送到液体再分布器，经重
18、新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。（二）填 料 塔 的 发 展 历 史填料塔 70 年代以前，在大型塔器中，板式塔占有绝对优势，出现过许多新型 填料塔塔板。70 年代初能源危机的出现，突出了节能问题。随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，此后的 20 多年间，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔内件，特别是新型高效规整填料的不断开发与应用，
19、冲击了蒸馏设备以板式塔为主的局面，且大有取代板式塔的趋势。最大直径规整填料塔已达1420m，结束了填料塔只适用于小直径塔的历史。这标志着填料塔的塔填料、塔内件及填料塔本身的综合设计技术进入了一个新阶段。纵观填料塔的发展，可以看出，直至 80 年代末，新型填料的研究始终十分活跃，尤其是新型规整填料不断涌现，所以当时有人说是规整填料的世界。但就其整体来说，塔填料结构的研究又始终是沿着两个方面进行的，即同步开发散堆填料与规整填料。另一个研究方向是进行填料材质的更换，以适应不同工艺要求，提高塔内气液两相间的传质效果，以及对填料表面进行适当处理(包括在板片上碾压细纹或麻点，在板片上粘接石英砂，表面化学改性等)，以改变液相在填料表面的润湿性。 填料塔从 ACHEMA94 和 ACHEMA97 两届展览会展出情况来看，进入 90 年代后，填料的发展较慢，仿佛进入一个相对稳定期，或者说是处于巩固阶段。如 1994 年展出的最具代表性的产品仍是 Sulzer 公司 1991 年展出的 Optiflow 规整填料，而
