年度产6000吨医用酒精精馏车间工艺设计

则

.28?V0?1000?W?13.82?2.53?3220?.28?1187?2723V0?4500?262?4502.53?1187?1000?262?13.82?332?435W?241660?3220解方程组得：??V0?791.18kg/h

W?2995.11?2.40?100?0.08%（质量分数）?0.031%（摩尔分数）

2995.11废液中酒精含量：xw?3. 热量衡算

3.1 精馏塔冷却器7的热量衡算

冷却器的95%乙醇入口的温度t为78.3℃，出口温度t0 30℃； 冷却器的水入口温度t1为27℃，出口温度t2为50℃； 95%乙醇的无相变传热

q?PCp,c(t?t0)?1000?4.175?48.3?2.02?105 kJ/h

水的无相变传热

q?HCh(t2?t1)

2.02?105水的流量为H???2091.10kg/h

Ch(t2?t1)4.2?23q4. 设备设计计算

4.1 精馏塔冷却器7设计计算 4.1.1 冷却面积计算

95%乙醇给冷却器的最大传热量为2.02?10kJ/h,采用竖式列管冷却器,经查表,总传热系数K=2.09×103 kJ/（m2·h· ℃）,95%乙醇进口温度为78.3℃，出口温度为30℃，冷却水的进口温度为t1=27℃,

出口温度为t2=50℃,平均温差Δtm为：

78.3℃ → 30℃ 27℃ → 50℃ 51.3 ℃ 20℃

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?t1?78.3?27?51.3℃ ?t2?50?30?20℃

?tm?(?t1??t2)?tln(1)?t2

代入数据得：?tm?33.32 ℃ 冷却面积：S?q K?tm2.02?105S??3.0m2

32.09?10?33.234.2 精馏塔设计计算 4.2.1 精馏塔塔板数计算

乙醇-水的气-液平衡y-x如下图4：

图中曲线表示在一定外压下乙醇蒸汽的组成y和与之相平衡的液相组成x之间的关系（均为摩尔分数）。

图中平衡曲线与对角线相交于M点，此点为恒沸点。在此点，y=x,即蒸汽中的酒精含量和与之相平衡的液相中的酒精含量相等（y=x=0.894）

图4 乙醇—水的气—液平衡y-x图

Fig.4 Ethanol — water vapor—liquid equilibrium y-x diagram

精馏段操作方程是基于该段物料衡算得出的：

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yn?1?xpRxn?R?1R?1

式中yn?1——由n+1层上升蒸汽中的酒精的摩尔分率； xn——由n层下降的回流液中的酒精的摩尔分率； xp——成品酒精的摩尔分率；

R——回流比。

酒精蒸馏为分离水为重组分的物料。可将加热蒸汽直接通入精馏塔塔釜加热，采用直接蒸汽加热，对精馏段方程不影响，提馏段的操作线与间接蒸汽加热精馏过程略有差异。

提馏段的操作方程：yn?1?WWxn?xw V0V0式中 V0—— 加热蒸汽量； W—— 废液量； xw——废液中酒精的摩尔浓度；

其他同上

q线方程或进料方程，加料热状态一定时，q线方程式为一直线）：

饱和蒸汽进料时， q=0，q线方程为y?xf

回流比R=3.5，故精馏段操作方程：y?0.8x?0.2xp

当x?xp时，代入上式得y?xp，即在对角线上以a（88.13,88.13）点表示。 精馏段操作线在y轴上的截距为17.626%

根据物料衡算结果，提馏段操作方程为：y?3.8x?0.00117

提馏段操作线在y轴上的截距为-0.117%

根据平衡线，精馏段操作线和提馏段操作线，采用图解法求出塔板数。 如图5可知，理论塔板数数为12个

12?24（个） 0.54.2.2 塔板设计计算

实际板数N?4.2.2.1 塔板类型：选用F1型重浮阀塔

浮阀板兼有泡罩板和筛板的优点，而且操作弹性大，操作灵活，板间压降小，液面落差小，浮阀的运动具有去污作用，不易积垢堵塞，操作周期长，结构简单，容易安装，操作费用少，其制作费用仅为泡罩板的60%—80%；又由于F1型浮阀塔结构简单，制造方便，节省材料，性能良好；另轻阀压降虽小但操作稳定性差，低气速是易漏液。综上所述，故选用F1型重浮阀塔 4.2.2.2 浮阀塔板间距的选择与塔径的估算 精馏塔塔顶压力一般为0.105MPa（绝对），其酒精度为95%（质量分数）=88.13%（摩尔分数），该酒精密度为?v?1.51kg/ m3

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4500?0.83 m3/s

3600?1.51L?RP?3.5?1000?3500kg/h，精馏段液相流量：酒精浓度88.13%（摩尔分数），温度为351.45K,

则该酒精蒸汽的体积流量为：Vh?其密度为793 kg/m3。

则液相体积流量为：Lh?3500?1.23?10?3 m3/s

3600?793?Vh动能因素：??L?h???l????????????0.51.23?10?3?0.83?793????1.51?0.5?0.034

从图5中差的负荷系数

c20?0.052，酒精表面张力??2.2?10?4N/cm2

0.2???代入式得：c?c20??20???22.27??0.052??20??0.2?0.0531

最大允许空塔速度vmax?c?l??v793?1.51?0.0531?1.22 m/s ?v1.51取空塔速度为v?0.6vmax?0.8?1.22?0.732 m/s

塔径：

d?4Vh4?0.83??1.20m ?v3.14?0.732即取塔径d?1.2 m

根据浮阀塔板间距参考值，选用板间距HT?450 mm=0.45m 精馏塔塔高

Z??N?1??HT??24?1??0.45?10.35m ，

?Vh 动能参数??L?h???l??????????? ?0.5图5 史密斯关联图

Fig.5 under different kinetic parameters of the separation space and the relationship between load factor

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