乙醇-水精馏塔化工设计9

设计题目：乙醇－水精馏塔设计 系统进料：25oC

处理量： 25，000吨/年 进料浓度：28%乙醇（质量）

处理要求：塔顶乙醇浓度 ? 94% （质量） 塔底乙醇浓度 ? 0.1%（质量） 塔顶压强：4kPa(表压) 进料状态：泡点进料 回流比： 1.7Rmin 冷却水温： 25oC

加热蒸汽： 0.2MPa（表压） 设备形式： 筛板塔 年工作时： 7200小时

年工作日： 300天（连续操作）

一、前言

乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工业原料之一，与酸碱并重，它作为再生能源犹为受人们的重视。工业上常用发酵法（C6H10O5）n和乙烯水化法制取乙醇。乙醇有相当广泛的用途，除用作燃料，制造饮料和香精外，也是一种重要的有机化工

原料，如用乙醇制造乙酸、乙醚等；乙醇又是一种有机溶剂，用于溶解树脂，制造涂料。

众所周知，在医药卫生方面，乙醇作为消毒杀菌剂而造福于人类。人类餐饮饭桌上饮用各种酒品，乙醇也是其中不可或缺的组成部分，如：啤酒含3％～5％，葡萄酒含6％～20％，黄酒含8％～15％，白酒含50％～70％（均为体积分数）。据有关资料表明，乙醇对人体具有营养价值。

现在，乙醇成为了一种新型替代能源－乙醇汽油。按照我国的国家标准，乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。它不影响汽车的行驶性能，还减少有害气体的排放量。乙醇汽油作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，技术上成熟安全可靠，在我国完全适用，具有较好的经济效益和社会效益。

乙醇精馏是生产乙醇中极为关键的环节，是重要的化工单元。其工艺路线是否合理、技术装备性能之优劣、生产管理者及操作技术素质之高低，均影响乙醇生产的产量及品质。工业上用发酵法和乙烯水化法生产乙醇，单不管用何种方法生产乙醇，精馏都是其必不可少的单元操作。

本次设计的精馏塔是为了精馏乙醇以得到高纯度的乙醇，要求达到塔顶馏出物浓度（?94%（wt％））,塔底浓度（?0.1%（wt％））。本设计采用筛板塔，板式塔有一下优点生产能力大，塔板效率高，压降低，操作弹性大，结构简单。

二、设计方案简介

我们知道乙醇和水可以任意比例互溶，于是可以用水把乙醇从有机物中萃取出

来，又因为乙醇和水的相对挥发对的差异，可以利用精馏技术进一步提纯乙醇以得到高纯度的乙醇，以作为各种工业原料。可以这样说，乙醇－水的精馏是生产乙醇的一个重要工艺单元。

本次设计采用板式精馏塔、连续操作，年产量为25,000顿，泡点进料，塔顶全回流，塔底间接蒸汽加热，产品质量分数达到94％，釡出液质量分数小于0.1%。由乙醇－水二元混合物的相图可知，当乙醇的含量升高到一定值时（摩尔含量约90％），相图将非常靠近于y=x线，可知这是一个比较高的分离要求。

在设计过程中将先对塔内进行工艺计算分析气液相组成、温度、压力等的变化，得到塔的各种设计尺寸；然后将对本工艺的附属设备进行计算，并选型；对工业生产过程做好理论基础。

三、工艺流程图及说明

V101-原料储槽

V102-中间槽

P101-进料泵 P102-回流泵

3- 塔底蒸汽管 4- 回流管

E101-进料预热器

E102-冷凝器 E103-再沸器 TQ101-乙醇精馏塔

1- 原料进料管 2- 塔顶出料管 5- 产品溜出管 6- 塔底馏出管

图一：乙醇－水简易工业流程图

乙醇－水简易流程如上所示：原料液先存储在V101（原来储槽），再经P101（进料泵）打入E101（原料预热器），原料经过预热后从板式塔的中部打入塔内；塔顶通过E103（全冷器）进行全冷凝，进入V102（中间槽），V102中的产品通过5管溜出，另一部分回流液通过P102（回流泵）打入板式塔的顶部；塔底通过E104（再沸器）间接蒸汽加热，塔底馏出物通过管6溜出。

四、工艺计算及精馏塔设计 1、工艺条件

正如前面设计任务书，本次设计工艺条件如下：

进料温度： 25oC

处理量： 25，000吨/年

进料浓度： 28%乙醇（wt％）

处理要求： 塔顶乙醇浓度 ? 94%（质量） 塔底乙醇浓度 ? 0.1%（质量）

塔顶压强： 4kPa(表压)

进料状态： 泡点进料 回流比： 冷却水温： 加热蒸汽： 设备形式：

1.7Rmin 25oC 0.2 MPa 筛板塔

塔顶冷凝采用全凝器 塔低再沸器为间壁加热 年工作日：300天（连续操作） 年工作时：7200小时

2、汽液平衡数据及相图

2.1 乙醇和水的汽液平衡数据如下：

温度 t / oC 100 95.5 89.0 86.7 85.3 84.1 82.7 82.3 乙醇的摩尔分数/ % 液相xA 0.00 1.90 7.21 9.66 12.38 16.61 23.37 26.08 汽相 yA 0.00 17.00 38.91 43.75 47.04 50.89 54.45 55.80 温度 t / oC 81.5 80.7 79.8 79.7 79.3 78.74 78.41 78.15 乙醇的摩尔分数/ % 液相xA 32.73 39.65 50.79 51.98 57.32 67.63 74.72 89.43 汽相 yA 58.26 61.22 65.64 65.99 68.41 73.85 78.15 89.43 表一：乙醇－水二元汽液平衡数据

2.2 作t-x-y 和 x-y图

用Origin作图，并将图象附于下：