5万吨年乙醇水精馏塔设计方案.doc

5万吨/年乙醇水精馏塔设计方案 1.1 设计概述 乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是一种很重要的原料。在很多地方，要求乙醇有不同的浓度，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。所以，得到高纯度的乙醇很有必要。 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。精馏是多次分离过程，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，塔内装有若干层塔板。 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回流装置，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。 1.2 塔设备的应用、分类及其特点 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。在化工、石油化工、炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环境保护等各个方面都有重大影响。塔设备的设计和研究受到化工、炼油等行业的极大重视。 塔设备经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要，为研究和比较的方便，人们从不同的角度对塔设备进行分类，按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔。长期以来，人们最常用的分类按塔的内件结构分为板式塔、填料塔两大类。 板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多，根据目前国内外的现状，主要的塔型是浮阀塔、筛板塔和泡罩塔。 1.2.1 泡罩塔 泡罩塔是历史悠久的板式塔，长期以来，在蒸馏、吸收等单元操作使用的设备中曾占有主要的地位，泡罩塔具有以下优点： （1）操作弹性大 （2）无泄漏、液气比范围大 （3）不易堵塞，能适应多种介质 泡罩塔的不足之处在于结构复杂、造价高、安装维修不方便以及气相压力降较大。 1.2.2 筛板塔 筛板塔也是很早就出现的板式塔，20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，形成了较完善的设计方法，与泡罩塔相比，具有以下的优点： （1）生产能力大（提高20％－40％） （2）塔板效率高（提高10％－15％） （3）压力降低（降低30％－50％），而且结构简单，塔盘造价减少40％左右，安装维修都比较容易 1.2.3 浮阀塔 20世纪50年代起，浮阀塔板已大量的用于工业生产，以完成加压、常压、减压下的蒸馏、脱吸等传质过程。浮阀塔之所以广泛的应用，是由于它具有以下优点： （1）处理能力大 （2）操作弹性大 （3）塔板效率高 （4）压力降小 其缺点是阀孔易磨损，阀片易脱落。 2 设计方案的确定及流程说明 2.1 塔型选择 根据生产任务，若按年工作日330天，每天开动设备24小时计算，产品流量为5万吨/年，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。 2.2 操作流程 本次设计为常压操作，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凝器冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。为降低费用，塔釜采用直接蒸汽供热，不设再沸器，采用鼓泡管，塔底产品经冷却后送入贮槽。流程如附录B所示。 精馏装置有精馏塔、原料预热器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器、贮槽等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与部分冷凝进行精馏分离，由冷却器中的冷却介质将余热带走。乙醇---水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。 3 精馏塔的工艺设计 3.1 全塔物料衡算 3.1.1 进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 乙醇的摩尔质量 水的摩尔质量 进料液流量 进料组成 (质量分率) 塔顶组成 (质量分率) 塔底组成 (质量分率) 3.1.2 进料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 3.1.3 物料衡算 年实际生产天数为330天，每天工作24小时，则: (3-1) (3-2) 联立两式，得 塔顶产品流量： 塔底残液流量： 3.2 常压下乙醇---水气、液平衡组成与温度关系 表3-1 常压下乙醇---水的气、液平衡组成 液相中乙醇的摩尔分数/x 气相中乙醇的摩尔分