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乙醇混合物化工原理设计方案 设计计算 1设计方案选定 本设计任务为分离水－乙醇混合物。 ??? 原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热至84℃后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25℃后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 1精馏方式：本设计采用连续精馏方式。原料液连续加入精馏塔中，并连续收集产物和排出残液。其优点是集成度高，可控性好，产品质量稳定。由于所涉浓度范围内乙醇和水的挥发度相差较大，因而无须采用特殊精馏。 2操作压力：本设计选择常压，常压操作对设备要求低，操作费用低，适用于乙醇和水这类非热敏沸点在常温（工业低温段）物系分离。 3塔板形式：根据生产要求，选择结构简单，易于加工，造价低廉的筛板塔，筛板塔处理能力大，塔板效率高，压降较低，在乙醇和水这种黏度不大的分离工艺中有很好表现。 4加料方式和加料热状态：加料方式选择加料泵打入。 5由于蒸汽质量不易保证，采用间接蒸汽加热。 6再沸器，冷凝器等附属设备的安排：塔底设置再沸器，塔顶蒸汽完全冷凝后再冷却至65度回流入塔。冷凝冷却器安装在较低的框架上，通过回流比控制期分流后，用回流泵打回塔内，馏出产品进入储罐。塔釜产品接近纯水，一部分用来补充加热蒸汽，其余储槽备稀释其他工段污水排放。 3.2 精馏塔的物料衡算 原料液处理量为200t/d,塔顶产品纯度90%。原料70%（w/w）乙醇水溶液，釜残液含乙醇0.1%（w/w）的水溶液。 分子量M水=18 kg/kmol；M乙醇=46 kg/kmol。 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 原料摩尔分数：xF=（0.70/46）/(0.70/46+0.30/18)=0.4773 塔顶摩尔分数 ： xD=（0.9/46）/（0.9/46+0.1/18）=0.779 塔釜残液的摩尔分数： xW=(0.001/46)/(0.001/46+0.999/18)=0.0004 原料及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0.4773*46+(1-0.4773)*18=31.363kg/kmol MD=0.779*46+(1-0.779)*18=39.812 kg/kmol MW=0.0004*46+(1-0.0004)*18=18.0112kg/kmol 物料衡算 原料的处理量 F=200*1000/31.363/24=265.706kmol/h 总物料衡算 F=D+W 乙醇的物料衡算 解得： 塔顶采出量 D=162.852kmol/h 塔底采出量 W=102.854kmol/h 3.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 1.理论塔板数NT 的求取 ⑴ 确定回流比R 乙醇—水属于理想物系，可采用图解法求回流比R和理论塔板数。 ⑵ 确定理论塔板数。 结果见上图，得理论塔板数NT =10块（不包括再沸器），精馏段5块，提馏段5块（不包括再沸器） 2．精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 . 1）精馏段、提馏段平均温度计算 用拉格朗日差值法，求 2）.密度的计算 已知：混合液密度（为质量百分率） 混合气密度（为平均相对分子质量） 精馏段： 液相组成: 气相组成： 3）气液相平均摩尔质量分别为 提馏段： 液相组成： 气相组成： 所以，气液相平均摩尔质量分别为 4）液体平均表面张力的计算塔顶表面平均张力由T=78.35℃查手册由插值法得：σ水=62.9mN/m, σ乙醇=18.0mN/m σmd=18.0×0.779+62.9×(1-0.779)=27.923mN/m进料板的表面张力由T=80.047℃查手册得：σ水=61.8×103N/m,σ乙醇=18.28 ×103N/mσmF=18.28×0.4773＋61.8× (1-0.4773)＝41.028mN/m精馏段的液相平均表面张力σLM1 =（27.923+41.028）/2=34.475mN/m 塔釜表面张力由T=99.905查图表得： σ水=58.9 σ乙醇=15.3 σmw=15.3*0.0004+58.9*（1-0.0004）=58.883 提馏段的液相平均表面张力σLM2=(σmF+ σmw)/2=49.956 5 ）混合物黏度的计算 对乙醇，有黏度公式： 精馏段：t1=79.2 根据插值法可得： μ1=μ乙醇1*x1+μ水1*（1-x1）=0.5*0.5916+0.357*（1-0.5916）=0.4416 提馏段：t2