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《食品工程原理课程设计》报告 48000吨/年乙醇~水 精馏装置设计模板 年级 专业 设计者姓名 设计单位 完成日期 年 月 日 目 录 一、概述 4 1.1 设计依据 4 1.2 技术来源 4 1.3 设计任务及要求 5 二：计算过程 5 1. 塔型选择 6 2. 操作条件的确定 6 2.1 操作压力 6 2.2 进料状态 6 2.3 加热方式 6 2.4 热能利用 7 3. 有关的工艺计算 7 3.1 最小回流比及操作回流比的确定 8 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 8 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 9 3.4 热能利用 9 3.5 理论塔板层数的确定 10 3.6 全塔效率的估算 11 3.7 实际塔板数 12 4. 精馏塔主题尺寸的计算 12 4.1 精馏段与提馏段的体积流量 12 4.1.1 精馏段 12 4.1.2 提馏段 14 4.2 塔径的计算 15 4.3 塔高的计算 17 5. 塔板结构尺寸的确定 17 5.1 塔板尺寸 17 5.2 弓形降液管 18 5.2.1 堰高 18 5.2.2 降液管底隙高度h0 18 5.2.3 进口堰高和受液盘 19 5.3 浮阀数目及排列 19 5.3.1 浮阀数目 19 5.3.2 排列 19 5.3.3 校核 20 8. 各接管尺寸的确定 26 8.1 进料管 26 8.2 釜残液出料管 26 8.3 回流液管 27 8.4 塔顶上升蒸汽管 27 8.5 水蒸汽进口管 28 一、概述 1.1 设计依据 ，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，选用浮阀塔。 2. 操作条件的确定 2.1 操作压力 塔底压力 2.2 进料状态 虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料 2.3 加热方式 精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。 2.4 热能利用 精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。 3. 有关的工艺计算 45℃下，原料液中 由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表2。 表2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度 名称 原料液 馏出液 釜残液 35 90 0.5 (摩尔分数) 摩尔质量 沸点温度/℃ 3.1 最小回流比作平衡线的切线，切点为，读得其坐标为，因此：(见书的20页) Rmin2= 所以可取操作回流比R= 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：F= 由全塔的物料衡算方程可写出： (蒸汽) (泡点) D= W= V0= 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 塔顶全凝器的热负荷： 可以查得IV= IL= ，所以 取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25℃和35℃则 平均温度下的比热，于是冷凝水用量可求： 3.4 热能利用 以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需的热量可记为： 其中 在进出预热器的平均温度以及的情况下可以查得比热，所以， 釜残液放出的热量 若将釜残液温度降至 那么平均温度 其比热为，因此， 可知，，于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点 3.5 理论塔板层数的确定 精馏段操作线方程： 提馏段操作线方程： 线方程： 在相图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出 (含塔釜) 其中，精馏段 块，提馏段 块。 3.6 全塔效率的估算 用奥康奈尔法()对全塔效率进行估算： 由相平衡方程式可得 根据乙醇~水体系的相平衡数据可以查得： (塔顶第一块板) (加料板) (塔釜) 因此可以求得： 全塔的相对平均