12万吨年乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计毕业设计(编辑修改稿)

12万吨年乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

液体进料，操作压力是一个大气压。 对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进 料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。 塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。 该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的 倍。 塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 辽宁石油化工大学 毕业设计 2 第一章 文献 综述 乙醇的性质 物理性质 乙醇俗称酒精， 室温下，乙醇是无色 易燃 ，且有 特殊香味的挥发性液体。 乙醇是一种很好的溶剂，既能溶解许多 无机物 ，又能溶解许多有机物，所以常用乙醇来溶解 植物色素 或其中的药用 成分 ，也常用乙醇作为反应的溶剂，使参加反应的有机物和无机物均能溶解，增大接触面积，提高 反应速率。 例如，在 油脂 的 皂化反应 中，加入乙醇既能溶解 NaOH，又能溶解油脂，让它们在均相（同一溶剂的溶液）中充分接触，加快反应速率，提高反应限度。 化学性质 乙醇分子中含有极化的氧氢键，电离时生成烷氧基 负离子 和 质子。 乙醇具有还原性，可以被氧化 成为 乙醛。 酒精中毒 的罪魁祸首通常被认为是有一定 毒性 的乙醛，而并非喝下去的乙醇。 乙醇可以与乙酸在 浓硫酸 的催化并加热的情况下发生酯化作用，生成 乙酸乙酯。 乙醇 燃烧 发出淡蓝色火焰，生成二氧化碳和水（蒸气），并放出大量的热，不完全燃烧时还生成 一氧化碳 ，有黄色火焰，放出热量。 乙醇的用途 药理作用 广泛用于医用消毒 [75%（体积分数）的乙醇溶液常用于医疗消毒 ] 一般使用 95%的酒精用于器械消毒； 70~75%的酒精用于杀菌，例如 75%的酒精在 常温 （ 25C）下一分内可以杀死 大肠杆菌 、金黄色 葡萄 球菌、白色 念珠菌 、辽宁石油化工大学 毕业设计 3 白色念球菌、 铜绿假单胞菌 等；更低浓度的酒精用于降低体温，促 进局部 血液 循环等。 但是研究表明，乙醇不能杀死细菌芽孢，也不能杀死肝炎病毒（如：乙肝病毒）。 故乙醇只能用于一般消毒，达不到灭菌标准。 饮料 乙醇是酒主要成分（含量和酒的种类有关系）如 白酒 为 56 度的酒。 注意：我们喝的酒内的乙醇不是把乙醇加 进去，而是发酵出来的乙醇，当然根据使用的发酵酶不同还会有乙酸或糖等有关物质。 白酒的度数表示酒中含乙醇的体积百分比（西方国家常用 proof 表示酒精含量），通常是以 20℃ 时的体积比表示的，如 50 度的酒，表示在 100 毫升的酒中，含有乙醇 50 毫升 (20℃ )。 另外对于啤酒是表示啤酒生产原料麦芽汁的浓度，以 12 度的啤酒为例，是麦芽汁发酵前浸出物的浓度为 12%(重量比 )。 麦芽汁中的浸出物是多种成分的混合物，以麦芽糖为主。 啤酒中乙醇浓度一般低于 10%。 1． 基本有机化工原料 乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙 酯、 乙胺 等化工原料，也是制取、 染料 、涂料、 洗涤剂 等产品的原料 汽车燃料 乙醇可以调入 汽油 ，作为车用燃料，我国雅津 甜高粱乙醇 在汽油中占 10%。 美国销售 乙醇汽油 已有 20 年历史。 乙醇汽油也被称为（ E型汽油），我国使 用乙醇汽油是用 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。 车 用乙醇汽油是指在不含 甲基叔丁基醚 （ MTBE）、含氧 添加剂 的专用汽油 组分 油中，按体积比加入一定比例（我国目前暂定为 10%）的变性燃料乙醇，由车用乙醇汽油定点调配中心按国标 GB18351— 2020 的质量要求，通过特定工艺混配而成的新一代清洁环保型车用燃料。 车用乙醇汽油按研究法 辛烷值 分为 90号、 93 号、 95号三个牌号。 辽宁石油化工大学 毕业设计 4 标志方法是在 汽油标号 前加注字母 E，做为车用乙醇汽油的统一标示，三种牌号的汽油标志分别为 “E90 乙醇汽油 90号 ” 、 “E90 乙醇汽油 93号 ” 、 “E90乙醇汽油 95号 ”。 车用乙醇汽油适用于装配 点燃式发动机 的各类车辆、无论是化油器 或电喷供油方式的大、中、小型车辆。 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。 乙醇的发展 早在 20世纪 20 年代， 巴西 就开始了乙醇汽油的使用。 由于 巴西石油 资源缺乏，但盛产 甘蔗 ，于是形成了用甘蔗生产 蔗糖 、醇的成套技术。 目前，巴 西是世界上乙醇汽油中乙醇含量最早达到 20%的国家。 美国 是世界上另一个 燃料乙醇 的消费大国。 20 世纪 30 年代在 内布拉 斯加州地区乙醇汽油就首次面市。 1978 年含 10%乙醇汽油（ E10 汽油）在内布拉斯加州大规模使用，此后， 美国联邦政府 对 E10 汽油实行减免税，燃料乙醇产量从 1979年的 3万吨迅速增加到 1990 年的 269万吨。 2020 年美国燃料乙醇产量达到 500万吨。 随着 MTBE 在美国使用量的减少和最终的禁用，燃料乙醇将成为 MTBE 最佳含氧化合物 的替代产品。 预计，到 2020 年全美国燃料乙醇需求将达到 1000 万吨。 我国在抗战时，就使用酒精作汽车燃料，在 解放战争 的时候， 解放军 为了军用，建立了 南阳酒精厂 ，现在这个厂还是现在生产乙醇汽油用酒精的主要工厂。 解放之初，还有用酒精开汽车的，而且还不是现在的科学的乙醇汽油。 国内乙醇汽油产量占世界第三位，今年 国家发展与改革委员会 上呈全国两会的报告统计，全国目前已有每年混配一千万吨乙醇汽油的能力，乙醇汽 油的消费量已占全国汽油消费量的 20%，在全世界上继巴西、美国之后成为生产乙醇汽油的第三大国。 如全国都使用含 10%的乙醇汽油，则每年可节省 450 万吨汽油。 乙醇汽油是「十五计划」的重点工作之一。 国内从 2020 年起陆续宣称黑龙江、 吉林 、辽宁、河南、安徽等省及 河北 、山东、 江苏 、湖北等 27个城市全面停用普通 无铅汽油 ，改用添加 10%酒精的乙醇汽油。 辽宁石油化工大学 毕业设计 5 目前中国大多数推广省市中乙醇汽油占汽油的销售使用量比例都较高，且还在进一步提高，可是因为原料、成本和技术问题，中国在乙醇汽油的推广中也遇到一些阻碍，后因政策支 持，技术进步等原因，使得乙醇汽油的推广得以顺利进行。 总体看来，乙醇汽油的使用及推广是中国大势所趋， 2020 至 2020 年期间，车用乙醇汽油 将在国内更多地区推广。 乙醇汽油的环保性令人称道，在 9 个城市调查报告中，使用乙醇汽油期间，城市空气中的二氧化氮、一氧化碳季均值与使用普通汽油比较，二氧化氮下降了8%与一氧化碳下降 5%。 辽宁石油化工大学 毕业设计 6 第 二 章 工艺计算 塔板的工艺设计 精馏塔全塔物料衡算 F：原料液流量 (kmol/s) xF：原料组成（摩尔分数，下同） D： 塔顶产品 流量 (kmol/s) xD：塔顶组成 W： 塔底残 液流量 (kmol/s) xW：塔底组成 原料乙醇组成： 20 46 8 .9 1 %2 0 8 04 6 1 8Fx  塔顶组成： 95 46 %95 546 18Dx  塔底组成： 0 .2 46 0 .0 7 8 %0 .2 9 9 .84 6 1 8Wx  进料平均分子量： M = + =进料量： 712 10 48 0172 00 22 .9F  kmol/h= kmol/s 物料衡算式为：F D WF D WFx Dx Wx （ 21） 联立代入求解： D= kmol/s W= kmol/ 表 21 常压下乙醇 水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度 /℃ 液相 气相 温度 /℃ 液相 气相 温度 /℃ 液相 气相 100 0 0 辽宁石油化工大学 毕业设计 7 温度 ① tF： 8 9 .08 9 .0 8 6 .77 .2 1 9 .6 6 8 .9 1 7 .2 1Ft  ， tF=℃ ② tD： 7 8 .1 57 8 .1 5 7 8 .4 18 9 .4 3 7 4 .7 2 8 9 .1 4 8 9 .4 3Dt  ， tD=℃ ③ tW： 1001 0 0 9 5 .50 1 .9 0 0 .0 7 8 0Wt  ， tW=℃ ④ 精馏段平均温度：1 8 3 . 4 1 7 8 . 1 7 8 2 . 7 922FDttt    ℃ ⑤ 提馏段平均温度：2 12FWttt ℃ 密度 已知：混合液密度 1 ABL A Baa   （ 22） 混合气密度 001 VTMT （ a为质量分率， M 为平均分子量） 精馏段： 1   ℃ 液相组成 x1：18 4 .1 8 2 .7 8 2 .7 9 8 2 .71 6 .6 1 2 3 .3 7 2 3 .3 7x， x1=% 气相组成 y1：18 4 .1 8 2 .7 8 2 .7 9 8 2 .75 0 .8 9 5 4 .4 5 5 4 .4 5y， y1=% 所以 1 4 6 . 0 7 0 . 2 2 9 4 1 8 ( 1 0 . 2 2 9 4 ) 2 4 . 4 2LM        kg/kmol 1 4 6 0 . 5 4 2 2 1 8 ( 1 0 . 5 4 2 2 ) 3 3 . 1 8VM        kg/kmol 提馏段： 2   ℃ 液相组成 x2：29 5 .5 8 9 .0 9 3 .6 1 8 9 .01 .9 0 7 .2 1 7 .2 1x ， x2=% 气相组成 y2：29 5 .5 8 9 .0 9 3 .6 1 8 9 .01 7 .0 0 3 8 .9 1 3 8 .9 1y， y2=% 所以 2 4 6 0 . 0 3 4 4 1 8 ( 1 0 . 0 3 4 4 ) 1 8 . 9 6LM        kg/kmol 2 4 6 0 .2 3 3 7 1 8 ( 1 0 .2 3 3 7 ) 2 4 .5 4VM        kg/kmol 辽宁石油化工大学 毕业设计 8 表 22 不同温度下乙醇和水的密度 温度 /℃ ρ 乙 ρ水 温度 /℃ ρ 乙 ρ水 80 735 95 720 85 730 100 716 90 724 求得在 1t 与 2t 下乙醇和水的密度 1   ℃， 8 5 8 0 8 2 .7 9 8 09 6 8 .6 9 7 1 .8 7 3 5乙，  乙 kg/m179。 8 5 8 0 8 2 .7 9 8 09 6 8 .6 9 7 1 .8 9 7 1 .8 水，  水 kg/m179。 同理： 2   ℃， 39。  乙 kg/m179。 ， 39。  水 kg/m179。 在精馏段 液相密度： 1   kg/m179。 气相密度：1 ( )V  kg/m179。 在精馏段 21 0 . 0 3 4 4 4 6 / [ 0 . 0 3 4 4 4 6 1 8 ( 1 0 . 0 3 4 4 ) ] 1 0 . 0 8 3 4 57 2 1 . 1 1 9 6 2 . 8 1L  。