5000吨年70%回收乙醇精馏工艺和装置设计毕业论文
2022-05-26 09:05
论文总字数：27922字
摘 要
乙醇作为一种重要化工基础原料和新型能源,具有可再生、环保的特点。乙醇除大量应用于化学、化工、制酒、医疗外,一定程度上能够代替化石能源。乙醇在各类型实验和生产中使用的比例很大，寻找一种能够将乙醇高效回收的方法将对国家的能源环境有很大的益处，节约资源和降低生产成本。
本文对精馏原理、精馏方法、影响因素、工艺设计和装置构成等方面进行阐述。根据物料衡算和热量衡算，确定了实际总塔板数为98块，其中精馏段为96块的浮阀塔。此外，根据乙醇、水体系的物料参数和任务要求，运用工艺算图和经验公式，计算换热器的工艺尺寸，确定采用型号为JB/T 4715-95的固定管板式换热器。
关键词：乙醇 精馏 工艺 装置设计
The technological and equipment design for 70% Recovery of Ethanol rectification of 5000 tons annual output
Abstract
As an important basic chemical materials and a new energy, ethanol have such unique features like environmental-friendly and easily renewable. It’s widely applied in chemistry, chemical engineering, winemaking Industry, medical treatment, and it can also partly become the alternative option of fossil fuels in some areas. We can see the role of ethanol in various types of experiments and manufactures. It will be great benefited for national energy-environment by finding an efficient method to recover the ethanol, and also it can help saving resources and reducing costs.
The main ideas of this paper are trying to explain the use of the principles of rectification, and deeply describe the distillation method, influence factors, technological design and equipment constitute. According to the material balance and heat balance, determine the actual total number of trays was 98, wherein the rectification section is 96 float valve tower. In addition, according to the material parameters and mission requirements of ethanol,water systems, the use of technology and experience nomogram formula to calculate the heat exchanger geometries, determined using the model JB / T 4715-95 fixed tube sheet heat exchanger.
Key Words: Ethanol;Distillation;Technology; Equipment design
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2乙醇的概述 1
1.3 精馏方法、原理与流程 1
1.3.1精馏方法 1
1.3.2精馏原理 2
1.3.3精馏流程与分子筛吸附过程 3
1.4影响乙醇精馏效率的因素 4
1.4.1塔釜状态对乙醇精馏的影响 4
1.4.2回流比对乙醇精馏的影响 5
1.4.3进料对乙醇精馏的影响 5
1.5本课题研究的问题与拟采用的研究手段 5
1.5.1研究的问题 5
1.5.2拟采用的研究手段和设计思路 6
1.5.3总结 6
第二章 工艺计算 7
2.1设计任务及要求 7
2.2塔型选择 7
2.3塔的物料衡算 8
2.3.1料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 8
2.3.2平均摩尔质量 8
2.3.3物料衡算 9
2.4 塔板数的确定 10
2.4.1乙醇-水物系的气液平衡数据 10
2.4.2最小回流和操作回流比的确定 10
2.4.3操作线方程 12
2.4.4图解法求理论塔板层数 12
2.4.5确定全塔效率和实际塔板数 14
2.5塔的工艺条件及物性数据计算 16
2.5.1操作压力 16
2.5.2平均摩尔质量 16
2.5.3平均密度 17
2.5.4表面张力的计算 19
2.6气液相流量换算 19
2.7分子筛脱水工艺计算 20
2.7.1工艺计算的基础数据 20
2.7.2直径与高径比 20
2.7.3传质区高度hZ的计算 21
第三章 精馏塔主体尺寸的计算 23
3.1塔径的计算 23
3.1.1塔径计算公式 23
3.1.2求空塔气速u 23
3.2塔的高度 25
3.3塔板布置 25
3.3.1塔板的分块 25
3.3.2边缘区宽度确定 25
3.3.3开孔区面积计算 26
第四章 换热器选型与计算 27
4.1概述 27
4.2全塔的物料衡算 27
4.3原料预热器的选型与计算 28
4.3.1 确定选型方案 28
4.3.2根据定性温度确定物性参数 28
4.3.3换热器的衡算 29
4.3.4 选K值，估算传热面积 30
4.3.5初选换热器型号 31
4.3.6 核算压降 31
4.3.7 核算总传热系数 33
4.3.8 接管的选择 34
4.4塔顶冷凝器的选型与计算 35
4.4.1确定选型方案 35
4.4.2根据定性温度确定物性参数 35
4.4.3换热器的衡算 36
4.4.4 选K值，估算传热面积 37
4.4.5 初选换热器型号 37
4.4.6 核算压降 38
4.4.7 核算总传热系数 40
4.4.8 接管的选择 41
4.5塔顶冷却器的选型与计算 42
4.5.1确定选型方案 42
4.5.2根据定性温度确定物性参数 42
4.5.3换热器的衡算 43
4.5.4选K值，估算传热面积 44
4.5.5初选换热器型号 44
4.5.6核算压降 45
4.5.7核算总传热系数 46
4.5.8 接管的选择 47
4.6塔釜再沸器的工艺粗计算 48
4.6.1物性数据的查取 48
4.6.2热负荷的衡算 48
4.6.3确定流体的流径 49
4.7塔釜冷却器的工艺粗计算 49
4.7.1热负荷的衡算 49
4.7.2计算平均温度差 49
4.7.3确定流体的流径 50
第五章 辅助设备的选型与计算 51
5.1离心泵的计算及选型 51
5.1.1物性参数的获取 51
5.1.2离心泵的选型 52
5.2料液储罐的选型与计算 54
5.2.1原料储罐 54
5.2.2产品储罐 54
5.3各接管尺寸的确定 55
5.3.1液体管道 55
5.3.2塔顶上升蒸汽管 55
第六章 总结 56
参考文献 57
致 谢 60
第一章 绪论
1.1引言
乙醇在人类的生活与社会发展中一直处于重要地位，与我们的生活息息相关，乙醇可用于制作电子元件，高级化妆品，还可以作为化工生产的原料而存在[1]。除了大量应用于化学、化工、酿酒业、医学领域外,还可以在一定程度上可以代替化石能源[2]。
在比较了各种分离乙醇-水体系方法之后, 发现共沸精馏法优点颇多，如生产连续、机械化程度高、产量大、消耗能源品位低、产品纯度高等，它是生产纯酒精的工艺的领头羊, 这种方法在工业化生产过程中的应用也很普遍[3]。本文在归纳节能型乙醇脱水技术研究发展过程的基础上,采取共沸精馏法进行设计。
1.2乙醇的概述
乙醇，俗名是酒精，化学表达式是CH3CH2OH或EtOH，一种较稳定的一元醇物质。具有易燃、易挥发的性质，且无色透明。其在20℃时液态密度是0.789g/cm3， 会在78.4℃时沸腾，零下114.3℃以下会结冰。乙醇具有很弱的酸性，经氧化可以转化为乙醛。
1.3 精馏方法、原理与流程
1.3.1精馏方法
现下，在中国生产制造高浓度酒精的方法主要是：共沸精馏法[4-6]、膜分离法[7-10]、间歇萃取精馏法[11-17]和分子筛吸附法[18-19]。下面主要介绍恒沸精馏法。
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