广东石油化工学院学院。
课程设计说明书。
六、参考文献39
一、课程设计任务书。
1.题目：乙醇-水精馏装置工艺设计。
2.完成全部任务期限：2023年01月13日。
3、设计数据说明。
1）原料： 10000 ＋2×1000+26×100=14600吨/年。
进料状态：冷液体进料或汽液混合物进料。
2）年开工时：一年开工按300天计，每天工作时间24小时。
3）塔底加热蒸汽压力、塔顶冷凝水进、出口温度、回流比根据情况自己确定。
4）性质数据：
表1 乙醇~水溶液体系的平衡数据。
4、课程设计条件。
1）原料：乙醇含量：44%(质量分数)，原料液温度：40℃
2）塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数)
3）塔底的乙醇含量不大于1%(质量分数)
4）中间泡点进料，筛板式连续精馏，其他参数查资料自选
5）年开工300天，连续操作。
5、课程设计说明书内容要求。
1）设计方案的确定及流程说明。
2）塔的工艺计算：包括全塔物料衡算、塔顶及塔底温度、精馏段和提馏段气液负荷、塔顶冷凝器热负荷、冷却水用量、塔底再沸器热负荷、加热蒸汽用量、塔的理论板数、实际板数。
3）塔的结构设计：塔和塔板主要工艺尺寸的计算（a、塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定；b、塔板的流体力学验算；c、塔板的负荷性能图）。
4）附属设备的设计：塔顶冷凝器、塔底再沸器、进料接管、塔顶产品接管、塔底产品接管、塔顶蒸汽接管。
5）计算原料贮罐、回流罐、产品贮罐的体积。
6）撰写设备结果一览表。（见附表1）
7）绘制精馏塔的设备图。
8）设计感想、设计评价。
9）参考文献。
10）设计说明书书写符合规范，图表书写符合标准。
11）说明书语句通顺，层次分明，文字简练，说明透彻。
12）对本设计的评论或有关问题的分析讨论。
二、绪论。在食品工程、石油化工、医药及环保部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备，而精馏操作则是工业中分离液体混合物的最常用手段。其操作原理是利用液体混合物中各组分的挥发度的不同，在气液两相相互接触时，易挥发的组分向气相传递，难挥发的组分向液相传递，使混合物达到一定程度的分离。
常用的精馏塔按其结构形式分为板式塔和填料塔两大类，板式塔内装有若干层塔板，液体依靠重力自上而下流过每层塔板，气体依靠压强差的推力，自下而上穿过各层塔板上的液层而流向塔顶，气液两相在内进行逐级接触。填料塔内装有各种形式的填料，气液两相沿塔做连续逆流接触，其传质和传热的场所为填料的润湿表面。
板式塔具有结构简单、安装方便、压降很低、操作弹性大、持液量小等优点。同时，也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。
食品工程原理课程设计》 是利用食品工程原理、工程制图和机械设计等的基本理论和技术，设计一些简单的食品加工过程或食品加工设备，培养学生理论联系实际、灵活运用所学知识解决实际问题的能力，达到增强学生实践与创新能力的目的。
通过课程设计可以锻炼学生以下能力：
1). 查阅资料选用公式和搜集数据的能力；
2). 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想指导下去分析和解决实际问题的能力；
3).迅速准确地进行工程计算的能力；
4).用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
三、设计方案及工艺流程。
塔型选择：根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为14000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，选用浮阀塔。
操作压力：精馏可在常压、加压和减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质、技术上的可行性和经济上的合理性考虑。对于乙醇－水体系，在常压下已经是液态，且乙醇－水不是热敏性材料，在常压下也可成功分离，所以选用常压精馏。
因为高压或者真空操作会引起操作上的其他问题以及设备费用的增加，尤其是真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。因此本设计选择常压操作条件。
进料状态：进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。
此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。因此本设计采用泡点进料。
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**；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再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。
回流方式：泡点回流易于控制，设计和控制时比较方便，而且可以节约能源。但由于实验中的设计需要，所需的全凝器容积较大须安装在地面，因此回流至塔顶的回流液温度稍有降低，在本设计中为设计和计算方便，暂时忽略其温度的波动。
因此，本设计选用泡点回流。
本设计任务为乙醇—水混合物。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入精馏塔内。
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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
四、设备计算及设计。
1、精馏塔的物料衡算。
f：原料液流量（kmol/s） ：原料组成（摩尔分数）
d：塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成（摩尔分数）
w：塔底产品流量（kmol/s）：塔底组成（摩尔分数）
1.1料液及塔顶、塔底产品含乙醇摩尔分数。
原料乙醇组成：=
塔顶乙醇组成：=
塔底乙醇组成：=
1.2 平均摩尔质量。
1.3物料衡算。
进料量：f=14000吨/年=
由物料衡算公式。
联立方程组解得。
则各物料数值为：f=79.10kmol/h
d=23.59kmol/h
w=55.51kmol/h
2、塔板数的确定。
2.1.1最小回流比。
平均相对挥发度的计算。
由相平衡方程得。
查乙醇~水溶液体系的平衡数据。
由道尔顿分压定律及。得
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