毕业设计-乙醇和水的精馏塔设计
1、搜集乙醇、水的全部物化数据（关键数据是“乙醇-水”二元共沸汽液平衡数据）；
2、确立工艺条件：进料状态（决定着是否需要加热）、产品纯度标准（决定着回流比等）、加热热源（决定着塔底再沸器设计）
3、进行物料平衡计算、能量平衡计算；
4、进行塔板计算与设计，分别确立提馏段（如果需要的话）、精馏段的塔板数；
5、根据产品纯度标准，确定回流比，进料状态的调整（操作参数确立）；
6、完善塔顶冷凝器、进料加热器和塔底再沸器设计；
7、全部装置的保温设计；
8、绘出总装图、部件图和零件图；
9、整理完成《“乙醇-水”浮阀式精馏塔设计计算说明书》，OK！
这道题目有点意思，比较绕。
==========================先看题目
进料中给出各组分质量分数：乙苯0.5843，苯乙烯0.415，焦油0.0007（本题采用正十七烷烃表示焦油）
最后要求塔顶产品中乙苯的含量不低于99%（质量分数），塔底产品中苯乙烯含量不低于99.7%（质量分数）
按照摩尔回收率的定义，摩尔回收率=塔顶产品中组分摩尔流率/进料中组分摩尔流率，那么苯乙烯的摩
尔回收率应该这么算：
首先要要明白，计算重关键组分摩尔回收率需要用塔顶物流，那理论上，塔顶物流含有99%的乙苯，1%的苯乙烯
假设进料流量为F，塔顶抽出量为D（均为质量流量），则苯乙烯摩尔回收率为
(1%*(0.5843F/99%))/0.415F=0.0142
这里主要是要求出塔顶产品中苯乙烯的流量，然后除以原料中的苯乙烯的流量，与摩尔百分比是等效的（因为是同一种物质）
水和乙醇精馏塔顶得到水溶液。
全回流可尽快在塔内建立起浓度分布，使塔顶、塔釜物料浓度在最短时间达到质量要求。分离乙醇-水混合液的精馏塔，因乙醇-水形成共沸物（共沸点78.15℃，共沸物组成乙醇96%，水4%）。塔顶一般可得到80%左右的乙醇-水溶液。
乙醇
在常温常压下是一种易挥发的无色透明液体，低毒性，纯液体不可直接饮用。乙醇的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性，味甘。乙醇易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物。乙醇能与水以任意比互溶，能与氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶。
以上内容参考：百度百科-乙醇
任务书
一．设计题目
乙醇—水连续精馏塔的温计．
二．设汁任务及操作条件
(1)进精馏塔的料液含乙醇25％(质量)．其余为水。
(2)产品的乙醇含量不得低于94％(质量)。
(3)残液中乙醇含量不得高于0.1％(质量)。
(4)生产能力为日产(24小时) 吨94％(质量)的乙醇产品。
(5)操作条件
①精馏塔顶压强4kPa(表压)．
②进料热状态 自选。
③回流比 自选。
④加热蒸汽 低压蒸汽。
⑤单板压降 ≯0.7kPa．
三．设备型式
设备型式为筛板塔或浮阀塔．
四．厂址
厂址为西北地区。
五．设计内容
(1)设计方案的确定及流程说明。
(2)塔的工艺计算。
(3)塔和塔板主要工艺尺寸的设计。
①塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定。
②塔板的流体力学验算。
③塔板的负荷性能图。
(4)设计结果概要或设计一览表。
(5)辅助设备选型与计算。
(6)生产工艺流程图及精馏塔的工艺条件图。
(7)对本设计的评述或有关问题的分析讨论。
六．设计基础数据
(1)常压下乙醇—水系统t—x—y数据；
(2) 乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数见《化工原理设计指导书》。
题目 乙醇-水溶液连续精馏塔优化设计
目录
设计任务书………………………………………………………………3
英文摘要前言……………………………………………………………4
前言………………………………………………………………………4
精馏塔优化设计…………………………………………………………5
精馏塔优化设计计算……………………………………………………5
设计计算结果总表………………………………………………………22
参考文献…………………………………………………………………23
课程设计心得……………………………………………………………23
精馏塔优化设计任务书
一、设计题目
乙醇—水溶液连续精馏塔优化设计
二、设计条件
1．处理量： 15000 （吨/年）
2．料液浓度： 35 （wt%）
3．产品浓度：93（wt%）
4．易挥发组分回收率：99%
5．每年实际生产时间：7200小时/年
6. 操作条件：①间接蒸汽加热；
②塔顶压强：1.03 atm（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；
三、设计任务
a) 流程的确定与说明；
b) 塔板和塔径计算；
c) 塔盘结构设计
i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；
ii. 流体力学验算；
iii. 塔板负荷性能图。 d) 其它
i. 加热蒸汽消耗量；
ii. 冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量e) 有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配 图，编写设计说明书。
乙醇——水溶液连续精馏塔优化设计
（南华大学化学化工学院，湖南衡阳 421001）
摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精馏工艺流程和主题设备设计。
关键词：精馏塔，浮阀塔，精馏塔的附属设备。
（Department of Chemistry,University of South China,Hengyang 421001）
Abstract: The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the ethanol-water distillation process and equipment design theme.
Keywords: rectification column, valve tower, accessory equipment of the rectification column.
前言
乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。
要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。
浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。
精馏塔优化设计计算
在常压连续浮阀精馏塔中精馏乙醇——水溶液，要求料液浓度为35%，产品浓度为93%，易挥发组分回收率99%。年生产能力15000吨/年
操作条件：①间接蒸汽加热
②塔顶压强：1.03atm（绝对压强）
③进料热状况：泡点进料
一 精馏流程的确定
乙醇——水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。工艺流程图见图
二 塔的物料衡算
查阅文献，整理有关物性数据
⑴水和乙醇的物理性质
名称
分子式
相对分子质量
密度
20℃
沸 点
101.33kPa
℃
比热容
(20℃)
Kg/(kg.℃)
黏度
(20℃)
mPa.s
导热系数
(20℃)
/(m.℃) 表面
张力
(20℃)
N/m
水 18.02 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8
乙醇 46.07 789 78.3 2.39 1.15 0.172 22.8
⑵常压下乙醇和水的气液平衡数据，见表
常压下乙醇—水系统t—x—y数据如表1—6所示。
表1—6 乙醇—水系统t—x—y数据
沸点t/℃ 乙醇摩尔数/% 沸点t/℃ 乙醇摩尔数/%
气相 液相 气相 液相
99.9 0.004 0.053 82 27.3 56.44
99.8 0.04 0.51 81.3 33.24 58.78
99.7 0.05 0.77 80.6 42.09 62.22
99.5 0.12 1.57 80.1 48.92 64.70
99.2 0.23 2.90 79.85 52.68 66.28
99.0 0.31 3.725 79.5 61.02 70.29
98.75 0.39 4.51 79.2 65.64 72.71
97.65 0.79 8.76 78.95 68.92 74.69
95.8 1.61 16.34 78.75 72.36 76.93
91.3 4.16 29.92 78.6 75.99 79.26
87.9 7.41 39.16 78.4 79.82 81.83
85.2 12.64 47.49 78.27 83.87 84.91
83.75 17.41 51.67 78.2 85.97 86.40
82.3 25.75 55.74 78.15 89.41 89.41
乙醇相对分子质量：46；水相对分子质量：18
25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力与乙醇浓度之间的关系为：
式中 σ——25℃时的乙醇和水的混合液的表面张力，N／m；
x——乙醇质量分数，％。
其他温度下的表面张力可利用下式求得
式中 σ1——温度为T1时的表面张力；N／m；
σ2——温度为T2时的表面张力；N／m；
TC——混合物的临界温度，TC＝∑xiTci ，K；
xi——组分i的摩尔分数；
TCi——组分i的临界温度， K。
料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
X==0.174
X==0.838
X==0.0039
平均摩尔质量
M=0.17446.07+（1-0.174）18.02=22.9 kg/kmol
M= 0.83846.07+ (1-0.838) 18.02=41.52kg/kmol
M=0.003946.07+（1-0.0039）18.02=18.12kg/kmol
物料衡算
已知：F==74.83
总物料衡算 F=D+W=74.83
易挥发组分物料衡算 0.838D+0.0039W=74.830.174
联立以上二式得：
D=15.25kg/kmol
W=59.57kg/kmol
三 塔板数的确定
理论塔板数的求取
⑴根据乙醇——水气液平衡表1-6，作图
⑵求最小回流比Rmin和操作回流比
因为乙醇-水物系的曲线是不正常的平衡曲线,当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前,操作线已经与平衡线相切,如图g点所示. 此时恒浓区出现在g点附近, 对应的回流比为最小的回流比. 最小回流比的求法是由点a(,)向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求
作图可知 b=0.342 b==0.342 Rmin =1.45
由工艺条件决定 R=1.6R
故取操作回流比 R=2.32
⑶求理论板数
塔顶，进料，塔底条件下纯组分的饱和蒸气压
组分 饱和蒸气压/kpa
塔顶 进料 塔底
水 44.2 86.1 101.33
乙醇 101.3 188.5 220.0
①求平均相对挥发度
塔顶 ===2.29
进料 ==2.189
塔底 ==2.17
全塔平均相对挥发度为
===2.23
===2.17
②理论板数
由芬斯克方程式可知
N===7.96
且
由吉利兰图查的 即
解得 =14.2 （不包括再沸器）
③进料板
前已经查出 即
解得 N=6.42
故进料板为从塔顶往下的第7层理论板 即=7
总理论板层数 =14.2 （不包括再沸器）
进料板位置=7
2、全塔效率
因为=0.17-0.616lg
根据塔顶、塔釜液组成，求塔的平均温度为，在该温度下进料液相平均粘计划经济为
=0.1740.41+（1-0.174）0.3206=0.336
=0.17-0.616lg0.336=0.462
3、实际塔板数
精馏段塔板数：
提馏段塔板数：
四、塔的工艺条件及物性数据计算
以精馏段为例：
操作压力为
塔顶压力： =1.04+103.3=104.34
若取每层塔板压强 =0.7
则进料板压力：=104.34+130.7=113.4kpa
精馏段平均操作压力 =kpa
2、温度
根据操作压力，通过泡点方程及安托因方程可得
塔顶 =78.36
进料板=95.5
=
3、平均摩尔质量
⑴ 塔顶==0.838 =0.825
= 0.83846.07+（1-0.838）18.02=41.52 kg/kmol
=0.82546.07+（1-0.825）18.02=41.15 kg/kmol
⑵ 进料板： = 0.445 =0.102
= 0.44546.07+（1-0.445）18.02=30.50 kg/kmol
=0.10246.07+（1-0.102）18.02=20.88 kg/kmol
精馏段的平均摩尔质量
= kg/kmol
= kg/kmol
4、平均密度
⑴液相密度
=
塔顶： ==796.7
进料板上 由进料板液相组成 =0.102
=
=
=924.2
故精馏段平均液相密度=
⑵气相密度
=
5、液体表面张力
=
=0.83817.8+(1-0.838)0.63=15.0
=0.10216.0+(1-0.102)0.62=2.20
=
6、液体粘度
=
=0.8380.55+(1-0.838)0.37=0.521
=0.1020.34+(1-0.102)0.29=0.295
=
以提馏段为例
平均摩尔质量
塔釜= 0.050=0.0039
=0.05046.07+(1-0.050)18.02=19.42 kg/kmol
=0.003946.07+(1-0.0039)18.02=18.12 kg/kmol
提馏段的平均摩尔质量
= kg/kmol
= kg/kmol
平均密度
塔釜，由塔釜液相组成 =0.0039
=0.01
=
∴ =961.5
故提馏段平均液相密度
=
⑵气相密度
==
五 精馏段气液负荷计算
V=（R+1）D=(2.32+1)15.25=50.63
== m
L=RD=2.3215.25=35.38
= m
六 提馏段气液负荷计算
V’=V=50.63
=0.382 m
L’=L+F=35.38+74.83=110.2
=0.0006 m
七 塔和塔板主要工艺尺寸计算
1塔径
首先考虑精馏段：
参考有关资料，初选板音距=0.45m
取板上液层高度=0.07m
故 -=0.45-0.07=0.38m
==0.0239
查图可得 =0.075
校核至物系表面张力为9.0mN/m时的C，即
C==0.075=0.064
=C=0.064=1.64 m/s
可取安全系数0.70，则
u=0.70=0.71.64=1.148 m/s
故 D==0.645 m
按标准，塔径圆整为0.7m，则空塔气速为0.975 m/s
2 精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为
=(13-1)0.45=5.4m
提馏段有效高度为
=(20-1)0.45=8.55m
在进料孔上方在设一人孔，高为0.6m
故精馏塔有效高度为:5.4+8.55+0.6=14.55m
3 溢流装置
采用单溢流、弓形降液管
⑴ 堰长
取堰长=0.75D
=0.750.7=0.525m
⑵ 出口堰高
=
选用平直堰，堰上液层高度由下式计算
=
近似取E=1.03,则
=0.017
故 =0.07-0.017=0.053m
⑶ 降液管的宽度与降液管的面积
由查《化工设计手册》
得 =0.17,=0.08
故 =0.17D=0.12 =0.08=0.031
停留时间 =39.9s (>5s符合要求)
⑷ 降液管底隙高度
=-0.006=0.053-0.006=0.047m
塔板布置及浮阀数目击者及排列
取阀孔动能因子 =9
孔速 ===8.07m
浮阀数 n===39(个)
取无效区宽度 =0.06m
安定区宽度=0.07m
开孔区面积
R==0.29m
x==0.16m
故 ==0.175m
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排
取同一磺排的孔心距 a=75mm=0.075m
估算排间距h
h===0.06m
八 塔板流体力学校核
1、气相通过浮塔板的压力降，由下式
⑴ 干板阻力 ==0.027
⑵ 液层阻力 取充气系数数 =0.5,有
==0.50.07=0.035
⑶ 液体表面张力所造成阻力此项可以忽略不计。
故气体流经一层浮阀塔塔板的压力降的液柱高度为：
=0.027+0.035=0.062m
常板压降
=0.062860.59.81=523.4(<0.7K,符合设计要求)。
淹塔
为了防止淹塔现象了生，要求控制降液管中清液层高度符合，其中
由前计算知 =0.061m,按下式计算
=0.153=0.153=0.00002m
板上液层高度 =0.07m,得：
=0.062+0.07+0.00002=0.132m
取=0.5,板间距今为0.45m,=0.053m,有
=0.5(0.45+0.053)=0.252m
由此可见：<，符合要求。
雾沫夹带
由下式可知 <0.1kg液/kg气
===0.069
浮阀塔也可以考虑泛点率，参考化学工程手册。
泛点率=100%
=D-2=0.7-20.12=0.46
=-2=0.3875-20.031=0.325
式中——板上液体流经长度，m
——板上液流面积，；
——泛点负荷系数，取0.126
K——特性系数，取1.0.
泛点率=
=36.2% (<80%,符合要求)
九 塔板负荷性能图
1、雾沫夹带线
按泛点率=80%计
100%=80%
将上式整理得
0.039+0.626=0.0328
与分别取值获得一条直线，数据如下表。
0.00035 0.00085
0.835 0.827
2、泛液线
通过式以及式得
=
由此确定液泛线方程。
=
简化上式得关系如下
计算数据如下表。
0.00035 0.00055 0.00065 0.00085
0.8215 0.8139 0.8105 0.8040
3、液相负荷上限线
求出上限液体流量值（常数）
以降液管内停留时间=5s
则
4、漏夜线
对于型重阀，由，计算得
则
5、液相负荷下限线
去堰上液层高度=0.006m
根据计算式求的下限值
取E=1.03
经过以上流体力学性能的校核可以将精馏段塔板负荷性能图划出。如图
由塔板负荷性能图可以看出：
① 在任务规定的气液负荷下的操作点
P（0.00083，0.630）（设计点），处在适宜的操作区内。
② 塔板的气相负荷上限完全有雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。
③ 按固定的液气比，即气相上限=0.630 ，气相下限=0.209 ，求出操作弹性K，即
K==3.01
十 精馏塔的主要附属设备
1 冷凝器
（1）冷凝器的选择：强制循环式冷凝器
冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶送回流冷凝水，在冷凝器和泵之间需设回流罐，这样可以减少台架，且便于维修、安装，造价不高。
（2）冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量
热流体为78.36℃的93%的乙醇蒸汽，冷流体为20℃的水
Q=qm1r1 Q=qm2r2
Q—单位时间内的传热量，J/s或W；
qm1, qm2—热、冷流体的质量流量，kg/s
r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg
r1=600 kJ/㎏ r2=775 kJ/㎏qm1=0.153kg/s
Q=qm1r1=0.153×600000=91800J/s
Q=qm2r2=775000 qm2=91800
∴ qm2=0.12 kg/s
传热面积：
A=
==21.2
K取700W·m-2/℃
∴ A=
2 再沸器
（1）再沸器的选择：釜式再沸器
对直径较大的塔，一般将再沸器置于踏外。其管束可抽出，为保证管束浸于沸腾器液中，管束末端设溢流堰，堰外空间为出料液的缓冲区。其液面以上空间为气液分离空间。釜式再沸器的优点是气化率高，可大80%以上。
（2）加热蒸汽消耗量
Q=qm1r1 Q=qm2r2
Q—单位时间内的传热量，J/s或W；
qm1, qm2—热、冷流体的质量流量，kg/s
r1 ,r2—热，冷流体的汽化潜热，J/kg
∵ r1=2257 kJ/㎏r2=1333 kJ/㎏ qm2=0.43kg/s
∴ Q=qm2r1=0.43×1333=573.2 kJ/s=2257 qm1
∴ 蒸汽消耗量qm1为0.254 kg/s
表 浮阀塔板工艺设计计算结果
序号 项目 数值
1 平均温度tm，℃ 86.93
2 平均压力Pm，kPa 108.89
3 液相流量LS，m3/s 0.00035
4 气相流量VS，m3/s 0.375
5 实际塔板数 33
6 塔径，m 0.70
7 板间距,m 0.45
8 溢流形式 单溢流
9 堰长，m 0.525
10 堰高，m 0.053
11 板上液层高度，m 0.07
12 堰上液层高度，m 0.047
13 安定区宽度，m 0.07
14 无效区宽度，m 0.06
15 开孔区面积，m2 0.175
16 阀孔直径，m 0.039
17 浮阀数 39
18 孔中心距，m 0.075
19 开孔率 0.147
20 空塔气速，m/s 0.8
21 阀孔气速，m/s 8.07
22 每层塔板压降，Pa 700
23 液沫夹带，（kg液/kg气） 0.069
24 气相负荷上限，m3/s 0.00356
25 液相负荷上限，m3/s 0.00028
26 操作弹性 3.01
参考文献
[1]陈英男、刘玉兰.常用华工单元设备的设计[M].上海：华东理工大学出版社，2005、4
[2]刘雪暖、汤景凝.化工原理课程设计[M].山东：石油大学出版社，2001、5
[3]贾绍义、柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津：天津大学出版社，2002、8
[4]路秀林、王者相.塔设备[M].北京：化学工业出版社，2004、1
[5]王明辉.化工单元过程课程设计[M].北京：化学工业出版社，2002、6
[6]夏清、陈常贵.化工原理（上册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1
[7]夏清、陈常贵.化工原理（下册）[M].天津：天津大学出版社，2005、1
[8]《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册—气液传质设备[M]。北京：化学工业出版社，1989、7
[9]刘光启、马连湘.化学化工物性参数手册[M].北京：化学工业出版社，2002
[10]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002
课程设计心得
通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
表1列举了常压下几种共沸剂与乙醇、水形成三元共沸物的特性。
表1 三元共沸物特性表
组分各纯组分沸点三 元
共沸点（℃）共沸物组成wt%
123123123
乙醇水苯78.310080.264.8518.57.474.1
乙醇水乙酸乙酯78.310077.1570.238.49.082.6
乙醇水甲苯78.3100110.774.55———
乙醇水三氯甲烷78.310061.1555.54.03.592.5
在表1所列共沸剂中（组分3），以苯应用最早、最广。虽然目前有被三氯甲烷和乙醇乙酯取代的趋势，但本实验考虑到苯作共沸方法成熟，现象明显，数据较全，便于学生掌握，故用苯作共沸剂制无水乙醇。
一、实验目的
1．巩固并加深理解课堂所学的共沸精馏的有关内容，着重掌握选取共沸剂并用加共沸剂的方法进行分离的原理和方法。
2．熟悉实验室的精馏设备和操作方法。
3．熟练运用三元相图表示溶液各组成的变化过程。
二、实验原理
乙醇（A）、水（W）、苯（B）三者之间可以形成一个三元共沸物，现将它们之间存在的共沸物情况列于表2。
表2 乙醇、水、苯之间存在共沸物的情况
共 沸 物共沸点（℃）共沸物组成
AWB
乙醇—水（二元）78.1595.574.43—
苯—水（二元）69.25—8.8391.17
乙醇—苯（二元）68.2432.37—67.63
乙醇—水—苯（三元）64.8518.57.474.1
当添加适当数量的苯于工业乙醇中蒸馏时，则乙醇—水—苯三元共沸物首先馏出，其次为乙醇—苯二元共沸物，无水乙醇最后留于釜底，其蒸馏过程以图1说明。
图1 乙醇—水—苯三元相图
正三角项点A、W、B分别表示乙醇，水和苯纯物质。T点为A—W—B三元共沸物组成，C点表示A—W二元共沸物组成，D点表示A—B的二元共沸组成，E点为W—B的二元共沸组成。曲线LNM为饱和溶解度曲线，该线以下为两相共存区，系线两端表示两相组成。该曲线受温度的影响而上下移动。
设以95%的乙醇为原料（图1中G点），加入共沸剂，各组成顺GB线变化，设结果得组成为H的混合物。蒸馏时，若塔足够高，则三元共沸物先馏出（64.85℃），组成为T点组成。而釜中残液的组成沿THJ线向J点移动。当达到J点时，残液中已无水分塔项温度升高到68.2℃，馏出A—B二元共沸组成（组成为D点所示），残液组成沿JA线向A点移动，蒸馏温度达到78.3℃时，塔底残液即为无水乙醇。
由图1所示，H点表示最初塔釜混合物的组成，若加苯后使其组成正好在AT线与GB线的交点处（H点），则三元共沸物馏出后，残液变成纯乙醇，此时的共沸剂用量为理论共沸剂用量，但实际操作时宜于添加稍过量的苯，使脱水完全。
首先馏出的大部分为三元共沸（其总组成为T点所示），冷凝后分为两相，一相以苯为主，称苯富相；一相以水为主，称水富相。一般可利用分相器分层将苯相回流，水相采出，使共沸剂不至浪费，也可使精馏时间缩短。但本实验为便于分析计算，未采用分相回流，而是混相回流。继三元共沸后，馏出物为均相的二元共沸物（组成为D点所示）。
三、实验药品、设备用仪器
1．药品
工业乙醇（约含95%乙醇，5%水）。
苯：分析纯，含苯99.5%。
2．设备及仪器
（1）镀水银真空夹套玻璃精馏一套，内装不锈钢网状填料
（2）1000ml三口蒸馏烧瓶 1个。
（3）1000ml电加热套 1个。
（4）2KVA调压器 1台。
（5）阿贝折光仪 1台。
（6）超级恒温水浴 1台。
（7）秒表2块。
3．实验装置图
1．塔顶温度计
2．精馏头（冷凝器）
3．出料阀
4．接收瓶
5．精馏塔（内装填料）
6．塔底温度计
7．三口烧瓶（再沸器）
8．电热套
四、实验操作步骤
1．原料配制
称取95%乙醇100克，加苯量计算：
100克95%乙醇中含水5克，按馏出物为三元共沸物计，将5克水完全脱除需加苯：5× 克，为保证水脱除彻底，使苯量略为过量，故加苯54克。即原料中：乙醇95克，水5克，苯54克。
2．实验操作
（1）将原料加入釜中，先开塔顶冷却水，再开塔釜电加热设备。
（2）从塔顶见液体滴下起，全回流20分钟，然后以回流比R=10出料，注意观察塔顶温度变化及馏出液分层情况。
（3）当塔顶温度略有升高，塔顶馏出物由混浊（分层）变为清晰时（不分层），更换出料接收瓶，并加大回流比，使R=13～15。继续出料，观察塔顶温度变化情况，当顶温超过70℃时，回流比加大至20：1。
（4）将更换下来的接收瓶中的出料称重，然后倒入分液漏斗分层（分液漏斗有夹套，保温在25℃），待分层清晰后，分出水层及油层，称重，并分别测两层的折光率ηD25℃。
（5）当塔顶温度升至73℃以上时，停止出料，抽取釜液测其折光率ηD25℃，当与市售无水乙醇（浓度得不小于99.5%）折光率相近时，即认为合格。
（6）关闭塔釜电热设备，塔顶不见液体滴出后，再10分钟关闭冷却水。
（7）实验自始自终每隔15分钟记录一次釜温、顶温及回流比等数据。
五、数据记录及处理
1．根据表2、表3绘出组成一折光率曲线，在曲线中查出馏出液的组成。
（2）作正三角相图。参照表2画出25℃时的溶解度曲线，系线，标出褶点。根据所测组成标出三元共沸点，原料点，并在图中表示本实验的精馏过程。
表2 水—苯—乙醇系统在25℃下的平衡组成
苯富相Wt%水富相Wt%
乙醇苯ηD25℃乙醇苯ηD25℃
1.8598.001.494015.610.191.3431
3.8595.821.489730.010.651.3520
6.2193.321.486138.501.711.3573
7.9191.251.482944.002.881.3615
11.000.811.477549.758.951.3700
14.6883.501.471452.2815.211.3787
18.2179.151.465051.7222.731.3890
22.3074.001.4575499529111.3976
23.5872.411.455148.8531.851.4011
30.8562.011.440843.4242.891.4152
褶点组成：水10.25%
乙醇37.65%
苯52.10%
表3 苯—乙醇系统组成与折光率的关系
乙醇含量Wt%折光率ηD25℃乙醇含量Wt%折光率ηD25℃
01.4980346.781.42815
2.711.4940157.221.42392*
5.871.4888571.001.39555
12.791.4779084.921.37772
1.9341.47667*91.601.36923
36.781.442191001.35929
表中带*的两个数据可能有误，可不予参考。
六、思考题
1．形成共沸物的条件。
2．共沸剂的选择条件。
3．什么是理论共沸剂量？共沸剂加入量如何计算？共沸剂加入量过多或过少有什么不好？
4．两次增大回流比的目的是什么？
5．为什么要先停电热，后关冷却水？
2、是让proii画一张yx曲线，用化工原理上学的办法在上面作图求最小回流比，但这个方法也不是完美的，因为作图的方法隐含了恒摩尔流的假设，而乙醇水体系和恒摩尔流还是有较大差别的。
分离任务：
1.乙醇的质量分数为30%；
2.处理量为20000t/a；
3.塔顶产品组成（质量分数）为93.5%；
4.塔顶易挥发组分回收率为99%；
5.每年实际生产时间为7200h.
6.操作条件
：
(1)操作压力：常压
(2)进料热状态：自选
(3)回流比：自选
(4)间接低压蒸汽
(表压为0.3mpa)
加热
(5)单板压降：0.7
kpa
我以前做过这个
包挂工艺尺寸计算
再沸器
原料预热器
离心泵
费用计算
折旧
你留个邮箱吧
我发给你
当然酒精精馏塔的种类还有很多。根据生产条件不通。所采用的设备也就不通~
我懂的也不多。我们单位的是催化精馏塔。污水汽提塔是采用拉西环填料。减压塔是不锈钢波纹填料。
