年产12万吨乙醇-水精馏装置的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

年产12万吨乙醇-水精馏装置的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

规整填料，其余都是一些老填料的新改进 (如 Rombopak 改进型填料 )。 填料领域最多的发展还是在气液分布器方面。 国外大公司对液体分布装置的研究较成熟，但对气体分布器的研究是几年前才起步的。 与此相反的是，近五六年来，塔器中板式塔技术却又有了明显的进步。 济源职业技术学院毕业设计（论文） 8 尽管如此，新型填料的开发与应用仍将会有发展，其重点亦仍是规整填料。 预计今后填料塔的发展仍应归结到以下三个方面： ① 新型填料及塔内件的开发。 ② 填料塔的性能研究。 ③ 填料塔的工业应用。 板式塔 板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。 广泛应用于精馏和吸收 ,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。 操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下 ,自上而下依次流过各层塔板 ,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿 过各层塔板，至塔顶排出。 每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。 工业上最早出现的板式塔是 筛板塔 和 泡罩塔。 筛板塔出现于 1830 年，很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。 泡罩塔结构复杂，但容易操作，自 1854 年应用于工业生产以后，很快得到 板式塔 推广，直到 20 世纪 50 年代初，它始终处于主导地位。 第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。 通过大量的实验研究和工业实践，逐步掌握了筛板塔的操作规律和正确设计方法，还开发了大孔径筛板，解决了筛孔容易堵塞的问题。 因此， 50 年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。 与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得 到了广泛应用。 而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。 60 年代以后 ,石油化工的生产规模不断扩大 ,大型塔的直径已超过 10m。 为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。 （一） 板式塔的操作特性 济源职业技术学院毕业设计（论文） 9 各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作，才能保证气液两相有效接触，从而得到较好的传质效果。 可用塔板负荷性能图 (图 5)来表示塔板正常操作时气液流量的范围，图中的几条边线所表示的气液流量限度为： ① 漏液线。 气体流量低于此限时，液体经开孔大量泄漏。 ② 过量雾沫夹带线 板式塔。 气体流量高于此限时，雾沫夹带量超过允许值，会使板效率显著下降。 ③ 液流下限线。 若液体流量过小，则溢流堰上的液层高度不足，会影响液流的均匀分布，致使板效率降低。 ④ 液流上限线。 液体流量太大时，液体在降液管内停留时间过短 ,液相夹带的气泡来不及分离 ,会造成气相返混，板效率降低。 ⑤ 液泛线。 气液流量超过此线时，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破坏。 如果塔板的正常操作范围大，对气液负荷变化的适应性好，就称这些塔板的操作弹性大。 浮阀塔 和泡罩塔的操作弹性较大，筛板塔稍差。 这三种塔型在正常范围内操作的板效率大致相同。 （二） 板式塔的工业要求 工业生产对塔板的要求主要是： ① 通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。 板式塔 ② 塔板效率要高。 ③ 塔板压力降要低。 ④ 操作弹性要大。 ⑤ 结构简单，易于制造。 在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操 作，首先济源职业技术学院毕业设计（论文） 10 应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。 怎样合理地选择精馏塔的操作条件 精馏塔的操作条件主要是指温度、压力。 一般地说，主要根据物料的性质，原料的组成，对产品纯度的要求，设备材料的来源，工厂生产的规模等具体情况，选择合理的操作条件。 例如对于各组分间相对挥发度相差较大的混合物采用一般精馏；对于相对挥发度接近，甚至相等的混合物，采用萃取精馏或恒沸精馏；对沸点高的混合物，采用减压精馏或水蒸气蒸馏；对于沸点低的混合物，采用加压精馏，以适当提高冷凝温度等。 乙醇的性质及作用 乙醇分子是由乙基和羟基两部分组成，可以看成是乙烷分子中的一个氢原子被羟基取代的产物，也可以看成是水分子中的一个氢原子被乙基取代的产物。 乙醇分子中的碳氧键和氢氧键比较容易断裂。 乙醇的物理性质 无色、透明，具有特殊香味的液体（易挥发），密度比水小，能跟水以任意比互溶（一般不能做萃取剂）。 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。 乙醇的物理性质主要与 其低碳直链醇的性质有关。 分子中的羟基可以形成 氢键 ，因此乙醇黏度很大，也不及相近相对分子质量的 有机化合物 极性大。 室温下，乙醇是无色 易燃 ，且有特殊香味的挥发性液体。 作为溶剂，乙醇易挥发，且可以与水、乙酸、 丙酮 、苯、 四氯化碳 、氯仿、乙醚、乙二醇 、甘油、硝基甲烷、 吡啶 和甲苯等溶剂混溶。 此外，低碳的脂肪族 烃类 如 戊烷和 己烷 ，氯代脂肪烃如 1,1,1三氯乙烷 和 四氯乙烯 也可与乙醇混溶。 随着碳数的增长，高碳醇在水中的 溶解度 明显下降。 由于存在氢键，乙醇具有潮解性，可以很快从空气中吸收 水分。 羟基的极性也使济源职业技术学院毕业设计（论文） 11 得很多 离子化合物 可溶于乙醇中，如氢氧化钠、氢氧化钾、 氯化镁 、 氯化钙 、 氯化铵 、溴化铵和溴化钠等。 氯化钠 和 氯化钾 则微溶于乙醇。 此外，其非极性的 烃基 使得乙醇也可溶解一些非极性的物质，例如大多数香精油和很多增味剂、增色剂和医药试剂。 乙醇的化学性质 （一）酸性 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。 CH3CH2OH→ （可逆） CH3CH2O + H+ 乙醇的 pKa=，与水相近。 乙醇的 酸性 很弱，但是电离平衡的存在足以使它与重水之间的同位素交换迅速进行。 CH3CH2OH+D2O→ （可逆） CH3CH2OD+HOD 因为乙醇可以电离出极少量的氢离子，所以其只能与少量 金属 （主要是碱金属）反应生成对应的醇金属以及氢气： 2CH3CH2OH + 2Na→2CH3CH2ONa + H2↑ 乙醇可以和高活跃性金属反应，生成 醇盐 和 氢气。 醇金属遇水则迅速 水解 生成醇和 碱 结论： （ 1）乙醇可以与金属钠反应，产生氢气，但不如水与金属钠反应剧烈。 （ 2）活泼金属（钾、钙、钠、镁、铝）可以将乙醇羟基里的氢取代出来。 （二） 还原性 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。 例如 2CH3CH2OH + O2 → 2CH3CHO + 2H2O（条件是在催化剂 Cu 或 Ag 的作用下加热） 实际上是乙醇先和氧化铜进行反应，然后氧化铜被还原为单质铜，现象为：黑色氧化铜变成红色。 乙醇也可被高锰酸钾氧化，同时高锰酸钾由紫红色变为无色。 乙醇也可以与酸性重铬酸钾溶液反应，当乙醇蒸汽进入含有酸性重铬酸钾溶液的硅胶中时，可见硅胶有橙红色变为草绿色，此反应现用于检验司机是否醉酒驾车。 （三） 酯化反应 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，生成乙酸乙酯济源职业技术学院毕业设计（论文） 12 （具有果香味）。 C2H5OH+CH3COOH－浓 H2SO4△ (可逆 )→CH3COOCH2CH3+H2O （此为取代反应） “ 酸 ” 脱 “ 羟基 ” ， “ 醇 ” 脱 “ 羟基 ” 上的 “ 氢 ” 与氢卤酸反应 乙醇可以和卤化氢发生取代反应，生成 卤代烃 和水。 C2H5OH + HBr→C2H5Br + H2O 或写成 CH3CH2OH + HBr → CH3CH2Br + H OH C2H5OH + HX→C2H5X + H2O 注意：通常用 溴化钠 和 硫酸 的混合物与乙醇加热进行该反应。 故常有红棕色气体产生。 （五） 氧化反应 （ 1）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 完全燃烧： C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O （ 2） 催化氧化 ：在加热和有催化剂（ Cu 或 Ag）存在的情况下进行。 2Cu+O2－加热 →2CuO C2H5OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O 即催化氧化的实质 (用 Cu 作 催化剂 ） 总式： 2CH3CH2OH+O2－ Cu 或 Ag→2CH3CHO+2H2O （工业制 乙醛 ） 乙醇也可被浓硫酸跟 高锰酸钾 的混合物发生非常激烈的氧化反应 ,燃烧起来。 （切记要注酸入醇，酸与醇的比例是 1:3） 消去反应和脱水反应 乙醇可以在浓硫酸和高温的催化发生 脱水反应 ，随着温度的不同生成物也不同。 （ 1）消去（分子内脱水）制 乙烯 （ 170℃ 浓硫酸）制取时要在烧瓶中加入碎瓷片以免爆沸。 C2H5OH→CH2=CH2↑+H2O （ 2） 缩合 （分子间脱水）制 乙醚 （ 130℃ 140℃ 浓硫酸） 2C2H5OH →C2H5OC2H5 + H2O （此为取代反应） 乙醇的危害 对身体的危害： 本品为 中枢神经系统 抑制剂。 首先引起兴奋，随后抑制。 急性中毒 ：急性中毒多发生于口服。 一般可分为兴奋、催眠、麻醉、窒息四阶段。 患者进入第三或第四阶段，出现意识丧失、 瞳孔 扩大、呼吸不规律、 休克 、心力循环衰竭及呼济源职业技术学院毕业设计（论文） 13 吸停止。 慢性影响：在生产中长期接触高浓度 本品可引起鼻、眼、 粘膜 刺激症状，以及头痛、头晕、疲乏、易激动、震颤、恶心等。 长期酗酒可引起 多发性神经病 、慢性胃炎、 脂肪肝 、肝硬化、心肌损害及 器质性精神病 等。 皮肤长期接触可引起干燥、脱屑、皲裂和 皮炎。 乙醇具有成瘾性及致癌性，但乙醇并不是直接导致 癌。