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摘要：设计一定量乙醇—水的分离精馏塔。鉴于乙醇—水体系有共沸现象，待处理料液清洁的特点，设计宜选用筛板塔。操作时，气体自下而上通过筛孔，与塔板上液层进行气液传质，脱离液层后进入上面一块塔板，液体上而下通过降液管进入下一块塔板。且板式塔结构简单，制造和维修方便，生产能力大，塔板压降小，板效率较高等优点。
关键词：乙醇—水；精馏；筛板塔；设计；节能
引言
精馏是利用多次部分冷凝分离液体混合物的过程。根据操作方式可分为连续精馏与间歇精馏。由于间歇精馏操作不稳定，处理量小，纯度不高，设备利用率低。而连续精馏操作稳定，塔内各部分的温度及组成可保持不变，容易控制，所以宜选用连续精馏。精馏塔，是进行精馏操作的设备。是精馏的一种塔式汽液接触装置。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。
第1节 乙醇水的性质和用途
乙醇分子由烃基（—C2H5）和官能团羟基（—0H）两部分构成，其物理性质〔熔沸点、溶解性）与此有关。乙醇是无色、透明、有香味、易挥发的液体，能与水及大多数有机溶剂以任意比混溶。制取无水乙醇时，通常把工业酒精与新制生石灰混合，加热蒸馏才能得到。
水同其它物质一样，受热时体积增大，密度减小。纯水在摄氏零度时密度为999.87千克/立方米，在沸点时水的密度为958.38千克/立方米，密度减小4%。水的沸点与压力成直线变化关系。沸点随压力的增加而升高。
第2节 乙醇的生产方法乙醇的生产方法
2.1 发酵法
采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，经过水解、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下，水解为葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇。
2.2 乙烯水合法
工业上有两种方法：
⑴ 间接水合法其也被成为硫酸酯法，反应分为两步进行，首先将乙烯在一定温度和压力下通入浓硫酸中，生成硫酸酯，再将硫酸酯在水界塔中加热水解，而得乙醇，同时有副产物乙醚生成，间接水合法可用低浓度的乙醇作原料，反应条件较温和乙烯转化率较高，但设备腐蚀严重，生产流程长。
⑵ 直接水合法是直接水和是在一定的条件下，乙烯通过固体酸催化剂反应生成乙醇，工业上采取负载于硅藻上的磷酸催化剂，反应温度260℃-290℃，压力为7Mpa，水和乙烯的物质的量之比为0.6左右，在此条件下乙醇单程转化率仅为5%左右，乙醇的选择性为95%，大量乙烯在系统中循环，主要副产物乙醚、还有少量的乙醛、丁烯、丁醇和乙烯聚合物等，乙醚和水反应生成乙醇，故将其反应以求提高乙醇的产率。
第3节设计方案的确定
3.1 装置流程的确定
精馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，有冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，因此，要考虑预热的利用，注意节能。另外，为保持塔的稳定性，流程中除用泵直接进入塔原料外，也可以采用高位槽进料以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装置采取全冷凝。
3.2塔的选择
进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发（高沸点）组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。
塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。但是，为了满足工业生产和需要，我们必须选择合适的塔设备进行操作.
3.3操作压力
精馏操作通常可在常压、加压、减压下进行。一般来说，常压精馏最为简单经济。加压操作在相同塔径下，适当地提高操作压力，可以提高塔的处理能力，但相对挥发度有所下降。减压操作必须使用抽真空的设备，增加了相应的设备和操作费用。
3.4加料方式
加料分两种方式泵加料和高位槽加料，高位槽加料通过控制液位高度可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础设备费用；泵加料属于强制加料方式，泵加料易受温度影响，流速忽大忽小，流量也不太稳定，影响传质效率。靠重力的流动方式可省去一笔费用。
3.5 进料状态
进料状态主要有5种：冷夜进料、饱和液进料（泡点进料）、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料（露点进料）、过热蒸汽进料。其中泡点进料的操作比较容易控制，并且不受季节气温的影响。另外，泡点进料时，精馏段和提馏段的塔径相同，在设计和制造时也比较方便。
3.6冷凝方式
选全凝器，塔顶出来的温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需再次冷凝，且本次分离是乙醇和水制造的设备较为简单，节省资费。
3.7 加热方式
精馏塔通常设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供足够的能量，若待分离的物系某种轻组分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热方式，这样操作费用和设备均可降低。但塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸气冷凝水的稀释作用，使残叶轻组分浓度降低，所需塔板数增加，建议采用间接蒸汽加热方式。
3.8回流方式
宜采用重力回流，对于小型塔、冷凝液由重力作用回流入塔。
优点：回流冷凝器无需支撑结构；
缺点：回流控制较难安装，但强制回流需用泵，安装费用大，故不用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器回流入塔内。
采用列管式换热器作为再沸器进行间接加热。加热介质多采用水蒸气，因为其安全易于调节。
3.9 热能的利用
蒸馏的过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，因此热效率很低，通常进入再沸器的能量仅有5％左右被有效利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的，但其能位较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用作低温热源，供别处使用或采用热泵技术，提高温度后再用于加热釜液。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可取得节能效果。
3.10 流程说明
首先，乙醇水的原料混合物由原料罐通过泵进入原料预热器，加热至泡点温度，经过滤器过滤至泡点温度，然后，原料从进料口进入精馏塔中。因为被加热至泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这是原料混合物就分开了，气相混合物在精馏中上升，液相混物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入塔顶产品冷却中，停留一段时间后进如乙醇的储罐，而其中的气态部分重新回到塔中，这个过程叫回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，停留一段时间然后进入水储存罐，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热至泡点温度重新回到精馏塔。塔离的混合物不断重复前面所述的过程，而进口不断又新鲜物料的加入。最终，完成乙醇水分离。
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