填料精馏塔设计示例
甲醇—水分离过程填料精馏塔设计
甲醇—水分离过程填料精馏塔设计1.设计方案的确定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。
甲醇常压下的沸点为64.7℃，故可采用常压操作。
用30℃的循环水进行冷凝。
塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。
因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。
甲醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中，设计中选用金属环矩鞍DN50填料。
2.精馏塔的物料衡算2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量： M甲=32.04kg/kmol水的摩尔质量: M水=18.02kg/kmolXF=(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324XD=(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995XW=(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.00282.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.324*32.04+(1-0.324)*18.02=22.56kg /kmolMD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmolMW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kg/kmol2.3物料衡算原料处理：qn,F=3000/22.56=132.98 kmol/h总物料衡算: 30.728=qn,D +qn,W甲醇物料衡算: 132.98*0.324=0.995 qn,D +0.0028qn,W解得: qn,D =43.05kmol/h qn,W=89.93kmol/h3塔板数的确定3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数.3.1.1由以知的甲醇-水物系的气液平衡数据,绘出x-y图.3.1.2求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比:在x-y 图中对角线上，自点e （0.324,0.324）作垂线即为进料线.该线与平衡线的交点坐标: y =0.682 x =0.324 故最小回流比; R min=(x D –y q )/(y q –x q )=(0.995-0.682)/(0.682-0.324)=0.87. 取操作回流比:R=1.743.1.3求精馏塔的气液相负荷q n,L =R* q n,D =1.74*43.05=74.91kmol/hq n,V =(R+1)* q n,D =2.74*43.05=117.96kmol/h q 、n,L= q n,L +q n,F =74.91+132.98=207.89 kmol/h q 、n,V = q n,V =117.96 kmol/h 3.1.4操作线方程 精馏段：y===0.635x+0.363提馏段：y ’===1.762-0.00213.1.5采用图解法求理论求解结果为：总理论板数: N T =11 进料位置为: N F =7 3.2全塔效率E绘出甲醇-水的气液平衡数据作t-x/y 图,查得:塔顶温度: t=64.6℃ 塔平均温度:t=82.0℃塔釜温度: t=99.3℃ 精馏段平均温度:t=70.75℃ 进料温度: t=76.8℃ 提馏段平均温度:t=88.05℃ 82.0℃下进料液相平均粘度:查手册有:μ甲=0.272mpas, μ水=0.3478mpas ，x 甲=0.192 y 甲=0.565μ=X μ甲+(1-X) μ水=0.324*0.272+(1-0.324)*0.3478=0.323mpasα===5.47=0.49=0.49=0.433.3实际塔板数的求取精馏段实际板层数: N=N/=6/0.43=13.95≈14块提留段实际板层数: N =N/=5/0.43=11.63≈12块.4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算4.1平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量:X=Y=0.995. 查平衡曲线(X-Y图)得:X=0.98 MVD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kmol/hMLD=0.98*32.04+(1-0.98)*18.02=31.76kmol/h 进料板层平均摩尔质量:查X-Y图得: YF =0.578 XF=0.196MVF=0.578*32.04+(1-0.578)*18.02=26.12kmol/hMLF=0.196*32.04+(1-0.196)*18.02=20.77kmol/h 塔底平均摩尔质量:XW =0.0028. YW=0.013MVW=0.013*32.04+(1-0.013)*18.02=18.20 kmol/hMLW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kmol/h 精馏段平均摩尔质量:MVJ=(+)/2=(31.97+26.12)/2=29.05 kmol/hMLJ=(+)/2=(31.76+20.77)/2=26.27 kmol/h提馏段平均摩尔质量:M’VJ=(+)/2=(26.12+18.20)/2=22.16 kmol/hM’LJ=(+)/2=(20.77+18.06)/2=19.41kmol/h4.2平均密度计算(1).气相平均密度:由气液平衡图求得蒸汽平均温度：tJ = 70.75℃，tT=88.05℃故得精馏段的蒸汽密度：ρY，J =M T，J /22.4*[T0 /（T0 +t J）] =1.063kg/m3提留段的蒸汽密度：Y，T =MT，T/22.4*[T/（T+tT）] =0.748kg/m3(2).液相平均密度计算: 液相平均密度依下列式计算:1/lm=∑i/i塔顶液相平均密度计算:由t=64.6℃查手册得:甲醇=747.24kg/m -3水=980.66 kg/m 3lDm=1/[(0.997/747.24)+(0.003/980.66)]=747.77 kg/m 3进料板液相平均密度:由t=76.8℃,查手册得: 甲醇=736.88kg/m -3水=974.98kg/m 3进料板液相的质量分数：甲醇=0.196*32.04/[(0.196/32.04)+(0.804/18.02)]=0.302lFm=1/[(0.302/736.88)+(0.698/974.98)]=888.30 kg/m 3塔底液相的平均密度：查手册得在99.3℃时水的密度为：甲醇=712.9kg/m -3水=958.88 kg/m 3=1/[(0.005/712.9)+(0.995/958.88)]=957.23kg/m 3精馏段液相平均密度为:lJ=(747.77+888.30)/2=818.04 kg/m 3提留段液相平均密度：lT=（888.30+957.23）/2=922.77 kg/m 34.3液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算: δ=∑x i /δi塔顶液相平均表面张力的计算:由t=64.6℃查手册得: δ甲醇=18.2 mN/m δ水 =65.345 mN/m δlDm =0.995*18.2+0.005*65.345=18.44 mN/m进料板液相表面张力的计算:由t=76.8℃查手册得: δ甲醇=17.3mN/m δ水=63.144 mN/mδlFm=0.122*17.3+0.818*63.144=54.16 mN/m 塔釜液体的表面张力接近水的表面张力，由t= 99.3℃查手册得：δ甲醇=12.878mN/m δ水=58.933 mN/mδlWm=0.0028*12.878+0.9972*58.933=58.80 mN/m 精馏段液相平均表面张力为:δlT=(18.44+54.16)/2=36.3 mN/m提留段液体平均表面张力为：δlT=(54.16+58.80)/2=56.48 mN/m4.4液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算,即:lgμm =∑xilgμi塔顶液相平均粘度的计算:由t=64.6℃查手册得：μ甲醇=0.330 mpas μ水=0.448 mpaslgμlDm=0.995*lg0.33+0.005*lg0.448解出：μlDm=0.3305 mpas进料板液相平均粘度的计算：由t=76.8℃查手册得：μ甲醇=0.286 mpas μ水=0.329 mpaslgμlFm=0.196*lg(0.286)+0.804*lg(0.329)解出：μlDm=0.3587 mpas塔釜液相平均粘度的计算：由t=99.3℃查手册得：μ甲醇=0.2295mpas μ水=0.2861mpaslgμlWm=0.0028*lg(0.2295)+0.9972*lg(0.2861)解出：μlDm=0.2859 mpas精馏段液相平均粘度为：μlJ=(0.3587+0.3305)/2=0.3346 mpas提留段液相平均粘度为：μlT=(0.3587+0.2859)/2=0.3223 mpas5精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.1 塔径的计算5.1.1精馏段塔径计算WL=74.91*26.27=1967.89 kg/hWV=117.96*29.05=3426.74 kg/h精馏段气、液混合物的平均体积流量：= ==0.924m3/s= ==0.000668m3/s贝恩—霍根关联式=A-K=0.06225-1.75*解得：=5.36 m/s取=0.7=3.752 m/sD==0.56m圆整为0.6m此时==3.27m/s泛点速率校核：==0.61 在允许范围内5.1.2.提留段塔径计算计算方法同精馏段,计算结果为:uF=5.72m/sD=0.542 m圆整塔径,取 D=0.60m.泛点率校核：u==3.44m/su/ uF=(3.44/5.72)=0.60 (在允许范围内) 填料规格校核： D/d =600/50=12 >8液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为: (lw )m=0.08 m3 / m2h查附录五得：at=74.9m3 /m2 .h.u min =(lw)m* at=0.08*74.9=5.992 m3 / m2hu=3600*0.000668/(0.785*0.6*0.6)=8.51m3 / m2h >5.992 m3 / m2h 5.2填料层高度计算Z=HETP*NT.Lg(HETP)=h-1.292lnδl +1.47lnμl查表有: h=7.0653.精馏段填料层高度为：HETP=0.862m Z景=6*0.862=5.172 mZ′精=1.25*5.172=6.465 m提留段填料层高度为：HETP=0.442mZ提=5*0.442=2.21 mZ′提=1.25*2.21=2.76 m设计取精馏段填料层高度为6.5m,提留段填料层高度为3m.对于环矩鞍填料, 要求h/D=8～15. hmax≤6m.取h/D=12, 则 h=12*600=7.2 m.不需要分段。
化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计
2.7
1.60
• 塔中：
F 4V 3600 D
2 T
G
3600 1.3
4 13930
2
2.7
1.77
• 塔底：
F 4V 3600 D
2 T
G
3600 1.3
4 14810
2
2.7
1.89
• 利用Smoker公式可算得精馏段和提馏段所需理论 级数分别为： 精馏段 (nt)精=8.82 提馏段 (nt)提=8.79 • 对250Y填料，可从性能曲线查得F=1.89时，每米 填料的当量理论级数为NTSM=2.8，于是精馏段和 提馏段的填料层高度分别为： 精馏段 Z精=(nt)精/(NTSM)精=8.82/2.8=3.15m 提馏段 Z提=(nt)提/(NTSM)提=8.79/2.8=3.14m • 在实际工程中，考虑到制造、安装等各种因素， 上述计算填料层高度应有适当富裕量。
塔径计算： • 求出流动参数FP：
L FP G
G L
（6-3）
• 由图查所选填料的Cmax值； • 由式（6-1）计算F因子设计值； • 由式（6-4）计算塔径
AT
3600 G L G Cs
G
0.5
DT
4
AT
（6-4）
式中 L——液相质量流率，kg/h； ρL——液相密度，kg/m3； AT——塔横截面积，m2。
T F 0.002533 V MP
（6-1）
F因子与Cs因子间的关系：
F Cs ρ L ρG
由于液泛点的定义尚不明确，难以确定，故 规整填料常以每米填料压降1000Pa作为极限 负荷。它比液泛点约低5%~10%，设计负荷通 常取极限负荷的75%~80%。
填料精馏塔课程设计
填料精馏塔课程设计精馏塔设计计算1 操作压力与基础数据（1）操作压力精馏塔操作按操作压力分为常压、加压和减压操作。
精馏操作中压力影响非常大。
当压力增大时，混合液的相对挥发度将减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度会增大，对分离有利。
但当压力不太低时，对设备的要求较高，设备费用增加。
因此在设计时一般采用常压蒸馏。
当常压下无法完成操作时，则采用加压或减压蒸馏。
对于乙醇–水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压蒸馏。
（2）气、液平衡关系数据如表1：平均温100 95.5 89 86.7 85.3 84.1 82.7 82.3 度t液相乙0 1.9 7.21 9.66 12.38 16.61 23.37 26.08 醇x气相乙0 17 38.91 43.75 47.04 50.89 54.95 55.8 醇y平均温81.5 80.7 79.8 79.7 79.3 78.74 78.41 78.15 度t液相乙32.73 39.65 50.79 51.98 57.32 65.63 74.72 89.43 醇x气相乙59.26 61.22 65.65 65.99 68.41 73.85 78.15 89.43 醇y根据以上数据绘出 x-y 平衡图（3）物料平衡计算 ① 物料衡算。
已知:F = 3000t %40=F ω %94=D ω %2=W ωkmol kg M O H H C /07.4652=kmol kg M O H /02.182=摩尔分率 ：%7.2002.18/6007.46/4007.46/40=+=F x%97.8502.18/607.46/9407.46/94=+=D x %79.002.16/9807.46/207.46/2=+=W x 进料平均相对分子质量 ：kmol kg M /83.2302.18793.007.46207.0=⨯+⨯=② 根据气、液平衡表（x-y-t 表）利用内插法求塔顶温度 LD t ，VD t 。
乙醇—水分离填料精馏塔设计化工原理
化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生学院名称学号班级专业名称指导教师年月日化工原理课程设计任务书摘要乙醇是生活中一种常见的化学品，它是一种有机物，俗称酒精。
它是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。
有酒的气味和刺激的辛辣滋味。
乙醇液体密度比水小，能与水以任意比互溶。
乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。
氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。
实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。
在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。
塔设备是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一，一般分为级间接触式和连续接触式两大类。
前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。
本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。
关键词：乙醇；水；填料塔；精馏1.1 物料性质 (1)1.2 塔设备简介 (1)2流程的确定及说明 (1)2.1.加料 (1)2.2.进料 (1)2.3 塔顶冷凝方式 (2)2.4 回流方式 (2)2.5 加热方式 (2)2.6 加热器 (2)3精馏塔的设计计算 (2)3.1物料衡算 (2)3.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：VD t、LD t、F t、W t (3)3.3平均相对挥发度α (4)3.4回流比的确定 (4)3.5热量衡算 (5)3.5.1加热介质的选择 (5)3.5.2冷却剂的选择 (5)3.5.3热量衡算 (5)3.6理论塔板数计算 (7)3.6.1板数计算 (7)3.6.2塔板效率 (8)3.7 精馏塔主要尺寸的设计计算 (9)3.7.1流量和物性参数的计算 (9)3.7.2塔径设计计算 (11)4附属设备及主要附件的选型计算 (15)4.1．冷凝器 (15)4.3塔其他构件 (17)4.3.1.塔顶蒸汽管 (17)4.3.2.回流管 (17)4.3.3.进料管 (18)4.3.4.塔釜出料管 (18)4.3.5除沫器 (18)4.3.6液体分布器 (19)4.3.7液体再分布器 (20)4.3.8填料支撑板的选择 (20)4.3.9塔釜设计 (21)4.3.10塔的顶部空间高度 (21)4.3.11手孔的设计 (21)4.3.12．裙座的设计 (22)5精馏塔高度计算 (22)6总结 (24)附录 (24)参考文献 (26)第一部分概述1.1物料性质乙醇易燃，具刺激性。
乙醇—水分离填料精馏塔设计 化工原理
化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生姓名学院名称学号班级专业名称指导教师年月日化工原理课程设计任务书摘要乙醇是生活中一种常见的化学品，它是一种有机物，俗称酒精。
它是带有一个羟基的饱和一元醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，它的水溶液具有酒香的气味，并略带刺激性。
有酒的气味和刺激的辛辣滋味。
乙醇液体密度比水小，能与水以任意比互溶。
乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。
氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。
实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。
在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。
塔设备是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一，一般分为级间接触式和连续接触式两大类。
前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。
本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。
关键词：乙醇；水；填料塔；精馏1.1 物料性质 (1)1.2 塔设备简介 (1)2流程的确定及说明 (1)2.1.加料 (1)2.2.进料 (1)2.3 塔顶冷凝方式 (2)2.4 回流方式 (2)2.5 加热方式 (2)2.6 加热器 (2)3精馏塔的设计计算 (2)3.1物料衡算 (2)3.2塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：VD t、LD t、F t、W t 3 3.3平均相对挥发度α (4)3.4回流比的确定 (4)3.5热量衡算 (5)3.5.1加热介质的选择 (5)3.5.2冷却剂的选择 (5)3.5.3热量衡算 (5)3.6理论塔板数计算 (7)3.6.1板数计算 (7)3.6.2塔板效率 (8)3.7 精馏塔主要尺寸的设计计算 (9)3.7.1流量和物性参数的计算 (9)3.7.2塔径设计计算 (11)4附属设备及主要附件的选型计算 (15)4.1．冷凝器 (15)4.3塔内其他构件 (17)4.3.1.塔顶蒸汽管 (17)4.3.2.回流管 (17)4.3.3.进料管 (18)4.3.4.塔釜出料管 (18)4.3.5除沫器 (18)4.3.6液体分布器 (19)4.3.7液体再分布器 (20)4.3.8填料支撑板的选择 (20)4.3.9塔釜设计 (21)4.3.10塔的顶部空间高度 (21)4.3.11手孔的设计 (21)4.3.12．裙座的设计 (22)5精馏塔高度计算 (22)6总结 (24)附录 (24)参考文献 (26)第一部分概述1.1物料性质乙醇易燃，具刺激性。
填料式精馏塔的设计
填料式精馏塔的设计-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1填料式精馏塔设计前言填料塔和精馏塔一样，同属于化工单元操作中精馏的过程设备。
物料在填料塔中的传质、分离主要是分散在填料表面进行的。
故分离效率的高低主要取决于填料的结构和性能。
由于高校填料塔比板式塔的压力将小，所以它比板式塔的操作能耗小。
由于在一般情况下，高效填料塔的单位容积生产能力高，因而可以利用已有的板式塔改为高效填料塔，提高生产能力。
高效填料塔唯一的缺点是高效填料造价高，一次性投资高。
但从板式塔的压力降小，能耗小，分离效率高，单位容积生产能力高考虑，高效填料塔的综合性费用还是比板式塔低。
设计条件进料中苯的质量百分数：w w%=25%塔顶产物中苯的质量百分数：w w%≥99.8%塔底中苯的质量百分数：w w%≤0.5%泡点进料，即q=1年处理量：4000吨/年常压蒸馏：P=101.325KPa采用拉西环式填料三填料选择拉西环是最古一种老、最典型的一种填料，由于它结构简单，制造容易，价格低廉，性能指数较齐全以及机械强度高，因此长久以来，尽管它存在严重缺点，但仍受厂家欢迎，沿用至今。
拉西环的缺点是结构不敞开，有效空隙率比实际空隙率小得多，故压力降大得多。
拉西环在塔内有两种填料方式：乱堆和整砌。
乱堆装卸较方便，但压力降较大你，一般直径在50㎜以下的拉西环用乱堆填料，直径在50㎜以上的拉西环用整砌填料，整砌填料压力降小。
当填料的名义尺寸小于20㎜时各填料本身的分离效率随尺寸的变化不大，而当填料的名义尺寸大于20㎜时各填料本身的分离效率都明显下降。
因此25㎜的填料可以认为是工业填料中选用的合理填料，故本次设计选用金属拉西环25㎜×25㎜×0.8㎜。
相关物性参数如下：表1 金属拉西环25mm×25mm×0.8mm参数项目参数项目参数公称直径D＝25㎜比表面积σ＝220m ／m外径d＝25㎜空隙率ε＝95％高度h＝25㎜堆积个数n＝55000个／m壁厚δ＝0.8㎜堆积密度ρ＝640㎏／m干填料因子 a ／ε＝257／m 等板高度H＝0.46m湿填料因子φ＝390／m 平均压降Δp＝0.5kPa／m 物料衡算每小时处理量：每年按300天计算（剩余时间为检修等其他时间），每天按24小时计算。
化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计
似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料
强，并且价格较便宜。它按波峰高度分为： 4.5型、6.3型、10型；按比表面积分为： 250Y型、500X型，700Y型。
规整填料的性能曲线与气体动能因子F有关， F因子的表达式为：
F uG G
F V
3600 G
• 精馏段的平均液体量：
9000 9950
L 精 115.18kmol/h
2
9475kg/h
• 折合成精馏段平均液体负荷为：
l精
L
AT L
9475
1.32 804
8.88 m3/(m2
h)
4
对精馏段用线性插入法求出填料阻力为：
(⊿P/z)精 = 0.11kPa/m
F
4V
3600DT2
• 塔中：
4 12600 1.60
G 3600 1.32 2.7
F
4V
4 13930 1.77
3600DT2 G 3600 1.32 2.7
• 塔底：
F
4V
4 14810 1.89
3600DT2 G 3600 1.32 2.7
填料
Sulzer’s Mellapak （金属）
Sulzer’s Mellapak （塑料）
Koch-Sulzer（丝网）
型号 125Y 250Y 350Y 500Y
250Y
CY BX
填料因子/m-1 3.2801×10 3.2808×20 3.2808×23 3.2808×34
3.2808×22
3.2808×70 3.2808×21
化工原理课程设计-精馏塔
化工原理课程设计任务书(一)设计题目在抗生素类药物生产过程中,需要用甲醇溶液洗涤晶体,洗涤过滤后产生废甲醇溶液,其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。
为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶液进行精馏，得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶液。
设计要求废甲醇溶液的处理量为 3.6万吨/年，塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
(二)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)塔底加热蒸汽压力 0.3Mpa（表压）(三)填料类型因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便于定期拆卸和清洗。
填料类型和规格自选。
(四)工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。
(五)设计内容1、设计说明书的内容1)精馏塔的物料衡算；2)塔板数的确定；3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；4)精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5)填料层压降的计算；6)液体分布器简要设计；7)精馏塔接管尺寸计算；8)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。
无色、透明、高度挥发、易燃液体。
略有酒精气味。
近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。
甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
近年来碳化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。
甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化，总体的趋势是走高。
随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料——甲醇的价格还会稳步提高。
国内又有一批甲醇项目在筹建。
这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。
填料式精馏塔设计
化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇—水连续填料精馏塔设计者：专业：学号：指导老师：2016年06月25日目录一、前言 (3)二、设计条件 (4)三、精馏塔的设计计算1.由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率 (5)2.全塔物料衡算 (5)3.采用图解法，求解R Min，R (5)4.填料塔压力降的计算 (6)5.D、Z、P计算 (7)6.计算结果列表 (14)四、辅助设备的选型计算7.储槽的选型计算 (15)8.换热器的选型计算 (16)9.主要接管尺寸的选型计算 (19)10.泵的选型计算 (21)11.流量计选取 (21)12.温度计选取 (22)13.压力计选取 (22)五、设备一览表 (23)六、选用符号说明 (24)七、参考文献 (25)八、结束语 (25)前言甲醇俗称木醇，木精，是一种大宗有机化学品，它不仅容易运输和储藏，而且可以作为很多有机化学品的中间原料。
由它可以加工成的有机化学品有100余种，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
随着近年来技术的发展和能源结构的改变，甲醇开辟了新的用途。
甲醇是较好的人工合成蛋白质的原料，目前，世界上已经有30万吨的甲醇制蛋白质的工业装置在运行。
甲醇是容易运输的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
用孟山都法可以将甲醇直接合成醋酸。
随着近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。
此外，甲醇在工业应用和实验室中是十分重要的溶剂。
许多反应在甲醇作为溶剂时产率非常好。
虽然有一定的毒性，但相对于其它有机溶剂来说，还是比较安全的。
本次设计采用填料式精馏塔，因为随着填料塔技术的不断完善，在性能上比板式塔要好很多，而且填料塔的结构比较简单，制造、维修难度和造价比板式塔低很多，所以选用填料塔，可以减少设计、制造、操作费用。
化工原理填料精馏塔课程设计(1)
化工原理填料精馏塔课程设计(1)化工原理填料精馏塔是当今化工行业中非常重要的设备之一。
它广泛应用于石油、化工、制药等领域，用于分离混合物中各种化学成分。
设计一台高效的填料精馏塔对于现代化工工艺的优化具有非常重要的意义。
以下是本文的详细分析：一、填料精馏塔的基本原理填料精馏塔通过气液两相不断交替接触和分离，使得混合物中各组分按照它们的相对挥发度的差异逐层分离。
填料从底部铺设，分散和扩散气液两相，以增加它们的接触面积。
当气液两相分别在填料中上升或下降时，有机物质被逐渐降解，而氮气被压缩并逐渐减少，从而实现了对混合物中化学成分的有效分离。
二、填料的设计和选择原则填料的设计是塔设计的重要部分，直接影响塔的传质效率和分离效率。
一般来说，设计填料需考虑以下几个方面：1.适合进行填充的物理和化学特性，如表面特性、成分和温度等。
2.填料的特性、密度和尺寸，如图案、强度和形状等。
3.填料表面积和孔隙度，以保证充分的液体和气体交互。
4.填料的摩擦程度和磨损程度，以保证填料的长久使用。
三、塔的设计和操作条件填料精馏塔的设计和操作条件，直接影响其在生产中的效率和维护。
此外，塔的设计和操作条件也对其在工艺流程中的稳定性和可靠性起着关键作用。
1.塔的结构和材料：塔本身的结构和制作材料需要考虑制造成本、塔的使用寿命和催化效果等因素。
2.操作条件：包括压力和温度等因素，这些要求越高，就会使整个塔的成本越高。
3.塔的尺寸和高度：这两个因素直接关系到底部或顶部对于反应器的入口和出口以及催化剂的管道的连接类型。
四、塔的效率和性能考虑塔的效率和性能是衡量其适用性和优越性的重要指标之一。
一般来说，考虑以下因素：1.温度梯度：温度在塔内的分布最好能够均匀，确保每一层都能充分地切割底面的原料。
2.压力梯度：压力的变化应该尽可能地小，确保气体分布均匀，并且在塔的底部更好。
3.填料特性：填料的形状、材料和表面积等要求越高，那么填料的传质速度也就越快，从而促进了混合物的分离。
填料精馏塔.doc
摘要填料塔为连续接触式的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。
本文以甲醇-水的混合液为研究对象，因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，所以此设计采用常压精馏。
根据物料性质、操作条件等因素选择填料塔，此设计采用高位槽泡点进料、塔底再沸器和塔顶全凝器的重力回流的方式，将甲醇—水进行分离的填料精馏塔。
通过甲醇—水的相关数据，对全塔进行了物料衡算和热料衡算，得出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系，以及再沸器和冷凝器的类型和尺寸，进而得到精馏塔的理论板数。
分析了进料、塔顶、塔底、提馏段、精馏段的流量及其物性参数。
对精馏段和提留段的塔径及填料层高度进行了计算，以确定塔的结构尺寸。
对冷凝器、加热器、塔内管径、液体分布器、填料支撑板、塔釜及除沫器进行了选型计算，从而得到分离甲醇—水混合物液的填料精馏塔。
关键词：填料塔；理论板数；结构尺寸；流量；回流比AbstractThe packed tower is continuous contact gas-liquid mass transfer equipment. Compared with tray column, the packed tower not only has a simple structure, but also has higher capacity to product. The packed tower can choose the separation of packing materials and handle corrosive materials. Especially for operation of low pressure drop vacuum distillation , the packed column shows superiority. This article make methanol-water mixture as the object of study .Because methanol-water system has a wide relative volatility at atmospheric, so this design adopt atmospheric distillation. According to the material properities, operating conditons and other factors,we select packed tower. This design adpot high groove bubble point to charge-in, the way of tower bottom reboiller and the gravity reflux of supertower condenser and this design is the pached distillation of separae methanol from water. By mthanol-water related data, this paper make material and heat material balance calculation, conclude the relationship between the flow, composition of distillation products and the flow, composition of charge-in, as well as reboiler and condensers’type and size, and then get the count of theoretical plate. This thesis analysis the flow and physical paraameters of charge-in, supertower, tower bottom, stripping section, rectifying section. This paper calculate the diameter of stripping section and rectifying section and the height of packing layer, then determine the structural size of tower. This thesis makes section and calculation on condenser, heater, inside diameter of tower, liquid distributor, packing support panel, recifier,then get packed distillation column of separating methanol and water.Key words：packed tower；number of theoretical plate；structure size；reflux ratio引言精馏塔分为筛板塔和填料塔两大类，填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。
苯-甲苯填料精馏塔(南京工业大学)
南京工业大学《化工原理》课程设计设计题目 常压苯－甲苯分离填料精馏塔的设计学生姓名 叶建朋 班级、学号制药1202、1302120228指导教师姓名 居沈贵，王重庆课程设计时间2015 年 6 月22日--2015年 7 月 3 日课程设计成绩百分制 权重 设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30%设计最终成绩（五级分制）指导教师签字生物与制药工程学院专业：制药工程班级：制药1202 姓名：叶建朋设计日期：2015年6月22日至2015年7月 3 日设计题目：常压苯－甲苯分离填料精馏塔的设计设计条件：体系：苯－甲苯已知：进料量F=180kmol/h进料浓度Z F=0.3 （苯的摩尔分数，下同）进料状态：q＝1操作条件：塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。
塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃；塔釜加热方式：间接蒸汽加热全塔效率E T = 52%分离要求： X D=0.99；X W=0.05；回流比R/R min =1.2。
指导教师: 居沈贵，王重庆2015 年6月23日化工原理课程设计任务书1、设计条件与主要任务1.1 工艺条件：体系为苯－甲苯二元混合物，采用连续精馏流程，填料塔，总板效率ET=52%；2.2 物料条件：冷液进料，含量30.0 F Z （苯的摩尔分率，下同），自选适当的进料压力。
1.3 操作条件：塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa 。
塔顶冷凝水采用深井水，温度t ＝12℃； 塔釜加热方式：间接蒸汽加热 1.4 分离要求：塔顶产品XD=0.99；XW=0.05；回流比R/Rmin =1.2。
2、设计其它要求其它要求详见《化工原理课程设计指导书》。
目录前言 (1)一、设计方案的确定 (2)二、1.1、设计流程说明 (2)1.2、操作方案说明 (2)1.3、本设计中符号的说明 (3)二、流程 (5)三、精馏塔的物料衡算 (5)3.1、物料衡算示意图 (5)3.2 平衡线方程 (6)3.3 q线方程 (7)3.4回流比 (7)3.5 操作线方程 (7)3.6 理论板数的计算 (7)四、塔的结构计算 (9)4.1平均分子量的计算 (9)4.1.1塔顶的平均分子量 (9)4.1.2进料板的平均分子量 (9)4.1.3塔底的平均分子量 (9)4.1.4精馏段、提馏段的平均分子量 (9)4.2平均密度的计算 (10)4.2.1液相平均密度 (10)4.2.2汽相平均密度 (10)4.3塔径的计算 (11)4.3.1精馏段塔径 (11)4.3.2提馏段塔径 (12)4.3.3 全塔塔径 (13)4.4填料层高度计算 (13)4.5塔的总高度计算 (13)五、填料塔的流体力学性能 (13)5.1压降 (13)5.2泛点气速 (13)5.3持液量 (14)5.3.1精馏段 (14)5.3.2提馏段 (14)六、填料塔的附件 (14)6.1 筒体、法兰、封头和裙座 (14)6.2 液体再分布装置选择 (15)6.3 填料支撑装置选择 (15)6.4 除沫器选择 (15)6.5 液体喷淋装置选择 (15)七、辅助设备的选择 (15)7.1塔顶冷凝器的选择 (16)7.2塔底再沸器的选择 (15)7.3预热器 (17)7.4管道设计与选择 (18)7.5 泵 (20)7.5.1 进料泵7.5.2 回流泵 (20)7.5.2 回流泵 (21)八、计算数据汇总表 (21)九、参考文献 (22)前言精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。
甲醇―水填料精馏塔设计示例
甲醇―水填料精馏塔设计示例甲醇―水分离装置的工艺设计摘要甲醇是一种重要的化工原料，其用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。
主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。
甲醇易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其它物质，因此只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。
精馏是应用最广的传质分离操作，板式塔是目前最主要的精馏塔塔型，对它的研究一直长盛不衰。
筛板塔和浮阀塔成功地取代泡罩塔是效益巨大的成果。
板式塔的设计已达到较高水平，设计结果比较可靠。
马伦戈尼效应造成的界面湍动现象和汽液两相间的不同接触工况的研究，使认识得到了深化，对传质效率的研究有所促进。
具有各种特点的新型塔板开发研究不断取得成果。
对于塔板上汽液两相流动和混合状况、雾沫夹带及它们对效率的影响研究不断深入，但离得到一个通用而可靠的效率估算模型尚有较大距离，特别是多元系统的效率。
进一步深入进行塔中汽液两相流动状况的研究，对于预测压降、传质效率和塔板的可操作区域，对于认识至今了解甚少的降液管中状况都十分有意义。
关键词：甲醇；精馏；板式塔- 1 -目录摘要 (1)目录 ........................................................................2 前言 (4)第一章文献综述 .............................................................51.1甲醇 (5)1.1.1甲醇的性质 (5)1.1.2甲醇的用途....................................................... 5 1.1.3甲醇工业......................................................... 5 1.1.4甲醇的下游产品................................................... 6 1.2精馏原理 .............................................................. 7 1.3板式塔 (8)1.3.1 板式塔分类 (8)1.3.2 板式塔的结构 (8)1.3.3 板式塔的特点 (10)1.3.4 板式塔的作用 (10)第二章设计部分 (12)2.1设计任务 .............................................................12 2.2 设计方案的确定.......................................................12 2.3 设计计算 (12)2.3.1 精馏塔的物料衡算 (12)2.3.2 精馏塔塔板数的确定 (13)- 2 -2.3.3 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (14)2.3.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (17)2.3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (18)2.3.6 筛板的流体力学验算 (20)2.3.7 塔板负荷性能图 (23)第三章结论 ............................................................... 27 参考文献 .................................................................... 29 致谢 .. (30)- 3 -前言甲醇是仅次于三烯和三苯的重要基础有机化工原料,尤其近年来在有些以达国家中,甲醇以清洁燃料的身份登上了环境保护的殿堂,更使其身份倍增.因此,发达国家中甲醇产量仅次于乙烯,丙烯,苯,居第四位.。
化工原理课程设计填料精馏塔.doc
填料精馏塔实例甲醇和水目录第1章概述 (1)1.1 与物性有关的因素 (1)1.2 与操作条件有关的因素 (1)1.3 本章小结 (2)第2章流程确定和说明 (3)2.5 加热方式 (4)2.6 加热器 (4)2.7 本章小结 (4)第3章精馏塔的设计计算 (5)3.1 操作条件与基础数据 (5)3.2 精馏塔工艺计算 (7)3.3 精馏塔主要尺寸的设计计算 (12)3.4 填料的选择 (17)3.5 塔径的设计计算 (18)3.6 填料层高度的计算 (19)3.7 本章小结 (20)第4章附属设备及主要附件的选型计算 (21)4.1 冷凝器 (21)4.2 加热器 (21)4.3 塔内管径的计算及选择 (21)4.4 液体分布器 (20)4.5 填料及支撑板的选择 (21)4.6 塔釜设计 (22)4.7 除沫器 (22)4.8 本章小结 (22)结论 (26)在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。
所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。
塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。
以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。
近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。
因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。
在某些场合还代替了传统的板式塔。
如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。
随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。
板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、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。
本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。
塔型的选择因素很多。
主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。
填料精馏塔设计
武夷学院课程设计说明书课程名称：化工原理课程设计题目：28000吨/年甲醇—水填料精馏塔设计学生姓名：王玉惠学号：20094121060系别：环境与建筑工程系专业班级：2009级化学工程与工艺(2)班指导老师：吴方棣2012年5月目录设计任务书...................................................... - 5 - 1 流程的确定和说明............................................. - 6 -1.1 加料方式................................................. - 6 -1.2 进料状况................................................. - 6 -1.3 塔顶冷凝方式............................................. - 6 -1.4 回流方式................................................. - 6 -1.5 加热方式................................................. - 6 -1.6 加热器................................................... - 6 -1.7 本章小结................................................. - 6 -2 生产操作条件的确定和说明..................................... - 8 -2.1 与物性有关的因素......................................... - 8 -2.2 与操作条件有关的因素..................................... - 8 -2.3 本章小结................................................. - 8 -3 精馏塔的设计计算............................................. - 9 -3.1 操作条件与基础数据....................................... - 9 -3.1.1 操作压力............................................ - 9 -3.1.2 气液平衡关系及平衡数据.............................. - 9 -3.1.3 物料平衡计算....................................... - 10 -3.2 精馏塔工艺计算.......................................... - 11 -3.2.1 物料衡算........................................... - 11 -3.2.2 热量衡算........................................... - 12 -3.2.3 理论板数计算 ..................................... - 15 -3.3 精馏塔主要尺寸的设计计算................................ - 16 -3.3.1 塔顶条件下的流量及物性参数......................... - 16 -3.3.2 塔底条件下的流量及物性参数......................... - 17 -3.3.3 进料条件下的流量及物性参数......................... - 18 -3.3.4 精馏段的流量及物性参数............................. - 19 -3.5 塔径的设计计算.......................................... - 21 -3.5.1 精馏段塔径计算..................................... - 22 -3.5.2 提馏段塔径计算..................................... - 22 -3.5.3 液体喷淋密度的验算................................. - 23 -3.6 填料层高度和压降的计算.................................. - 23 -3.6.1填料层高度的计算................................... - 23 -3.6.2 填料层压降的计算................................... - 24 -3.6.3 填料层高度和压降计算汇总如下....................... - 24 -3.7 本章小结................................................ - 24 -4 附属设备及主要附件的选型计算................................ - 26 -4.1 冷凝器.................................................. - 26 -4.2 加热器.................................................. - 26 -4.3 塔管径的计算及选择...................................... - 26 -4.3.1 进料管............................................. - 27 -4.3.2回流管............................................. - 27 -4.3.3 塔顶蒸汽接管....................................... - 27 -4.3.4 塔釜出料接管....................................... - 27 -4.3.5 塔内管径的计算汇总如下............................. - 28 -4.4液体分布器.............................................. - 28 -4.4.1液体分布器的选型................................... - 28 -4.4.2分布点密度计算..................................... - 28 -4.4.3 布液计算........................................... - 28 -4.5 填料及支撑板的选择...................................... - 29 -4.6 塔釜设计................................................ - 29 -4.7 除沫器.................................................. - 29 -4.8 本章小结................................................ - 30 -5 设计结果汇总................................................ - 31 -6 工艺流程图、填料塔主体设备图................................ - 32 -6.2主体设备图见附图........................................ - 32 - 参考文献....................................................... - 33 -设计任务书1 设计题目28000吨/年甲醇—水填料精馏塔设计2 设计任务生产能力（进料量）：年处理甲醇-水混合液28000吨；操作周期：每年280天，每天24小时连续运行；进料组成：甲醇含量为20%（质量百分数）的常温液体；分离要求：塔顶甲醇含量不低于90%，塔底甲醇含量不高于0.1%；3 操作条件操作压力：塔顶为常压；进料热状况：自选；加热方式：自选；填料的选择：250Y金属波纹填料4 设计内容（1）设计方案的选择及流程确定；（2）生产条件确定和说明；（3）塔体工艺尺寸设计；①塔径的确定，②填料层高度的确定，③填料层压降的确定；（4）辅助设备选型与计算；（5）设计结果汇总。
填料塔毕业设计--甲醇回收填料精馏塔设计(含外文翻译)
目录摘要 (Ⅲ)Abstract (Ⅳ)第1章前言 (1)第2章流程确定和说明 (2)2.1加料方式 (2)2.2进料状况 (2)2.3塔顶冷凝方式 (2)2.4回流方式 (2)2.5加热方式 (2)2.6加热器 (3)第3章精馏塔设计计算 (4)3.1操作条件与基础数据 (4)3.2精馏塔工艺计算 (6)3.3精馏塔主要工艺设计 (11)3.4填料的选择 (15)3.5塔径设计计算 (16)3.6填料层高度计算 (17)第4章塔附件的选型与设计 (19)4.1冷凝器 (19)4.2加热器 (19)4.3塔内管径的计算及选择 (19)4.4液体分布器 (20)4.5填料支承板的选择 (21)4.6塔釜设计 (21)4.7裙座设计 (22)4.8吊柱 (22)4.9人孔 (22)4.10法兰 (22)4.11除沫器 (23)第5章塔总体高度设计 (25)5.1塔顶部空间高度 (25)5.2进料部位空间高度 (25)5.3塔立体高度 (25)第6章塔设备的机械设计 (26)6.1设计条件 (26)6.2按压力计算筒体和封头厚度 (26)6.3塔的质量计算 (27)6.4塔的自振周期计算 (28)6.5地震载荷计算 (29)6.6风载荷计算 (30)6.7各种载荷引起的轴向应力 (32)6.8筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 (34)6.9筒体和裙座水压试验应力校核 (35)6.10基础环设计 (37)6.11地脚螺栓计算 (38)6.12开孔补强 (40)参考文献 (42)致谢 (43)附录1 (44)附录2 (47)甲醇回收填料精馏塔设计摘要精馏是借助回流技术来实现高纯度和高回收率的分离操作，在抗生素药物生产中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，然后对甲醇溶媒进行精馏，从而将甲醇进行回收利用。
精馏操作一般在塔设备中进行，塔设备分为两种，板式塔和填料塔。
填料塔结构简单、装置灵活、压降小、持液量少、生产能力大、分离效率高、耐腐蚀，且易于处理易起泡、易热敏、易结垢物系。
填料精馏塔设计方案
l.塔正常操作时，气体穿过塔板上的孔道上升，液体则错流经过板面，越过溢流堰进入降液管到下一层塔板。
在刚开车时，蒸汽则倾向于通过降液管和塔板上蒸汽孔道上升，液体趋向于经塔上孔道泄漏，而不是横流过塔板进入降液管。
只有当汽液两相流率适当在降液管中建立起液封时，才逐渐变成正常流动状况。
基斯特提出了建立起液封的三条准则。
（1）气体通过塔板上孔道的流速需足够大，能阻止液体从孔道中泄漏，使液体横流过塔板，越过溢流堰到达降液管。
（2）气体一开始流经降液管的汽速需足够小，使液体越过溢流堰后能降落并通过降液管。
（3）降液管必须被液体封住，即将液管中液层高必需大于降液管的底隙。
全回流操作全回流操作在精馏塔开车中常被采用，在塔短期停料时，往往也用全回流操作来保持塔的良好操作状况，全回流操作还是脱除塔中水分的一种方法。
全回流开车一般既简单又有效，因为塔不受上游设备操作干扰，有比较充裕的时间对塔的操作进行调整，全回流下塔中容易建立起浓度分布，达到产品组成的规定值，并能节省料液用量和减少不合格产品量。
全回流操作时可应用料液，也可用塔合格的或不合格的产品，这用塔中建立的状况与正常操作时的较接近，一旦正式加料运转，容易调整得到合格产品。
对回流比大的高纯度塔，全回流开车有很大吸引力，文献中建议乙烯精馏塔和丙烯精馏塔采取此开车办法，因为这类塔从开车到操作稳定需较长时间，全回流时塔中状况与操作状况比较接近。
对于回流比小或很易开车的塔，则往往无必要采取全回流开车办法。
全回流操作开车办法对于下属两种情况不大合适，或需采取一些措施：1.物料在较长时期的全回流操作中，特别是在塔釜较高温度区内可能发生不希望的反应，（除非能选出合适的物料在全回流操作中不发生上述反应，否则应辟免在这种场合应用全回流操作。
）2.物料中含有微量危险物质，例如丁二烯精馏塔中的微量乙烯基乙炔，丙烯精馏塔中的微量丙二烯和甲基乙炔。
他们在正常操作中不会引出麻烦，但在长期全回流操作中又遇到塔顶馏出物管线的阀门渗漏时，此时实际上相当于一个间歇精馏，这些有害物质随时间的延长在塔中逐渐达到浓集，从而导致爆炸或其他一些事故。
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4.3 填料精馏塔设计示例4.3.1 化工原理课程设计任务书1 设计题目分离甲醇-水混合液的填料精馏塔2 设计数据及条件生产能力：年处理甲醇-水混合液0.30万吨（年开工300天）原料：甲醇含量为70%（质量百分比，下同）的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于98%，塔底甲醇含量不高于2%建厂地址：沈阳3 设计要求（1）编制一份精馏塔设计说明书，主要内容：①前言；②流程确定和说明；③生产条件确定和说明；④精馏塔的设计计算；⑤主要附属设备及附件的选型计算；⑥设计结果列表；⑦设计结果的自我总结评价与说明；⑧注明参考和使用的设计资料。
（2）编制一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点的工艺流程图。
4.3.2 前言在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。
所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。
塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。
以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。
近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。
因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。
在某些场合还代替了传统的板式塔。
如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。
随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。
板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、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。
本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。
塔型的选择因素很多。
主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。
1 与物性有关的因素①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。
因为填料不易形成泡沫。
本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。
②对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。
2 与操作条件有关的因素①传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。
因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。
②难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。
③若塔的高度有限制，在某些情况下，选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。
④要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，宜用规整填料。
4.3.3 流程确定和说明1 加料方式加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。
采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。
通过重力加料，可以节省一笔动力费用。
但由于多了高位槽，建设费用增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。
本次实验采用高位槽进料。
2 进料状况进料状况一般有冷液进料、泡点进料。
对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加热费用。
但冷液进料受环境影响较大，对于沈阳地区来说，存在较大温差，且增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。
采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。
综合考虑，设计采用泡点进料。
泡点进料时，基于恒摩尔流假定精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。
3 塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。
甲醇和水不反应。
且容易冷凝，故使用全凝器。
塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却。
此次分离也是想得到液体甲醇，选用全凝器符合要求。
4 回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。
对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。
其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。
如果需要较高的塔处理量或塔板数较多时，回流冷凝器不适合于塔顶安装。
且塔顶冷凝器不易安装、检修和清理。
在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝冷却器以冷回流流入塔中。
由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。
5 加热方式加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。
直接蒸汽加热是用蒸汽直接由塔底进入塔内。
由于重组分是水，故省略加热装置。
但在一定的回流比条件下塔底蒸汽对回流液有稀释作用，但理论塔板数增加，费用增加。
间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。
上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论板数，缺点是增加加热装置。
本次实验采用间接蒸汽加热。
6 加热器采用U型管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。
因为塔小，可将加热器放在塔内，即再沸器，这样釜液部分汽化，维持了原有浓度，减少了理论板数。
生产条件确定和说明（略）4.3.4 精馏塔设计计算1 操作条件与基础数据(1) 操作压力精馏操作按操作压力分为常压、加压和减压操作。
精馏操作中压力影响非常大。
当压力增大时，混合液的相对挥发度将减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增大，对分离有利。
但当压力不太低时，对设备的要求较高，设备费用增加。
因此在设计时一般采用常压蒸馏。
当常压下无法完成操作时，则采用加压或减压蒸馏。
对于甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。
(2) 气液平衡关系及平衡数据表1 甲醇-水平衡时的t、x、y数据（摘于化工工艺手册）100 92.9 90.3 88.9 85.0 81.6 78.0平衡温度t液相甲醇x0 5.31 7.67 9.26 13.15 20.83 28.18气相甲醇y0 28.34 40.01 43.53 54.55 62.73 67.75平衡温度t73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9 64.7液相甲醇x46.20 52.92 59.37 68.49 85.62 87.41 100气相甲醇y77.56 79.71 81.83 84.92 89.62 91.94 100根据以上数据绘出x-y平衡图（略）(3) 物料平衡计算①物料衡算已知：摩尔分率：进料平均相对分子质量②根据气液平衡表（x-y-t表）利用内插法求塔顶温度t LD，t VD，塔釜温度t W，进料温度t Fa.塔顶温度t LD，t VDb.塔釜温度t Wc.进料温度t F③回流比确定由表1的数据绘制x-y图（略）由图（图略）可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比R min由点a(x D, x D)向平衡线作切线，交轴于b(0,31.8)，即精馏段操作线截距，所以。
操作回流比可取为最小回流比的1.1~2.0倍，所以取所以回流比确定为④相对挥发度t= 92.9℃时，t= 66.9℃时，2 精馏塔工艺计算(1) 物料衡算①物流示意图（略）②物料衡算a.已知：，年开工300天，进料摩尔流量：总物料F = D + W易挥发组分F x F= D x D+ W x W解得：D = 9.334kmol/hW = 6.656kmol/hb.塔顶产品的平均相对分子质量塔顶产品流量：c.塔釜产品的平均相对分子质量塔釜产品流量：②物料衡算结果表表2单位进料F塔顶D塔釜W物料kg/h 415.477 294.481 120.996 kmol/h 15.99 9.334 6.656组成质量分率70% 98% 2% 摩尔分率56.8% 96.5% 1.13%(2) 热量衡算①热流示意图（略）②热量衡算a.加热介质和冷却剂的选择(a) 加热介质的选择常用的加热介质有饱和水蒸气和烟道气。
饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂。
由于饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。
燃料燃烧所排放的烟道气温度可达100~1000℃，适用于高温加热。
缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。
本设计选用300kPa（温度为133.3℃）的饱和水蒸气作加热介质，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。
(b)冷却剂的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。
受当地气温限制，冷却水一般为10~25℃。
如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。
本设计建厂地区为沈阳。
沈阳市夏季最热月份日平均气温为24℃。
故选用24℃的冷却水，选升温10℃，即冷却水的出口温度为34℃。
b.冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷其中—塔顶上升蒸汽的焓；—塔顶馏出液的焓。
其中—甲醇的蒸发潜热；—水的蒸发潜热。
蒸发潜热与温度的关系[3]：其中—对比温度。
表3 沸点下蒸发潜热列表沸点/℃蒸发潜热/（kcal·kmol-1）/K 甲醇64.65 8430 512.6水100 9729 647.3 由沃森公式计算塔顶温度下的潜热65.66℃时，对甲醇：蒸发潜热对水，同理得：，蒸发潜热对全凝器作热量衡算（忽略热量损失）选择泡点回流，因为塔顶甲醇含量很高，与露点相接近，所以代入数据得：c.冷却介质消耗量d.加热器的热负荷及全塔热量衡算选用300kPa（温度为133.3℃）的饱和水蒸气为加热介质列表计算甲醇、水在不同温度下混合的比热容[单位：kcal/(kg·℃)]表4甲醇水甲醇：水：根据表2 ，对全塔进行热量衡算：为了简化计算，以进料焓，即78.43℃时的焓值为基准做热量衡算塔釜热损失为10%，则，则式中—加热器理想热负荷；—加热器实际热负荷；—塔顶馏出液带出热量；—塔底带出热量。
加热蒸汽消耗量（333K，300kPa）表5热量衡算数据结果列表符号数值3.20×105 3.20×105-1419.40 3212.08 3.61×105699.32 kcal/h kg/h kcal/h kcal/h kcal/h kg/h(3) 理论板数计算由于本次设计的相对挥发度是变化的，所以不能用简捷法求得，应用图解法。
精馏段操作线方程为截距连接，与q线交于d点，连接与d点，得提馏段操作线。
然后，由平衡线与操作线可得到精馏塔理论板数为10块，提馏段3块，精馏段7块。
3 精馏塔主要尺寸的设计计算精馏塔设计的主要依据和条件表6 不同温度下甲醇和水的密度物质密度kg/m3温度/℃ 5060 70 80 90 100甲醇750 741 731 721 713 704 水988 983 978 972 965 958表7 查图整理得甲醇-水特殊点粘度物质粘度mPa·s塔顶65.31℃ 塔底98.52℃ 进料71.86℃甲醇0.332 0.225 0.295水0.455 0.256 0.410(1) 塔顶条件下的流量及物性参数，，气相平均相对分子质量液相平均相对分子质量气相密度液相密度℃查表7，内插法所以液相粘度查表7得：，塔顶出料口质量流量表8 塔中顶部数据结果表符号数值31.55 31.55 1.135 739.38 0.336 294.488 9.334 (2) 塔底条件下的流量物性参数，，①液相相对分子质量：由于很小，所以液相可视为纯水②气相密度：③液相密度：视同纯水，查表6，④液相粘度查表7得：，⑤塔底流量表9 塔底数据结果表符号数18 18 0.591 958 0.256 119.81 6.656值（3）进料条件下的流量及物性参数，，，查表1得：56.8 59.3752.9279.71 y81.83①气相平均相对分子质量：②液相平均相对分子质量③气相密度④液相密度由表6数据，同上用内插法，求出所以⑤液相粘度查表7得：，⑥进料流量表10进料数据结果表符号数值29.37 25.98 1.04 789.204 0.348 416.67 15.99 （4）精馏段的流量及物性参数①气相平均相对分子质量：②液相平均相对分子质量：③气相密度：④液相密度：⑤液相粘度：⑥气相流量：⑦液相流量：(5) 提馏段流量及物性参数①气相平均相对分子质量：②液相平均相对分子质量：③气相密度：④液相密度：⑤液相粘度：⑥气相流量：⑦液相流量：表11 精馏段、提馏段数据结果表精馏段提馏段30.68 23.9气相平均相对分子质量/（kg·kmol-1）28.79 21.99液相平均相对分子质量/（kg·kmol-1）气相密度/（kg·m-3） 1.093 0.82液相密度/（kg·m-3）764.29 873.60气相摩尔流量/（kmol·h-1）37.80 37.80气相质量流量/（kg·h-1）1151.39 895.48液相粘度/（mPa·s）0.341 0.30液相摩尔流量/（kmol·h-1）28.47 44.46液相质量流量/（kg·h-1）819.80 977.674 填料的选择填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相相接触传质与传热的表面，与塔内件一起决定了填料塔的性质。