填料式精馏塔设计
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。
针对填料塔精馏塔设计选型
针对填料塔精馏塔（不包括吸收塔和萃取塔），从工艺设计选型上主要包括以下几方面：1.首先考虑采用规整填料还是散堆填料一般来说，对于负压、常压系统优先考虑规整填料，加压系统下规整填料的效率很低（原因据说不明），得考虑使用散堆填料或者板式塔。
对于喷淋密度超过50m3/m2.h的体系，采用规整填料不太合适，效率下降很多对于不清洁的物料体系（或易结焦的），采用散堆填料较好，也可以考虑采用规整填料中的栅格型，不宜采用波纹板、丝网等，简单的说需要考虑填料的抗堵性能2、填料床层高度的影响填料床层过高会导致液体不良分布的加剧，影响填料效率，sulzer公司推荐15-20块理论塔板设置一个液体再分布器，也有人推荐：床层最高不超过6-7m、或不超过10-15块理论塔板、或床层高度小于6-8倍塔径，从3者中选择最低的作为基准。
3、喷淋点密度的影响对于散堆填料，填料直径越小一般要求喷淋点密度越高，一般不超过100个/m2对于规整填料、比表面积越大要求喷淋点密度越高，sulzer公司推荐为100-300g 个/m2以上4、最低喷淋密度的影响一般来说，不同材质的填料对最低喷淋密度的要求不一样，未上秞的陶瓷、氧化的碳钢、铜等材料对液体的亲和性较好、需要的最低喷淋密度可达到1m3/m2.h以下，而玻璃、陶瓷、不锈钢等居中，约为2-3m3/m2.h，塑料、四氟乙烯等最差，为4-5 m3/m2.h。
不同的液体对填料的浸润性也需要考虑，一般来说粘度大、表面张力大的液体需要的最小喷淋密度较大，比如甘油、水等，而正烷烃之类需要的最小喷淋密度则较低。
5、液体分布器的设计对于散堆填料，分布器的设计较为简单，影响相对较小对于规整填料，分布器的设计极为重要，由于国外各原创填料厂家均把分布器的设计参数进行保密，国内的研究起步晚、相对较少，个人认为目前国内分布器的设计水平较国外先进技术落后20-30年。
分布器首先要考虑足够的气相通道、足够的喷淋点密度，喷淋点分布要尽可能均匀，为保持稳定流量，分布器要有一定的液位高度，一般认为正常操作条件下最少为3英寸高（最低操作弹性时不低于20-30mm）同时要考虑防止堵塞，对于孔流型，进料清洁度一般，通常要求孔径为5-8mm，对于进塔物料比较清洁，进塔前有可靠过滤装置的孔径可以设计为2mm左右，由于一般要求最大流量/最小孔流量≤1.5（也有建议为1.25），故孔径越小对加工精度要求越高；对于堰流型，尤其是V型堰流，对加工精度要求很高（个人认为国内生产厂家很难做好，尤其是一些非正规企业，不知道天津大学做得怎样），设计、计算也较为复杂。
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。
甲醇与水填料精馏塔的设计任务书
食品工程原理课程设计说明书甲醇、水填料精f留塔的设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计任务书 (3)二、设计方案简介 (3)三、工艺计算 (5)1.基础物性数据 (5)(1)液相物性的数据 (5)(2)气相物性数据 (5)(3)......................................................................................................................... 气液相平衡数据.. (5)(4)......................................................................................................................... 物料衡算62.填料塔的工艺尺寸的计算 (7)(1)塔径的计算 (7)(2)填料层高度计算 (9)(3)填料塔附属高度及总高计算 (11)(4)填料层压降计算 (11)(5)液体分布器简要设计 (12)(6)吸收塔接管尺寸计算 (13)四、设计一览表 (13)五、主要符号说明 (14)六、参考文献 (15)七、附图 ..............................................................食品工程原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔第一章流程的确定和说明一、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，建设费用相应增加，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；如采用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。
甲醇-水填料精馏塔的课程设计
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，此设计采用泡点进料、塔底再沸器和塔顶回流的方式，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，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。
对塔内管径、液体分布器、筒体壁厚进行了选型计算，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；流量；回流比；理论板数；工艺尺寸第一章：设计任务书 (1)一、设计题目 (1)二、操作条件 (1)三、填料类型 (1)四、设计内容 (2)第二章：工艺设计计算 (2)一、设计方案的确定 (2)二、精馏塔的物料衡算 (3)三、理论塔板数的确定 (3)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 (10)六、填料层压降的计算 (13)七、筒体壁厚的计算 (14)八、管径的计算 (14)九、液体分布器简要设计 (16)第三章：结论 (18)一、设计感想 (18)二、全章主要主要符号说明 (19)三、参考资料： (20)第一章：设计任务书一、设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，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，以对废甲醇溶媒进行精馏得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶媒。
设计要求废甲醇溶媒的处理量为4t/h,塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
填料精馏塔实验报告
填料精馏塔实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过填料精馏塔实验，掌握填料精馏塔的操作原理和工艺流程，了解填料精馏塔的结构特点及其在化工生产中的应用。
二、实验原理。
填料精馏塔是一种常用的分离设备，其原理是利用不同组分在填料层间的物理和化学性质差异，通过蒸馏作用实现组分的分离。
填料精馏塔内部填充有各种填料，如环形填料、球形填料等，填料的选择和布置对分离效果有重要影响。
三、实验步骤。
1. 将试验装置连接好，确保密封性良好。
2. 开启加热设备，加热填料精馏塔至设定温度。
3. 逐步加入混合物，开始蒸馏过程。
4. 收集不同组分的馏分，并进行分析测试。
四、实验数据。
根据实验结果，我们得到了不同组分在填料精馏塔中的分离效果。
通过对馏分的分析测试，我们可以得到各组分的纯度和收率，从而评估填料精馏塔的分离效果和操作性能。
五、实验结果分析。
根据实验数据分析，我们可以得出填料精馏塔在不同操作条件下的分离效果。
通过对比不同填料、不同操作参数下的实验结果，我们可以得出优化填料精馏塔操作的建议，提高其分离效率和工艺经济性。
六、实验结论。
填料精馏塔是一种常用的分离设备，通过本次实验，我们深入了解了其操作原理和工艺流程，掌握了填料精馏塔的操作技术。
实验结果表明，填料精馏塔具有较好的分离效果和操作性能，适用于化工生产中的分离提纯过程。
七、实验总结。
通过本次实验，我们对填料精馏塔有了更深入的认识，掌握了其操作技术和工艺要点。
填料精馏塔在化工生产中具有重要的应用价值，对于提高产品质量、降低能耗和减少环境污染具有重要意义。
八、参考文献。
1. 《化工设备与工艺》。
2. 《填料塔操作手册》。
以上就是本次填料精馏塔实验的实验报告，希望对大家有所帮助。
乙醇—水分离填料精馏塔设计化工原理
乙醇—水分离填料精馏塔设计化工原理一、概述乙醇是一种常用的化学品，在医药、饮料、化妆品、涂料等一些行业中使用广泛。
乙醇的提取离不开精馏技术。
乙醇水分离是精馏技术的一个重要应用，通过此技术可以将乙醇纯化至一定程度。
本文将介绍乙醇水分离填料精馏塔设计的化工原理。
二、填料式精馏塔填料式精馏塔是一种常见的精馏设备，其结构分为下部塔体和上部塔盘两部分。
下部为填料区，上部为塔盘区。
塔体内有一条液体落下的路径，此路径称为液泛点，其上方为气体区，其下方为液体区。
填料式精馏塔的原理是将混合气体向塔体内注入后，在塔体内气体经过填料层的阻力，液体则被填料阻挡而滴落，最终通过不断的滴落和蒸发，将混合气体分离。
填料式精馏塔的优点是结构简单、操作稳定、设备可靠。
填料式精馏塔可使用各种填料进行分离，如摇摆填料、不锈钢钎子填料等。
三、乙醇水分离填料精馏塔设计化工原理1、热力学气液平衡理论热力学气液平衡理论是乙醇水分离填料精馏塔设计的化工原理之一。
其原理是在乙醇水分离过程中，乙醇和水两种有机物会在填料表面存在液膜。
通过液膜上蒸汽向下散发的热量和乙醇水液膜的蒸汽压力，即可计算出精馏过程中乙醇和水的浓度。
此理论需要考虑到物质的热力学性质，如液体表面张力、蒸汽压和相对挥发度等。
2、填料形式及选择填料的选择直接影响到乙醇水分离填料精馏塔的分离效果。
不同填料的阻力以及表面特性均会影响到精馏过程中乙醇和水的分离效率。
一般来说，近年来较常用的塔径为50mm以下的小型填料梯级精馏塔。
常用的填料材料有不锈钢、塑料、陶瓷等，塑料填料和陶瓷填料具有较好的耐腐蚀性和化学稳定性，因此更加符合精馏塔的应用要求。
3、塔内气体流动的控制和分析塔内气体流动的控制和分析也是乙醇水分离填料精馏塔设计的重要化工原理之一。
塔内气体的流动决定了填料层的液泛点以及塔体中的液体液滴形成情况。
过高的气速会导致填料层的阻力过大，增加塔体中气液分离的困难度；过低的气速则会导致塔体中的气液分离效果不够理想，从而影响到分离效率。
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。
填料式精馏塔完稿
y
1.0
乙 醇—水
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
x
图 2 常压下乙醇—水 x-y 图
2．操作因素对塔性能的影响 对精馏塔而言，所谓操作因素主要是指如何正确选择回流比、塔内蒸气速度、进料热状况等。 （1）回流比的影响 对于一个给定的塔，回流比的改变将会影响产品的浓度、产量、塔效率和加热蒸气消耗量等。 适宜的回流比 R 应该在小于全回流而大于最小回流比的范围内，通过经济衡算且满足产品质 量要求来决定。 （2）塔内蒸气速度
得 w =13.20% 换算为 x =5.61%
3.计算理论板数和等板高度 HETP
(
Nmin=㏒[
X X
A B
)D (
XB XA
)W
]/㏒ m
-1=6.8-1=6（块）
HETP=3400/6=567mm=0.567m
3 45.840 47.396
3 46.711 47.613
六、 结果与讨论
塔内蒸气速度通常用空塔速度来表示。
u Vs 1 d 2 4
式中：u——空塔速度，m/s；
Vs——上升的蒸气体积流量，m3／s。
对于精馏段
V=（R＋l）D
（1） （2）
VS
22.4(R 1)D 3600
P0 T PT0
（3）
对于提馏段
V‘= V＋（q－1）F
（4）
式中：V‘——提馏段上升蒸气量，kmol／s。
得 w =42.43% 换算为 x =22.38%
塔底 m = G1 - G2 =24,801g = m /0.025=992 [kg/m3]
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
填料精馏塔工艺流程图
填料精馏塔工艺流程图填料精馏塔是一种常用的化工分离设备，其工艺流程如下：1. 原料进料：将原料液体通过进料管道引入填料精馏塔的顶部，经过一系列预处理如过滤、加热等，确保进入塔内的原料液体具有合适的温度和质量。
2. 进料均匀分布：原料液体经过分配器，均匀地分布在填料层上。
这样可以增加原料与填料的接触面积，提高分离效果。
3. 蒸汽加热：在填料精馏塔的底部通入蒸汽，通过加热使塔内液体蒸发。
蒸汽在填料层中上升，与液体发生传质和传热作用，使得液体组分得到分离。
4. 沸点逐渐升高：随着蒸汽的加热，填料层中液体的沸点逐渐升高。
不同组分的沸点是不同的，利用这一原理可以实现组分的分离。
5. 顶部产品收集：随着蒸汽的上升，最易挥发的组分先达到塔顶，通过顶部的冷凝器冷却，变成液体，然后通过顶部的收集器收集。
6. 底部产物收集：随着液体沸点的升高，不能挥发的组分逐渐降到塔底，通过底部的收集器收集。
7. 净化操作：由于填料精馏塔中不同组分的沸点存在交叠，所以在得到粗品后，还需要进行多次洗涤、萃取等净化操作，以获得纯净的产品。
8. 回流操作：从底部收集到的液体可能仍然含有一定量的挥发性组分，为了提高设备的利用率，可以将部分液体回流到精馏塔的顶部，进行二次分离。
9. 控制操作：填料精馏塔的操作过程需要严格控制，通过调节塔底的蒸汽流量、进料流量、回流比等参数，来控制产品的质量和产量。
10. 废水处理：由于填料精馏塔中可能产生废水，其中可能含有有机物等污染物，所以需要进行废水处理，以达到环境保护的要求。
总之，填料精馏塔工艺流程是一个复杂的化工过程，需要合理的控制参数和操作条件，以实现对不同组分的分离和纯化。
这种工艺流程广泛应用于石油、化工、制药等领域，并在提高产品质量和降低能源消耗方面发挥着重要的作用。
×万吨常压甲醇-水分离过程填料精馏塔设计
×万吨常压甲醇-水分离过程填料精馏塔设计
常压甲醇-水分离过程是一个常见的化工操作，常用的填料精馏塔设计包括以下几个步骤：
1. 确定塔顶和塔底的操作压力：常压甲醇-水分离过程通常在常压下进行，所以塔顶和塔底的操作压力应为大气压。
2. 确定分离温度：根据甲醇与水的汽液平衡曲线，确定塔顶温度和塔底温度。
常用的方法有测定液相和气相的组分，然后利用物质平衡计算。
3. 选择填料类型：填料的选择应综合考虑传质性能、强化效果、耐腐蚀性能和价格等因素。
常见的填料类型有网状填料和环状填料等。
4. 确定填料层数和填料高度：填料层数和填料高度会影响到分离效果和塔内压降。
一般来说，填料层数越多，分离效果越好，但塔内压降也会增大。
填料高度的选择应根据实际情况和经验来确定。
5. 确定进料位置和分出料位置：进料位置应尽量靠近塔顶，而分出料位置应尽量靠近塔底，以便于实现更好的分离效果。
以上是常压甲醇-水分离过程填料精馏塔设计的一般步骤。
具体的设计参数需要根据实际情况来确定，建议在设计过程中咨询专业的化工工程师。
化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计
化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计填料精馏塔工艺设计是在化工工艺设计中非常关键的一部分，其确定直接影响到塔内物料在萃取、分离和精馏过程中的传质和传热情况。
本章将介绍填料精馏塔的工艺设计包括填料的选择、填料层间距的确定、塔径的确定以及相应的传质和传热设计等方面。
一、填料选择：在填料精馏塔的工艺设计中，填料的选择是一个重要的环节。
填料既要具有较大的总表面积，也要具备良好的液体和气体分布性能，以及足够的物理和化学稳定性。
常见的填料有环形、球型、骨架型等多种形式。
选择填料时需要综合考虑填料的本构特性、传质性能和传热性能。
二、填料层间距的确定：填料层间距的确定也是填料精馏塔工艺设计的重要内容。
填料层间距的大小影响到塔内物料在填料层之间的分布和流动情况，对传质和传热性能有重要影响。
填料层间距过小会导致液体经过填料层时阻力增大，增加能耗；填料层间距过大则会导致塔内液体在水平方向的混合程度不高，使得传质效果降低。
具体的填料层间距一般可以通过试验和经验确定。
三、塔径的确定：填料精馏塔的塔径本质上是一个经济性和操作性之间的折衷选择。
过大的塔径会增加建设和设备成本，过小的塔径则会降低传质效率。
一般来说，在保证传质效果的条件下，应尽可能选取经济合理的塔径。
塔径的确定依据一般是塔底径和塔顶径之间的液下压降和气上压降限制。
四、传质和传热设计：填料精馏塔的传质和传热设计是塔的工艺设计中的重要环节。
传质的设计主要考虑两相物料之间的传质速率，需要根据具体的传质模型和工艺要求进行计算。
传热的设计主要包括液相传热和气相传热两部分。
液相传热一般由填料和壁面之间的传热和填料层内部的传热组成，需要根据传热模型和壁面温度进行计算。
气相传热一般由塔顶和塔底的传热和填料层内部的传热组成，需要根据传热模型和塔顶温度进行计算。
在填料精馏塔的工艺设计中，还需要综合考虑流态分布、杂质分布、载液比、精馏塔和冷凝器之间的热负荷等。
通过合理的填料选择、填料层间距的确定、塔径的确定以及传质和传热的设计，可以实现填料精馏塔的高效运行，提高产品质量和产量。
填料精馏塔设计说明书
填料精馏塔优化设计说明书设计说明书要独立撰写，严格杜绝抄袭；说明书的撰写格式请参照学术论文格式（可参阅各类学术期刊，如福州大学学报）；设计说明书一律采用A4复印纸，不得采用其他类型纸张；说明书撰写字迹要工整，纸面整洁不随意涂改。
设计完成后，必须将设计说明书、图纸、任务书一起装入资料袋，填写好资料袋封面上交。
设计说明书中的主要内容包括如下：目录1 前言（对设计要求、任务的工业背景、国内外研究现状等的介绍）2 方案论证2.1 精馏塔类型2.2 精馏压力2.3 进料方式（进料状态）2.4 填料类型（散装、规整；类型）2.5 加热方式（间接蒸汽加热、直接蒸汽加热）……3 工艺计算3.1 塔径的计算3.2 塔板数的计算……4 填料塔水力学性能校核4.1 泛点率……4.4 填料塔压降5 附属设备的设计与选型5.1 塔顶冷凝器5.2 冷却水输送泵5.3 接管5.4 填料支承结构5.5 填料压紧装置5.6 液体分布装置5.7 液体收集再分布装置5.8 气体分布装置6 设计结果汇总（以三线表分类汇总）12表1 工艺参数表参数数值单位参数数值单位处理量 100 Kmol/h 进料浓度0.2 摩尔分率表2 填料精馏塔参数 参数参数值单位塔材料 碳钢 -塔材料密度 7800 kg/m 3 塔壁厚度 5 mm 塔径 0.8 m 塔高 m 填料类型 填料比表面 …… 填料层高度 精馏段填料层高 精馏段填料层分层数 2 - 精馏段填料层第一层高度 精馏段填料层第二层高度 ……提馏段填料层高 …… 填料压降……表5 接管表接管 物流型号流量 m 3/h 流速 m/s 适宜流速范围进料管20%wt 甲醇—水溶液 1200 1.2 0.5~3 塔顶液相回流管4108⨯φ塔顶蒸汽管 99%甲醇蒸汽 塔顶产品管 冷却水输送管 冷却水 塔底残液管 塔底蒸汽管参考文献[1] 张瑞生，沈才大.化工系统工程基础.上海：华东化工学院出版社，1991[2] 天津大学化工原理教研室.化工原理（下册）.天津：天津科学技术出版社，1990[3] 柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，1994[4] 华南工学院化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南工学院出版社，1987……附录一苯—甲苯汽液平衡数据附录二……3。
高效规整填料塔的设计及精馏节能技术
02
03
自适应控制
智能控制
根据精馏过程的实时数据，自动 调整控制参数，使系统始终处于 最佳运行状态。
结合人工智能和机器学习技术， 实现精馏过程的智能控制和优化。
案例分析：成功降低能耗
1 2
案例一
某化工厂通过采用热能回收技术和优化操作条件， 成功将精馏过程的能耗降低了20%。
案例二
某石化企业采用新型填料和塔内件对精馏塔进行 改造，传质效率提高了30%，能耗降低了15%。
02 高效规整填料技术
规整填料概念及优势
规整填料定义
规整填料是一种在塔内按一定几何构形均匀排列，整齐堆砌的填料，具有特定的 几何形状和尺寸。
规整填料优势
相较于散装填料，规整填料具有更高的传质效率和更低的压降，能够提供更好的 流体分布和更大的比表面积。
高效规整填料种类介绍
金属规整填料
陶瓷规整填料
维护保养周期及内容
制定合理的维护保养计划， 定期对填料塔进行全面检 查和维护保养。
检查并更换损坏的液体分 布器、气体分布器和密封 件等易损件。
清洗填料表面的污垢和沉 积物，保持填料的清洁和 良好的传质性能。
对设备的腐蚀情况进行检 查，并采取必要的防腐措 施。
故障诊断与排除方法
01 02 03 04
热能回收
通过热交换器回收塔顶和塔底的余热，用于预热原料 或产生蒸汽，从而减少热能消耗。
优化操作条件
通过调整操作参数，如温度、压力、回流比等，使精 馏过程在最佳状态下运行，降低能耗。
新型填料与塔内件
采用高效规整填料和新型塔内件，提高传质效率，降 低能耗。
先进控制策略在精馏中应用
01
模型预测控制
通过建立精馏过程的数学模型， 预测未来状态并优化控制策略， 实现节能降耗。
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（14）
4、 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）
（5）
2.全塔物料衡
算…………………………………………………（5）
3.采用图解法，求解RMin，R
……………………………………(5）
4.填料塔压力降的计
算…………………………………………(6）
5.D、Z、计算…………………………………………………
（7）
6.计算结果列表 ………………………………………………
查得103℃下，甲醇密度 水
由 得：
＝956.080kg/m3 进料板 ＝915.988kg/m3
故提馏段平均液相密度
5.2.5提馏段汽相平均密度
5.2.6提馏段平均液相粘度’
查《化学工程手册》第一篇 ： 塔底 103℃
甲醇
A 555.30
水
658.25
＝0.2663cp 进料板： ℃时
=0.3182cp 则提馏段平均液相粘度 塔板效率 ET=0.17-0.616lg=0.487 N=NT/ET=22.6 实际塔板数应取23块。
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
1、
前言
…………………………………………………………(3)
2、
设计条
件………………………………………………………(4)
3、 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………………
8、
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。
B 260.64 283.16
5.2.7液相负荷计算 5.2.8汽相负荷计算
＝ 5.3塔径计算(采用埃克特通用关联图计算)
横坐标 查《化工传质与分离过程》 图4－33可得 纵坐标
1.022 继续采用散装金属拉西环DN25填料
得uF＝3.698m/s 取安全系数0.7， 圆整塔径 取 D=0.400m
3927.9Pa
误差分析 1.56%
辅机（辅助设备）的选型计算
7.1原料储槽的选型计算
原料液的存储量是要保证生产能正常进行，主要根据原料生产情况 及供应周期而定的。
根据经验，取储槽中的原料液温度为t=25℃，此时进料液中各物料 的物性是：
甲醇：
质量浓度
水：
质量浓度
∴ 进料液体积流量
在工业中为了安全起见，储槽一般要留出一定空间。取储槽安全系
0.116532.04+(1-0.1165)18.02=19.61kg/kmol
提馏段平均分子量：
kg/kmol
=21.19kg/kmol
5.2.3操作压力’
塔釜压力＝112703Pa，则进料板压强 ＝112370Pa
＝＝111769.5Pa
5.2.4提馏段平均液相密度
塔釜 由图一得 ＝0.001127
塔顶的压力：109.5 kPa 塔釜的压力：（ =103℃）
∴ =
所以精馏塔的压力降为： =
5. D、Z、计算 5.1精馏段 5.1.1平均温度
料液泡点进料，取℃,假设℃，则精馏段平均温度 ℃ 5.1.2平均分子量 塔顶： ，由图可知0.975
0.982532.04+（1-0.99825）18.02＝31.76kg/kmol 0.97532.04+(1-0.975)18.02=31.65 kg/kmol 进料板： ， 由图可知 0.75932.04＋（1-0.759）18.02＝28.63kg/kmol 0.457732.04+(1-0.4577)18.02=24.41kg/kmol 精馏段平均分子量： 28.03kg/kmol
醇
醇
摩尔分数 摩尔分数
温度 t/℃
xA
yA
液相中甲 醇 摩尔分数
xA
汽相中甲 醇 摩尔分数
yA
100
0.0
96.4
0.02
93.5
0.04
91.2
0.06
89.3
0.08
87.7
0.10
84.4
0.15
81.7
0.20
78.0
0.30
0.0 0.134 0.234 0.304 0.365 0.418 0.517 0.579 0.665
热器两端冷、热流体温差，使投资和操作费用之和最小。
槽的设计依据是中间槽装液60％～80％能保持至少1～2个小时的流量，
该设计任务中，槽装液70％，即取安全系数为0.7，保持流量2小时。
取储槽中的料液温度为t=40℃，此时进料液中各物料的物性是：
甲醇：
质量浓度
水：
质量浓度
∴ 进料液体积流量为：
选用卧式无折边球形封头容器系列，标准号JB1427-74，选公称容 积，图号为：R22-0.7-21。 7.3塔底冷凝液储槽
主机（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：
求得各个物料的摩尔分率如下：
物料 摩尔分率
塔顶 0.9825
进料 0.4577
塔釜 0.005650
F= 则有：
解得 W=1696.1 D=1640.9 3.采用图解法，求解RMin，R
甲醇－水溶液的平衡数据及部分数据。
温度 t/℃
液相中甲 汽相中甲
12.温度计选取
……………………………………………… （22）
13.压力计选取
……………………………………………… （22）
5、
设备一览表
…………………………………………………（23）
6、
选用符号说明
………………………………………………（24）
7、
参考文献
……………………………………………………（25）
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。也是符合实际生产需要的。
设计条件
生产能力：年产600吨甲醇-水溶液（年开工300天） 原料：轻组分为0.6（摩尔分率，下同）的甲醇-水混合溶液 分离要求：塔顶轻组分含量不低于99%，塔釜轻组分含量不高于 1% 建厂地区：南京
6.1.物料衡算 进料口F
进料量 （mol/s）
29.45
浓度（摩尔分 率）
0.1165
压力（Pa）
111169
温度（℃）
85
塔顶D 3.494
0.9736
109500 67
塔釜W 25.956
0.001127
112370 103
6.2.填料塔参数 塔径DN
0.40m
填料层高度 填料层压降 H
7.7m
5.4.塔高的计算 等板高度法，取HETP＝0.5m
5.4.1精馏段 取安全系数为1.4
5.4.2提馏段 取安全系数为1.4
Z=Z1+Z2＝3.5+4.2＝7.7m 5.5压降的计算 5.5.1精馏段
查埃克特通用关联图得： 5.5.2提馏段
查埃克特通用关联图得： 检验：
<0.05
所以假设成立，D＝ 6.计算结果列表
热系数K值相同的条件下，采用逆流操作效果较好。若换热介质流量一
定时，可以节省传热面积，减少设备费；若传热面积一定时，可减少换
热介质的流量，降低操作费。因而，工业上多采用逆流操作。
同时，若换热器两端冷、热流体的温差大，可使换热器的传热面积
小，节省设备投资。但要使冷、热流体温差大，冷却剂用量就要大，增
加了操作费用，故温差的取值应考虑其经济合理性，即要选择适宜的换
75.3
0.40
73.1
0.50
71.2
0.60
69.3
0.70
67.6
0.80
66.0
0.90
65.0
0.95
64.5
1.0
0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.979 1.0
由平衡数据在坐标纸上描点，画出甲醇－水溶液的x-y图
（下
图）。
由图读知N=7 ，从塔顶算起第4块塔板为进料板，塔的理论塔
℃ 5.2.2平均分子量
塔底 由图可，0.0023 0.002332.04+（1-0.0023）18.02＝18.05kg/kmol 0.00112732.04+(1-0.001127)18.02=18.04kg/kmol