化工原理课程设计施

化工原理课程设计乙醇-水填料式精馏塔设计学生姓名徐程

学院名称化学化工学院

学号8

班级13级2班

专业名称应用化学

指导教师王菊

2016年5月20日

摘要

填料式精馏塔是化工生产的重要化工设备。精馏塔不仅对产品本身，而且还对产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。因此，掌握精馏塔的基本设计对化工专业学生十分重要的。本课程设计是关于乙醇-水的填料式精馏塔的设计，通过对填料式精馏塔的设计，熟练掌握以及运用所学知识并投入到实际生产当中去。

关键词乙醇；水；填料式精馏塔；化工生产；

第一部分概述

概述

乙醇可用来制取、乙醚、、等化工原料，也是制取、、等产品的原料，所以乙醇是一

种重要的化工原料。如今能源消耗有枯竭的趋势，作为一种可再生的能源，乙醇燃料成为未来代替传统化石燃料的重要能源之一。

国内乙醇生产方法主要有发酵法、乙烯水化法、合成气经醋酸制乙醇、合成气直接制乙醇等，国外乙醇生产方法主要有渗透蒸发技术、新型耦合分离技术、渗透气化膜分离技术、PVA膜渗透汽化等。塔设备作为工业生产上最重要的设备之一，在工业生产乙醇的分离中起重要作用。在塔设备中常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。乙醇-水是工业上最常见的溶剂，也是十分重要的化工原料之一。长期以来乙醇-水溶液通常都是通过蒸馏法生产，但由于乙醇-水的共沸现象，普通的精馏方法对于高纯度的乙醇来说产量不好，所以设计研究和改进精馏设备是十分重要的。本课程设计主要是采用填料精馏塔对乙醇-水溶液进行分离。

塔设备在经过长期的发展，形成了形式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。在乙醇的工业生产中，主要是通过精馏塔将产物乙醇与水分离，制取高纯度的乙醇。按塔的内件结构的不同可以分为板式塔和填料塔两大类。

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的底部安装填料支撑板，填料随意乱堆或整砌的方式放置在支撑板上。填料上方安装有填料压板，以防填料被上升气流吹动。填料塔塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体则自下而上地流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。

作为产物分离中的最重要的设备之一的塔设备，随着塔设备技术的发展，国内外制定了多种企业接触的元件，从而改善塔设备质量，缩短塔设备的制造、安装周期，以此来减少设备的投资费用。

文献综述

填料类型

气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍填料塔。

新型高效规整填料的不断开发与应用，冲击了设备以板式塔为主的局面，且大有取代板式塔的趋势。最大直径规整填料塔已达14～20m，结束了填料塔只适用于小直径塔的历史。这标志着填料塔的、塔内件及填料塔本身的综合设计技术进入了一个新阶段。纵观填料塔的发展，新型填料的研究始终十分活跃，尤其是新型规整填料不断涌现。如今，填料主要分为散堆填料、规整填料和毛细管填料。

填料塔

填料塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点是生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小操作弹性大等。

填料塔的缺点是填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料的表面，使传质效率下降；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂蒸馏不太适合等。

拉西环是最古老、最典型的一种填料，由于它结构简单，制造容易，价格低廉，性能指数较为齐全以及机械强度高，因此长久以来，尽管它存在严重缺点，但是仍受到厂家的欢迎，沿用至今。拉西环的缺点是结构不常开，有效空隙率比实际空隙率小得多，所以压力降比较大。拉西环在塔内的填料方式有两种：乱堆和整砌。乱堆装卸比较方便，但是压力降比较大，一般直径在50mm以下的拉西环用乱堆填料，直径在50mm以上的拉西环用整砌填料。当填料的名义尺寸小于20mm时，各本身的填料分离效率都明显下降。因此，25mm的填料可以认为是工业填料中选用比较合理的填料。本次设计采用的为金属拉西环25mm×25mm×。

表1 金属拉西环25mm×25mm×参数

项目参数项目参数

公称直径D=25mm 比表面积σ=220m/m

外径d=25mm 空隙率ε=95%

高度h=25mm 堆积个数N=55000个/m

壁厚Δ=堆积密度ρ=640kg/m 干填料因子a/ε=257/m等板高度H=

湿填料因子Φ=390/m平均压降Δp=m

设计任务书

设计题目

乙醇-水填料式精馏塔设计

设计条件

①常压p=1atm（绝压）。

②原料来自粗馏塔，为95~96℃饱和蒸汽，由于沿程热损失，进精馏塔时，原料温度约为90℃

③塔顶浓度为含乙醇%（质量分数）的乙醇，产量为25吨/天；

④塔釜采用饱和蒸汽直接加热，从塔釜出来的残液中乙醇浓度要求不大于%（质量分数）；

⑤塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比R=~；

⑥厂址：徐州地区

设计任务

1、完成该精馏塔的工艺设计，包括辅助设备及进出口管路的计算和选型；

2、画出带控制点工艺流程图、x~y 相平衡图、塔板负荷性能图、塔板布置图、精馏塔工艺条件图；

3、写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。

设计思路

乙醇-水溶液通过离心泵进入再沸器中，经过加热接近或达到泡点后，从底部进入填料式精馏塔中，在填料上易挥发组分乙醇进入气相，而难挥发组分水进入液相。易挥发组分乙醇通过塔顶管道进入冷凝器中，在冷凝器中由于温度降低乙醇冷凝，为了保证塔顶浓度为含乙醇%（质量分数），将冷凝器中的溶液重新回到填料式精馏塔中，重新蒸馏。精馏塔底部的液体回到再沸器中重新加热至泡点温度。经过重复多次精馏，在冷凝其中可以得到高纯度的乙醇，然后将乙醇通入储罐中。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇和水的分离。乙醇—水混合液经原料预热器加热，进料状况为汽液混合物q=1 送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品 1-1）

得： （1-2） y x y i B B B

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将上表数据代入得：

序号 1 2 3 4 5 α