化工原理课程设计施

化工原理课程设计施文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

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

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；

摘要........................................................................ I 第一部分概述 (3)

概述 (3)

文献综述 (3)

填料类型 (3)

填料塔 (4)

填料选择 (4)

设计任务书 (4)

设计题目 (4)

设计条件 (4)

设计任务 (5)

设计思路 (5)

第二部分工艺计算 (6)

平均相对挥发度的计算 (6)

绘制t-x-y图及x-y图 (6)

全塔物料衡算 (7)

进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (7)

平均摩尔质量 (8)

全塔物料衡算： (8)

最小回流比的计算和适宜回流比的确定 (8)

最小回流比 (8)

确定最适操作回流比R (9)

热量衡算 (9)

求理论板数及加料 (10)

精馏段和提馏段操作线方程的确定 (10)

理论板数及加料板位置 (11)

填料高度计算 (11)

精馏塔主要尺寸的设计计算 (12)

流量和物性参数的计算 (12)

塔板效率 (14)

第三部分塔板结构设计 (14)

气液体积流量 (15)

精馏段的气液体积流量 (15)

提馏段的气液体积流量 (16)

塔径计算 (16)

塔径初步估算 (17)

第四部分换热器 (18)

换热器的初步选型 (18)

塔顶冷凝器 (18)

塔底再沸器 (18)

塔顶冷凝器的设计 (18)

第五部分精馏塔工艺条件 (20)

塔内其他构件 (20)

塔顶蒸汽管 (20)

回流管 (20)

进料管 (20)

塔釜出料管 (21)

除沫器 (21)

液体分布器 (21)

液体再分布器 (22)

填料支撑板的选择 (23)

塔釜设计 (23)

塔的顶部空间高度 (23)

手孔的设计 (23)

．裙座的设计 (23)

精馏塔配管尺寸的计算 (24)

塔顶汽相管径dp (24)

回流液管径dR (24)

加料管径dF (24)

釜液排出管径dw (24)

再沸器返塔蒸汽管径dv’ (25)

精馏塔工艺尺寸 (26)

第六部分结构设计结果 (27)

总结 (28)

参考文献 (28)

附录 (29)

第一部分概述

概述

乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取染料、涂料、洗涤剂等产品的原料，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，冲击了蒸馏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填料、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。