化工原理 课程设计 乙醇水 填料吸收塔讲诉文档格式.docx

1、建厂地址：沈阳三、设计要求1、一份精馏塔设计说明书，主要内容要求：（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与评价（8）. 注明参考和使用的设计资料2、 一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点工艺流程图。说明：1、 设计说明书的封皮。（教材科购买）。2、 设计说明书用纸为课程设计专用纸。3、 任务书中第二项各人填各人的数据。4、 精馏塔工艺条件单。5、 工艺流程图幅面为2#图纸（594420）。6、 要求在1个月内完成，成绩与完成的时间有关。先完成的先交。7

2、、 可随时到化工原理教研室答疑。第1章 前言 在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就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。 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。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。

3、填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表

4、面，使传质效率降低；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精馏不太适合等。但近年来又倾向于认为在一定塔径范围内，采用新型高效填料（如鲍尔环或鞍型填料）可以得到很好的经济效果。总之根据不同的具体情况（特别是在小直径塔，或压降有一定限制，或有腐蚀情况时），填料塔还是具有很多适用的。 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。 由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳请老师指出以便修正。第2章 流程确定和说明1.1 加料方式的确定加料方式有两种：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

5、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。如果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。本设计采用高位槽进料。1.2 进料状况的确定进料状况一般有冷液进料和泡点进料。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，冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增加建筑费用。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，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于

6、恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。1.3 冷凝方式的确定塔顶冷凝采用全冷凝器，用水冷凝，在常压下乙醇和水不反应，且容易冷凝，故用全冷凝器符合要求。1.4 回流方式的确定回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小塔型，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。在此情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次设计为小型塔，故采用重力回流。1.5 加热方式的确定加热方

7、式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热，直接蒸汽加热时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，使理论塔板数增加，费用增加。间接蒸汽加热时通过加热器使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论板数，缺点是增加加热装置。本次设计采用间接蒸汽加热。1.6 再沸器的确定再沸器的形式选用立式再沸器，在相同传热面积下，此种再沸器的体积小，节省费用，此外，蒸发釜的物料始终维持恒定的压力，传热情况稳定。在塔釜和蒸发釜以及相接管道内的落热量少，可以减少物料的停留时间，避免长期受热。第3章 精馏塔设计计算2.1 操作条件及基础数据2.1.1 操作压力精馏操

8、作按操作压力可分为常压、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，对分离有利。但当压力太低时，对设备要求太高，设备费用增加。因此在设计时一般采用常压蒸馏乙醇水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。2.1.2 回流比通常，此设计取。2.1.3 气液平衡关系与平衡数据气液平衡时，x、y、t数据如表1所示。表2-1 常压下乙醇-水的气液平衡与温度关系温度t/乙醇摩尔分数液相x /%气相y /%100.000.0081.5032.7358.2695.501.9017.0080.7039.6561.2289.007.

9、2039.9179.8050.7965.6486.709.6043.7579.7051.9865.9985.3012.3847.0479.3057.3268.4184.1016.6150.8978.7467.6373.8582.7023.3754.4578.4174.7278.1582.3026.0855.8089.43注：摘自化工工艺设计手册（第四版）上册P1141表21-38。2.2 精馏塔工艺计算2.2.1 物料衡算 物料衡算图该填料精馏塔的物料衡算如图2-1所示。F,xF图2-1 物料衡算图原料流量，；馏出液流量，；塔釜液流量，；原料中易挥发组分的摩尔分数；馏出液中易挥发组分的摩尔分数

10、；釜液中易挥发组分的摩尔分数。 物料衡算已知:,质量分数：, , 所以： （1）由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。进料液的摩尔组成： （2）同理可求得：塔顶馏出液的摩尔组成： （3）塔釜残液的摩尔组成： （4）原料液的平均摩尔质量： （5）塔顶产品的的平均相对分子质量： （6）塔釜产品的平均相对分子质量： （7）原料液： （8）总物料： （9）易挥发组分： （10）代入数据解得：塔顶产品质量流量： （11）塔釜产品质量流量： （12） 各重要控制温度设塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：，查表2-1，用内插法解得塔顶： （13） （14）塔釜：

11、（15）进料 （16）精馏段平均温度： （17）提馏段平均温度： （18） 平均相对挥发度的计算此处取x-y曲线上两端点下的平均值。查表1可得：时， （19）时， （20）所以 （21） 求最小回流比及操作回流比此处使用解析法确定操作状态下的回流比。由于是泡点进料（），所以最小回流比 （22）操作状态下的回流比 （23） 精馏段的气液相负荷 （24） （25） （26） （27） 物料衡算结果至的部分物料衡算结果列于表2-2及表2-3中。表2-2 物料衡算结果（a）物料流量摩尔分数（%）进料塔顶产品塔底釜液表2-3 物料衡算结果（b）物流精馏段上升蒸气量提馏段上升蒸气量精馏段下降液体量提馏段下

12、降液体量2.2.2 热量衡算 加热介质的选择常用的加热剂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系数很高，可以通过改变蒸汽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到1001000，适用于高温加热。烟道气的缺点是比热容及传热系数很低，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，不但成本相应降低，塔结构也不复杂。 冷凝剂的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜地加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为1025。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、液

13、氨等。本设计建厂地区为沈阳。沈阳市夏季最热月份平均气温为25。故选用的冷却水25的冷却水，选择升温10，故冷却水的出口温度是35。 冷凝器的热负荷 （28）式中 塔顶上升蒸气的焓； 塔顶馏出液的焓。 （29）式中 乙醇的蒸发潜热； 水的蒸发潜热。蒸发潜热的计算：乙醇及水的蒸发潜热数据如表2-4所示。表2-4 常用温度下乙醇及水的蒸发潜热t/2040608010045390439104230040530386103651044839.844033.443219.842391.841540.440651.2摘自化工工艺设计手册（第四版）上册P11631164表21-67。经线性回归可知，乙醇及水的蒸发潜热在0100范围内均与摄氏温度具有线性关系，即为因此可以根据塔顶的定性温度计算两种物质的蒸发潜热。塔顶气液相温度分别为78.35和77.91，近似取为7