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1、化工原理课程设计化工原理课程设计甲醇水混合液体填料塔的设计年级：08化工班专业：化学工程与工艺设计者：贾媛媛学号：200873020109指导老师：王荣方完成日期：2010年11月目录一、设计简要- 2 -二、设计任务书- 4 -三、精馏塔全塔物料衡算- 4 -四、塔板的计算- 6 -（一）、 最小回流比的确定及操作回流比的确定- 6 -（3）塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算- 6 -（4）全凝器冷凝介质的消耗量- 7 -（5）热能利用- 7 -（6）理论塔板层数的确定- 8 -（7）填料的选择- 9 -五、塔径的相关计算- 9 -（一）温度计算- 9 -（二）、精馏段液相：- 10
2、-（三）、摩尔质量及密度的计算：- 11 -六、填料的选择及相关工艺计算- 13 -（一）、选取阶梯环- 13 -（二）、填料高度：- 13 -（三）、塔径，泛速，压降等：- 14 -（四）、喷淋密度：- 16 -（五）、润湿面积：- 16 -七、换热器的选择- 17 -（一）、塔顶温度- 17 -（二）、c1m1的计算- 17 -（三）、- 18 -（四）、求取较正系数：- 18 -（五）、求传热面积- 18 -（六）、采用水走管程，乙醇-水蒸气走壳程。- 18 -（七）、换热器总管数。- 19 -（八）、传热面积- 19 -（九）、阻力损失计算：- 19 -八、填料附件的选取：- 21 -
3、（一）、 液体分布器：喷头式分布器（莲蓬头）- 21 -（二）、泵的选取：- 21 -九、主要符号说明- 23 -十、思考题.-25-一、设计简要 （一）填料塔设计的一般原则 填料塔设计一般遵循以下原则: :塔径与填料直径之比一般应大于15：1，至少大于8：1； ：填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5； ：5-10倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于6m； ：液体分布装置的布点密度，Walas推荐95-130点/m2,Glitsh公司建议65-150点/m2 ：填料塔操作气速在70%的液泛速度附近； ：由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为5
4、0米 （二）设计题目与要求 甲醇水混合液体填料精馏塔的设计。原料及组成：甲醇水混合液。甲醇质量分率46%。处理量：20000 。 操作条件：常压，饱和液体进料。 产品质量要求：塔顶产品甲醇分率99.7%。 塔底甲醇含量0.5% 要求：综合运用化工原理和相关先修课程的知识，联系化工生产实际，完成吸收操作过程及设备设计。要求有详细的工艺计算过程（包括计算机辅助计算程序）、工艺尺寸设计、辅助设备选型、设计结果概要及工艺设备条件图。同时应考虑： ：技术的先进性和可靠性 ：过程的经济性 ：过程的安全性 ：清洁生产 ：过程的可操作性和可控制性 （三）设计条件 ：设计温度：常温（25） ：设计压力：常压 (
5、101.325 kPa) ：吸收剂温度：20 （四）工作原理 气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析比较方便。 填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增大气液接触面积，从而有利于气体与液体之间的传热与传质，使得吸收效率增加。 （五）设计方案 填料塔简介 填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材
6、、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有： ：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视; ：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差异对操作性能的影响）； ：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）; ：液体分布器（液体分布的好坏
7、是影响填料塔操作效率的重要因素。液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）； ：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）； ：气液进出口。 塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率，并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。二、设计任务书设计题目：甲醇水混合液体填料精馏塔的设计。工艺条件：原料及组成：甲醇水混合液 甲醇质量分率46% 处理量：20000 操作条件：常压，饱和液体进料 产品质
8、量要求：塔顶产品甲醇分率99.7% 塔底甲醇含量0.5%填料精馏塔流程图如下图所示：三、精馏塔全塔物料衡算 F：进料量（kmol/s） ：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成 由= 得D=由 得表1 甲醇-水溶液体系的平衡数据液相中甲醇的含量(摩尔分数)汽相中甲醇的含量(摩尔分数)液相中甲醇的含量(摩尔分数)汽相中甲醇的含量(摩尔分数)0.00.00.400.6140.0040.0530.450.6350.010.110.500.6570.020.1750.550.6780.040.2730.600.6980.060
9、.340.650.7250.080.3920.700.7550.140.4820.800.820.180.5130.850.855四、塔板的计算（一）、 最小回流比的确定及操作回流比的确定 利用安托因方程求解乙醇的饱和蒸汽压； 其中A=16.6583 B=3674.491 C=-46.702 解得 15.725kpa 因此 = 平衡线方程： q线方程： 求出两个方程的交点为（Xq，Yq）=（ 0.238，0.547）然后馏出液的组成为，在图像上的坐标为（）既(0.1804,0.5041)通过这两个点将斜率求出来该斜率为最小回流比时的精馏段操作线方程的斜率斜率= 0.8可取操作回流比 （3）塔顶
10、产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：kmolh 由全塔的物料衡算方程可写出： (蒸汽) 解得 kmolh kmolh kmolh （4）全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷： 可以查得，所以kJh取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25和35则平均温度下的比热，于是冷凝水用量可求： kgh （5）热能利用以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需的热量可记为： 其中 67.8在进出预热器的平均温度以及的情况下可以查得比热 4.2kJkg.，所以，kJh釜残液放出的热量若将釜残液温度降至那么平均温度77.2查得77.2时的甲醇的比热为
11、3.0 kJkg. 水的比热为4.188kJkg.其比热为4.046 kJkg.因此， kJh可知，于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点。（6）理论塔板层数的确定精馏段操作线方程： 提馏段操作线方程： q线方程：X=0.1385在相图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出总之，R=1.8673 N=9.0763(含塔底) 精馏N1=7.1562表2 常压下甲醇-水气液平衡组成与温度关系温度 液相组成 气相组成 /% /%100 0 095.5 1.90 17.0089.0 7.21 38.9186.7 9.66 43.7585.3 12.38 47.0484.1 16.61 50.89温度 液相组成 气相组成 /% /%82.7 23.37 54.4582.3 26.08 55.8081.5 32.73 59.2680.0 39.65 61.2279.8 50.97 65.6479.7 51.98 65.99温度 液相组成 气相组成 /% /%79.3 57.32 68.4178.74 67.63 73.8578.41 74.72 78.1578.15 89.43 89.43（7）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。目前，填料的开发与应用仍是沿
