沈阳化工大学化工原理课程设计
化工原理课程设计任务书
专业：化学工程与工艺 班级： 设计人： 一、设计题目
分离 甲醇-水 混合液（混合气）的 填料 精馏塔 二、设计数据及条件
生产能力：年处理 甲醇-水 混合液（混合气）： 16 万吨（开工率300天/年）； 原 料： 甲醇 含量为 14 %（质量百分率，下同）的常温液体（气体）； 分离要求： 塔顶 甲醇 含量不低于（不高于） 92 %；
塔底 甲醇 含量不高于（不低于） 3 %。 建厂地址： 沈阳 三、设计要求
（一）编制一份设计说明书，主要内容包括： 1、前言；
2、流程的确定和说明（附流程简图）； 3、生产条件的确定和说明； 4、精馏（吸收）塔的设计计算； 5、附属设备的选型和计算； 6、设计结果列表； 7、设计结果的讨论与说明； 8、注明参考和使用的设计资料； 9、结束语。
（二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图） （三）绘制精馏（吸收）塔的工艺条件图
四、设计日期： 2012年05月20日至2012年06月12日
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目 录
化工原理课程设计任务书 ...................................... 1 目 录 ....................................................... 2 前言 ........................................................ 4 第一章 流程确定和说明 ...................................... 5 1.1加料方式的确定 ................................................................................................ 5 1.2进料状况的确定 ................................................................................................ 5 1.3冷凝方式的确定 ................................................................................................ 5 1.4回流方式的确定 ................................................................................................ 5 1.5加热方式的确定 ................................................................................................ 6 1.6加热器的确定 .................................................................................................... 6 第二章 精馏塔设计计算 ...................................... 7 2.1操作条件与基础数据 ........................................................................................ 7 2.1.1操作压力 ......................................................................................................... 7 2.1.2气液平衡关系与平衡数据 ............................................................................. 7 2.2精馏塔工艺计算 ................................................................................................ 8 2.2.1物料衡算 ......................................................................................................... 8 2.2.2 热量衡算 ...................................................................................................... 11 2.2.3理论塔板数计算 ........................................................................................... 15 2.3 精馏塔主要尺寸的设计计算 ......................................................................... 16 2.3.1精馏塔设计主要依据和条件 ....................................................................... 16 2.3.2塔径设计计算 ............................................................................................... 23 2.3.3填料层高度的设计计算 ............................................................................... 25
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第三章 附属设备及主要附件的选型计算 ....................... 28 3.1 冷凝器 ............................................................................................................ 28 3.2 加热器 ............................................................................................................ 29 3.3 塔内其他构件 ................................................................................................. 29 3.3.1接管管径的选择 ........................................................................................... 29 3.3.2除沫器 .......................................................................................................... 32 3.3.3液体分布器 ................................................................................................... 32 3.3.4液体再分布器 ............................................................................................... 34 3.3.5填料及支撑板的选择 ................................................................................... 35 3.3.6塔釜设计 ....................................................................................................... 35 3.3.7塔的顶部空间高度 ....................................................................................... 36 3.4精馏塔高度计算 .............................................................................................. 36 第四章 设计结果自我总结和评价 .............................. 37 4.1精馏塔主要工艺尺寸与主要设计参数汇总 ................................................... 37 4.2 自我评价和总结 ............................................................................................. 37 4.21满足工艺和操作的要求 ................................................................................ 37 4.2.2满足经济上的要求 ....................................................................................... 38 4.2.3保证生产安全 ............................................................................................... 38 4.3总结 ................................................................................................................. 38 附录 ....................................................... 39 一、符号说明 ........................................................................................................ 39 二、参考文献 ........................................................................................................ 41
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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。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甲醇-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。
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第一章 流程确定和说明
选择精馏设备，首先应从经济考虑，在充分考虑整个系统热能的利用，降低操作费用。另外还应考虑到它对操作稳定性的影响，塔的操作如不稳定就不能保证产品质量的均匀，具体情况如下：
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
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分离 甲醇-水 混合液(混合气)的 填料 精馏塔-沈阳化工大学课程设计
