瀋陽化工大學
化工原理課程設計說明書
專業: 製藥工程
班級： 製藥1102
學生姓名：黃奎興
學號：11220223
指導老師：王國勝
設計時間：2014.5.20----2014.6.20成績
設計題目：
分離甲醇-水混合液的填料精餾塔
二原始資料及條件
生產能力：年生產量甲醇1萬噸（年開工300天）
原料：甲醇含量為30%（質量百分數，下同）的常溫液體
分離要求：塔頂甲醇含量不低於95%，塔底甲醇含量不高於0.3%。
建廠地區：瀋陽
三設計要求
（一）.乙份精餾塔設計說明書，主要內容要求：
（1）.前言
（2）.流程確定和說明
（3）.生產條件確定和說明
（4）.精餾塔設計計算
（5）.主要附屬裝置及附件選型計算
（6）.設計結果列表
（7）.設計結果的自我總結與評價
（8）.註明參考和試用的設計資料
（9）.結束語
（二）．繪製乙份帶控制點工藝流程圖。
（三）．制乙份精餾塔裝置條件圖
四．設計日期：2023年5月20日至6月20日
精餾塔分為板式塔和填料塔兩大類。填料塔又分為散堆填料和規整填料兩種。板式塔雖然結構較簡單，適應性強，宜於放大，在空分裝置中被廣泛採用。
但是，隨著氣液傳熱、傳質技術的發展，對高效規整填料的研究，一些效率高、壓降小、持液量小的規整填料的開發，在近十多年內，有逐步替代篩板塔的趨勢。
實際生產中，在精餾柱及精餾塔中精餾時，上述部分氣化和部分冷凝是同時進行的。對理想液態混合物精餾時，最後得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點低的b物質，而殘液是沸點高的a物質，精餾是多次簡單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區，溫度最高；塔頂溫度最低。
精餾結果，塔頂冷凝收集的是純低沸點組分，純高沸點組分則留在塔底。
精餾塔的優點：
歸納起來，規整填料塔與板式塔相比，有以下優點：
1)壓降非常小。氣相在填料中的液相膜表面進行對流傳熱、傳質，不存在塔板上清液層及篩孔的阻力。在正常情況下，規整填料的阻力只有相應篩板塔阻力的1/5～1/6；
2)熱、質交換充分，分離效率高，使產品的提取率提高；
3)操作彈性大，不產生液泛或漏液，所以負荷調節範圍大，適應性強。負荷調節範圍可以在30%～110%，篩板塔的調節範圍在70%～100%；
4)液體滯留量少，啟動和負荷調節速度快；
5)可節約能源。由於阻力小，空氣進塔壓力可降低0.07mpa左右，因而使空氣壓縮能耗減少6.5%左右；
6)塔徑可以減小。
此外，應用規整填料後，由於當量理論塔板的壓差減小，全精餾制氬可能實現，氬提取率提高10%～15%。
本文以甲醇和水的混合液為研究物件，因為甲醇和水在常壓下相對揮發度較大，較易分離。根據物理性質，操作條件等因素條件下選用泡點進料，塔頂再沸器和塔頂回流的方式，將甲醇和水進行分離的填料精餾塔。
本課程設計者能力有限，在設計中難免會有不足之處，懇請老師和讀者給予批評指正。
英文本母
塔截面積
c計算時的負荷係數，無因次
co流量係數，無因次
d塔頂餾出物流量 kmol/s
d塔徑 m
閥孔直徑 m
e液流收縮係數，無因次
總板效率（全塔效率），無因次
fo閥孔動能因數，
f進料流量 kmol/h
g重力加速度
h塔高 m
h浮閥的開度 m
降液管底隙高度 m
板上液層高度 m
與克服表面張力的壓強降相當的液柱高度，m液柱
k物性係數，量綱為1
ls塔內液體流量
n一層塔板上的浮閥總數
實際板層數
理論板層數
壓強降 pa
p操作壓強 pa
r回流比
最小回流比
u空塔氣速 m/s
m分子量 kg/mol
w塔底產品（釜殘液）流量 kmol/s
x液相中易揮發組分的摩爾分數
y氣相中易揮發組分的摩爾分數
z塔高 m
希臘字母
相對揮發度，量綱為1
液體在降液管內停留時間 s
黏度 液相密度
氣相密度
液體表面張力 n/m；
液體密度矯正係數，量綱為1
係數，量綱為1；
填料因子 1/m
下標max最大
min最小
l液相v氣相
1精餾段
2提餾段
a易揮發組分
b難揮發組分
f原料液
加料方式有兩種：高位槽加料和幫浦直接加料。採用高位槽加料，通過控制液位高度，可以得到穩定的流量和流速。
通過重力加料，可以節省一筆動力費。但由於多了高位槽，建設費用也相應增加。採用幫浦加料，受幫浦的影響，流量不太穩定，流速也忽大忽小，從而影響了傳質效率，但其結構簡單，安裝方便，如採用自動控制幫浦來控制幫浦的流量和流速，其控制原理較複雜，且裝置操作費用高。
本次試驗採用幫浦直接加料。
進料狀況一般有冷液進料、泡點進料。對於冷液進料，當組成一定時，流量一定，對分離不利，節省加熱費用。但冷液進料受環境影響較大。
對於瀋陽地區來說，存在較大溫差，冷液進料會增加塔底蒸汽上公升量，增大建設費用。採用泡點進料，不僅對穩定塔操作較為方便，且不受季節溫度影響。
綜合考慮，設計上採用泡點進料。泡點進料時，基於恆摩爾流假定，精餾段和提餾段上公升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，製造上較為方便。
塔頂冷凝採用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反應，且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂出來的氣體溫度不高，冷凝後回流液和產品溫度不高，無需進一步冷卻，此次分離是希望得到甲醇，選用全凝器符合要求。
回流方式可分為重力回流或理量或塔板數較多時，回流冷凝器不易安裝在塔頂。而且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和清理。在這種情況下，可採用強制回流，塔頂上公升蒸汽採用冷凝器冷卻以回流流入塔中。
由於本次設計為小型塔，故採用強制回流。
加熱方式可採用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱，蒸汽直接由塔底進入塔內。由於總組分是水，故省略加熱裝置。
但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽對回流液有稀釋作用，使理論塔板數增加，費用增加。間接蒸汽加熱是通過加熱器使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數，缺點是增加加熱裝置。
本次設計採用間接蒸汽加熱。
採用u型管蒸汽間接加熱器，用水蒸氣作加熱劑。因為塔較小，可將加熱器放在塔內，即再沸器。這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少理論塔板數。
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