《化工原理课程设计》报告乙醇~水填料塔精馏装置设计1目录1、设计依据/32、设计任务及要求/33、设计计算/43.1工艺物料计算/43.1.1原料液的组成/43.1.2最小回流比，操作回流比的计算/53.1.3塔顶产品产量、釜液量、及加热蒸汽量的计算/73.1.4全凝器冷凝介质的消耗量/74、主体设备计算/84.1塔径的计算/84.1.1泛点气速的计算/84.1.2塔径的计算/94.2塔高的计算/94.2.1计算塔高/94.2.2填料塔压降/105、塔主要附属构件结构尺寸计算设计/115.1液体分布器/115.1.1计算喷淋密度/115.1.2设计计算/115.2导流板/115.3各接管尺寸的确定/115.3.1进料管/125.3.2釜残液出料管/125.3.3回流液管/125.3.4塔顶上升蒸汽管/135.3.5水蒸气进口管/136、主要辅助设备扬程/136.1进料泵/136.1.1泵的基本计算/136.1.2泵的选用/146.2再沸器/146.3冷凝器/141、设计依据本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。2、设计任务及要求原料：乙醇~水混合溶液，日产量35吨乙醇含量：35%(质量分数)，原料液温度：25℃，压力：常压条件：泡点进料，刚鲍尔环填料，塔顶压强为5kPa（表压）加热蒸汽为压力0.17MPa（表压）的饱和水蒸气，冷却介质为25℃循环冷却水。设计要求：塔顶的乙醇含量不小于94.5%(质量分数)塔底的乙醇含量不大于0.25%(质量分数)表1乙醇~水溶液体系的平衡数据2液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)液相中乙醇的含量(摩尔分数)汽相中乙醇的含量(摩尔分数)0.00.00.400.6140.0040.0530.450.6350.010.110.500.6570.020.1750.550.6780.040.2730.600.6980.060.340.650.7250.080.3920.700.7550.100.430.750.7850.140.4820.800.820.180.5130.850.8550.200.5250.8940.8940.250.5510.900.8980.300.5750.950.9420.350.5951.01.0表2钢鲍尔环的结构特性参数公称直径/mm16253850个数/(1/m3)14300055900130006500堆积密度/（kg/m3）216427365395孔隙率/％0.9280.9340.9450.949比表面积/(m−1)239219129112.3填料因子/（m−1）29926915313133、设计计算计算之前进行对物性数据的查询，部分物性数据列于表1、表2中，其它数据见参考资料与互联网上资源。3.1工艺物料计算3.1.1原料液组成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。原料液的摩尔组成：xf=nC2H5OHnC2H5OH+nH2O=35/4635/46+65/18=0.1740同理可求得：xD=0.8705xW=0.0010原料液的平均摩尔质量：Mf=xfMC2H5OH+(1−xf)MH2O=0.174×46+(1−0.174)×18=22.3kg/kmol同理可求得：MD=42.374kg/kmolMW=18.028kg/kmol查表可得在25℃时，原料液中ρH2O=997.05kg/m3，ρ乙醇=785.47kg/m3由此可查得原料液、塔顶和塔底混合物的沸点，列表3表3原料液、溜出液、釜液的流量和温度名称原料液溜出液釜残液x/％3594.50.25摩尔分数0.17400.87050.0010平均摩尔质量（kg/kmol）22．342.37418.208沸点（℃）83.8378.183．1.2最小回流比、操作回流比的计算4根据乙醇和水的两相平衡数据做汽液平衡图如下：由泡点进料，可知xq=xF=0.1740，过点e（0.174，0.174）做一条直线X=0.174交平衡线与点d，读取yq=0.513，因此：Rmin1=xd−yeyq−xq=0.8705−0.5130.513−0.174=1.055但是，当回流比减小到某一数值时，精馏段操作线首先与平衡线相切于e点，此时即使无穷多块等效塔板也不能跨越切点，故该点回流比为最小回流比Rmin，又过点a（0.8705,0.8705）作平衡线的切线，切点为，读得其坐标为xq'=0.7560，yq'=0.7878，因此：5Rmin=xd−yq'yq'−xq'=0.8705−0.78780.7878−0.7560=2.6而取Ropt=1.538Rmin=4（Ropt=1.2−2Rmin），操作线如下图：由此图作图可得填料塔等效塔板数为18块，精馏段15块，提馏段3块。精馏端操作线方程：y=RR+1x+xDR+1=0.8x+0.1740提馏段操作线方程：y=RD+qF(R+1)D−(1−q)Fx−F−D(R+1)D−(1−q)FxW¿1.817x−0.00081763.1.3塔顶产品产量、釜液量、及加热蒸汽量的计算每天开车24小时计，进料量为：F=3500024×22.3=65.4kmol/h由全塔的物料衡算方程可得（设加热蒸汽量为V0，直接蒸汽加热）：F+V0=D+WV0y0+Fxf=DxD+WxWW=L=L+qF=RD+qF可知y0=0,q=1，代入数据解得：D=12.858kmol/hW=116.832kmo...
