摘要。在工业过程中，吸收操作多在填料塔中进行。填料塔是以塔内的填料作为气液两相接触构件的传质设备，是化工生产的重要化工设备。
精馏塔中两相沿塔高呈连续变化，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。与板式塔相比，填料塔具有生产能力大、分离效率高、持液量小、操作弹性大等优点。本课程设计是关于乙醇-水的填料式精馏塔的设计，通过对填料式精馏塔的设计，了解填料精馏塔的优点和缺点，并能充分利用优点克服其缺点，熟练掌握以及运用所学知识并投入到实际生产当中去。
关键词：水；乙醇；吸收；填料塔；精馏塔；化工设计。
第一部分概述。
1.1设计任务书。
乙醇-水填料式精馏塔设计。
处理能力：25 吨/天。
进料组成：乙醇28.00%（质量分数，下同）
进料状态：**进料。
产品要求：塔顶馏出液组成：乙醇，92.41% 塔釜釜残液组成：乙醇，0.3%
塔顶压强：101kpa（绝压）
循环冷却水：进口温度32℃，出口温度38℃ 导热油：进口温度260℃，出口温度250℃
厂址：徐州地区。
1、完成该精馏塔的工艺设计，包括辅助设备及进出口管路的计算和选型；
2、画出带控制点工艺流程图、x~y相平衡图、塔板负荷性能图、塔板布置图、精馏塔工艺条件图；
3、写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。
1.2设计思路说明及工艺流程图。
1.2.1带控制点的工艺流程图。
精馏塔操作按操作压力分为常压、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，相对挥发度会增大，对分离有利。
但当压力不太低时，对设备的要求较高，设备费用增加。因此在设计时一般采用常压蒸馏。当常压下无法完成操作时，则采用加压或减压蒸馏。
对于乙醇–水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压蒸馏。
精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器。釜液冷却器和产品冷凝器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与与部分冷凝器进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。
在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程装置时应考虑余热的利用，注意节能。另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波动的影响。
乙醇-水溶液通过离心泵进入再沸器中，经过加热接近或达到泡点后，从底部进入填料式精馏塔中，在填料上易挥发组分乙醇进入气相，而难挥发组分水进入液相。易挥发组分乙醇通过塔顶管道进入冷凝器中，在冷凝器中由于温度降低乙醇冷凝，为了保证塔顶浓度为含乙醇92.41%（质量分数），将冷凝器中的溶液重新回到填料式精馏塔中，重新蒸馏。
精馏塔底部的液体回到再沸器中重新加热至泡点温度。经过重复多次精馏，在冷凝其中可以得到高纯度的乙醇，然后将乙醇通入储罐中。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。
最终，完成乙醇和水的分离。乙醇—水混合液经原料预热器加热，进料状况为汽液混合物q=1 送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品冷却后，送入贮罐(附流程图)。
第二部分工艺计算。
2.1 平均相对挥发度的计算。
由化工原理实验附录p121附表8-4，常压下乙醇和水的气液平衡数据如下表。
乙醇—水系统汽液相平衡数据（760mmhg）
由相平衡方程。
得： 当t=95.5℃时，
t=78.41℃时，
计算得：αm =√10.58×1.21）=3.58
2.2绘制t-x-y图及x-y图。
根据上面表中的数据绘制常压下乙醇-水的x-y图，如下：
常压下乙醇-水的t-x-y图，如下：
有图可知： 84℃, 79℃, 100℃
精馏段平均温度： =2=（84+78）/2=81℃
提馏段平均温度： =2=(84+100)/2=92℃
2.3 全塔物料衡算。
查阅相关文献，整理有关物性参数。
乙醇-水物性参数。
f：进料量（kmol/h原料组成（摩尔分数。下同）
d：塔顶产品流量（kmol/h） ：塔顶组成。
w：塔底残液流量（kmol/h） ：塔底组成。
根据公式。原料液乙醇的摩尔组成
塔顶产品乙醇的摩尔组成 =
塔底残夜乙醇的摩尔组成 =
根据公式可得。
原料液的平均摩尔质量：
馏出液的平均摩尔质量：
塔釜残液的平均摩尔量：
进料量：全塔物料衡算式：
解之得：d=7.577 kmol/h ，w=40.397kmol/h
物料衡算表。
2.4热量衡算。已求得：
温度下： =139.36 kj/(kmol·k) =75.59 kj/(kmol·k)
126.63 kj/(kmol·k)
温度下： =152.22kj/(kmol·k) =76.04 kj/(kmol·k)
76.13 kj/(kmol·k)
温度下： =84.15kj/kg； =2315.7kj/kg；
417.55 kj/kg
1）0℃时塔顶气体上升的焓。
塔顶以0℃为基准，=46.367126.6378+46.367417.5541.20
1255627.63 kj/h
2）回流液的焓。
78℃温度下=139.36 kj/(kmol·k) =75.59 kj/(kmol·k)
128.29 kj/(kmol·k)
91.809137.6778=985868.91 kj/h
3）塔顶馏出液的焓。
因馏出口与回流口组成一样，所以。
10.436137.6778=112064.48 kj/h
4）冷凝器消耗的焓。
1255627.63-985868.91-112064.48=157694.24 kj/h
5）进料口的焓。
温度下： =152.22kj/(kmol·k)； 76.04kj/(kmol·k)；
所以 =55.87887.8780=392799.99kj/(kmol·k)
6)塔底残液的焓。
399298.85kj/(kmol·k)
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