开题报告1设计任务说明1.1设计日期：2011年2月19日至2011年6月15日1.2 设计题目：日产20吨乙醇精馏塔1.3 设计专题题目：节能减排技术在火电厂环境治理中的应用1.4 设计内容1 完成日产20吨乙醇精馏塔的设计2 撰写一篇专题论文；3 专题论文翻译。
1.4.1设计内容技术要求（1）了解精馏塔设计的基本步骤（2）掌握乙醇精馏塔工作的原理以及功能（3）论文符合《中国矿业大学本科毕业设计撰写规范》要求，计算机打印1.4.2专题论文要求（1）论文内容必须与设计内容有关；（2）论文字数在3000～5000之间；（3）论文格式满足一般科技文献出版要求1.4.3资料翻译（1）完成不少于3000字的规定英文资料翻译；（2）译文要求能够表达原意，语句通顺，文笔流畅。
2课题立项背景及意义2.1设计塔设备的意义在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量，质量，生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。
据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。
因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。
塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。
它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。
常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。
此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。
生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。
塔设备的基本功能就是提供气、液两相以充分接触的机会，使传热、传质两种传递过程能够迅速有效的进行；还能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。
筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后，通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。
近年来与浮阀塔一起成为化工生产中主要的传质设备。
筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔，应用于蒸馏、吸收和除尘等。
筛板精馏塔属于板式塔，筛板精馏塔具有结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压降小，生产能力大，气体分散均匀，传质效率高的优点，是化工生产中常见的单元操作设备之一。
另外石油的短缺给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。
近一个多世纪来，石油是应用最为广泛的化石能源，有“现代社会血液”之称。
它不仅仅是能源之母，还是纺织、电子、化工、材料等现代工业产品的基础原材料。
油价高涨、资源短缺、环保压力和高速增长的需要，形成无法调和的矛盾，直接制约我国加速建设“全面小康”和国家安全。
按目前国内外研究水平，燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性，何时投入运营是未知数。
混合动力汽车造价高，而且仍以成品油消耗为主。
另一方面，石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力，其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。
因此，发展生物能源是必然之路，眼前解决车用燃油问题，中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。
乙醇作为新兴的生物能源已经被科学家们研究了很长时间。
乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。
它可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。
乙醇汽油是目前世界上可再生能源的发展重点。
首先，乙醇是可再生资源，可以重复利用生产，满足世界可持续发展这个大前提。
其次，乙醇燃烧后的产物是无污染的水，是一种清洁能源。
面对地球日益严重的污染现状，大力发展清洁能源无疑是人类未来发展的出路所在。
2.2 筛板塔的研究现状筛板塔始于1830年，是结构最简单的一种板型。
由于其操作弹性小，当气量过小或过大时，易发生严重漏液或过量液沫夹带现象；而且易堵塞，不宜处理粘度大、易结焦的物料，一度时间曾影响到它的应用推广。
20世纪50年代后，随着林德塔板、导向塔板的应用推广，筛板塔又重新启用并日趋广泛。
导向筛板是60年代由美国联合碳化物公司林德子公司开发应用的，国内有北京化工大学进行系统研究，他们认为导向筛板从导向喷出的水平气速均匀稳定的推动板上液流前进，大大增加了塔的抗污性和抗堵能力，克服了液面梯度和非活化区，提高了传质效率和生产能力。
在酒精工业，导向筛板使固含率达10％的粘稠成熟醪在塔板上均匀稳定流动，解决了长期存在的赌塔和液泛问题，并增产约50％；在邻、对硝基氯苯精馏过程中，导向筛板解决了要求理论塔板数多、压降低的难题。
这种塔板还具有结构简单，维修方便，造价低廉的特点，该类塔板经过深入研究和大力推广，目前已广泛应用于石油、化工、轻工、香料的领域。
近年来，国际上涌现出来了一些新型板式塔，如新型垂直筛板塔（New-VST），是世界上第三代（最新一代）板式塔技术之一，它是喷射型板式塔，与后者相比具有传质效率高、处理能力大、阻力小、操作弹性好等优异性能。
新型垂直筛板塔其传质单元是由塔板上开有文丘里喷嘴形式的升气孔及罩于其上的帽罩组成，是目前综合性能最为优越的板式塔。
气液接触传质、传热过程是这样的：由下层塔板上升的气体经升气孔后气流收缩静压降低，板上的液体靠本身的液柱静压及气流的吸力进入帽罩内与上升气流形成气液混合物边进行传质、传热边上升，完成相当于普通鼓泡型塔板传质过程的第一阶段传质过程；气液混合物打到罩顶后进行液体的表面更新，并在罩内空间完成第二阶段传质；然后，气液混合物经帽罩上部侧壁上的开孔水平喷出，液体被分散成大量直径不等的液滴，形成很大的传质表面，在液层上部空间完成第三次传质、传热过程后，液滴返回板上液层内，气体继续上升至上层塔板。
此外，具有优良特性的新型筛板还有STONE-WEBSTER工程改善开发的波纹筛板，瑞士KUHNI公司的SLIT筛板，此就不一一阐述了。
在塔设备的技术改造中，国内多种性能优良的新型板式塔已经得到成功的应用，随着科学技术的进步，需要更多、更好的板式塔来进行生产，这就要求板式塔向着低耗损，低成本，高效率和环保的方向发展。
塔板效率是实际传质过程进行的反映，是衡量塔板性能和塔板设计的主要依据，由于其影响因素多而且复杂,准确预测有一定的难度，目前解决的办法是采用经验方法或建立在较简单的传质模型(例如双膜理论)基础上的半经验计算方法。
为了衡量塔板的传质性能，研究人员提出了塔板点效率的概念，并对塔板的点效率进行了深入研究。
板式塔作为重要的传质设备之一，在各种分离工艺过程中广泛应用，开发新型传质效率高、压降小、通量大的板式塔，塔内件始终是板式塔技术的发展方向。
3. 塔设备的分类3.1填料塔3.1.1 结构原理填料塔是塔设备的一种。
塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。
例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。
气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。
结构较简单，检修较方便。
广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。
为了强化生产，提高气流速度，使在乳化状态下操作时，称乳化填料塔或乳化塔。
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。
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3.1.2 填料塔发展历程70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有绝对优势，出现过许多新型塔设备，70年代初能源危机的出现，突出了节能问题。
随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，此后的20多年间，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔内件，特别是新型高效规整填料的不断开发与应用，冲击了蒸馏设备以板式塔为主的局面，且大有取代板式塔的趋势。
最大直径规整填料塔已达14～20m，结束了填料塔只适用于小直径塔的历史。
这标志着填料塔的塔填料、塔内件及填料塔本身的综合设计技术进入了一个新阶段。
纵观填料塔的发展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始终十分活跃，尤其是新型规整填料不断涌现，所以当时有人说是规整填料的世界。
但就其整体来说，塔填料结构的研究又始终是沿着两个方面进行的，即同步开发散堆填料与规整填料。
另一个研究方向是进行填料材质的更换，以适应不同工艺要求，提高塔内气液两相间的传质效果，以及对填料表面进行适当处理(包括在板片上碾压细纹或麻点，在板片上粘接石英砂，表面化学改性等)，以改变液相在填料表面的润湿性填料塔从ACHEMA‘94和ACHEMA’97两届展览会展出情况来看，进入90年代后，填料的发展较慢，仿佛进入一个相对稳定期，或者说是处于巩固阶段。
如1994年展出的最具代表性的产品仍是Sulzer公司1991年展出的Optiflow规整填料，而1997年也只展出了一种新型填料的几何形状，即Raschig公司的Supekpak300型板式规整填料，其余都是一些老填料的新改进(如Rombopak改进型填料)。
填料领域最多的发展还是在气液分布器方面。
国外大公司对液体分布装置的研究较成熟，但对气体分布器的研究是几年前才起步的。
与此相反的是，近五六年来，塔器中板式塔技术却又有了明显的进步。
尽管如此，新型填料的开发与应用仍将会有发展，其重点亦仍是规整填料。