甲醇-水精馏塔

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1、合 肥 学 院Hefei University化工原理课程设计题 目: 甲醇水连续精馏塔的设计 系 别: 生物与环境工程系 专 业: 14生工（2）班 学 号: 姓 名: 指导教师: 于宙老师 2016年 12 月 18 日 目录一、前言- 5 -1.1精馏塔对塔设备的要求- 5 -1.2常用板式塔类型及本设计的选型- 5 -二、设计任务书要求及流程的确定和说明- 7 -2.1设计名称- 7 -2.2设计条件- 7 -2.3设计任务- 7 -2.4设计思路- 8 -2.5设计流程- 9 -三、精馏塔的工艺计算- 9 -3.1精馏塔的物料衡算- 9 -3.2求最小回流比- 11 -3.3理论板数

2、NT的计算以及实际板数的确定- 13 -3.4全塔效率- 15 -3.5实际塔板数- 15 -四、塔的工艺条件及有关物性数据计算- 15 -4.1操作压强- 15 -4.2操作温度- 16 -4.3平均分子量- 16 -4.4 平均密度- 17 -4.5 液体表面张力- 19 -4.6 液体粘度- 20 -4.7精馏塔的气液相负荷- 20 -五、主要工艺尺寸计算- 21 -5.1塔径- 21 -5.2溢流装置的确定- 23 -5.3塔板布置- 26 -5.4浮阀数目及排列- 27 -5.5精馏塔有效高度的计算- 29 -六、流体力学校核- 30 -6.1气相通过浮塔板的压力降- 30 -6.2

3、液泛的验算- 32 -6.3雾沫夹带的验算- 33 -6.4漏液验算- 34 -七、塔板负荷性能图- 35 -7.1以精馏段为例- 35 -7.2以提馏段为例- 38 -7.3负荷性能图及操作弹性- 41 -八、塔附件设计- 43 -8.1接管- 43 -8.2人孔- 45 -8.3视镜- 45 -8.4支座- 45 -8.5塔盘- 45 -8.6除沫器- 45 -8.7法兰的选取- 46 -九、主要辅助设备的计算及选型- 46 -9.1原料液加热器- 46 -9.2釜液再沸器- 47 -9.3馏出蒸汽冷凝器- 48 -9.4产品冷却器- 49 -十 塔体附件工艺尺寸的确定- 50 -10.1

4、筒体工艺尺寸的确定- 50 -10.2封头的设计- 50 -10.3裙座- 51 -十一 设计结果- 51 -物料衡算结果表10- 51 -精馏塔工艺条件及有关物性数据计算结果- 52 -浮阀塔板工艺设计结果- 52 -十二、结束语- 53 -参考文献- 54 -十三、附录- 55 -致 谢- 58 -一、前言 塔器作为汽-液和液-液进行传质与传热的重要设备，广泛应用于炼油、石油化工、精细化工、化肥、农药、医药、环保等行业的物系分离，涉及蒸(精)馏、吸收、解吸、汽提、萃取等化工单元操作。塔器可分为板式塔和填料塔。1.1精馏塔对塔设备的要求精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为

5、精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： （1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。 （2）效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 （3）流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 （4）有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 （5）结构简单，造价低，安装检修方便。 （6）能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。1.2常用板式塔类型及本设计的选型常

6、用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。其中浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点。所以在此我们使用浮阀塔，浮阀塔的突出优点是结构简单，造价低，制造方便；塔板开孔率大，生产能力大等。 浮阀塔的优点是： 1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。

7、 2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。 但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广

8、。 近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。本次课程设计主要设计的是板式塔中的F1型浮阀塔。（如下图一所示） 图1 浮阀（F1型）本设计书介绍的是浮阀塔的设计，其中包括设计方案的确定、塔主要设备的工艺设计计算。二、设计任务书要求及流程的确定和说明2.1设计名称 甲醇-水连续精馏塔的设计 2.2设计条件（1）操作条件 1) 塔顶压力4KPa（表压）2) 进料热状态：饱和液体进料（q=1） 3) 回流比R=2Rmin4) 采用间接蒸汽加热塔底加热，蒸汽压力：0.5MPa( 表压 )5) 单板压降0.7KPa（2）塔板类型浮阀塔（

9、F1型）（3） 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。（4） 厂址厂址：安徽省合肥市2.3设计任务 完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔装配图，编写设计说明书。 设计内容包括： 1、 精馏装置流程设计与论证 2、 浮阀塔内精馏过程的工艺计算 3、 浮阀塔主要工艺尺寸的确定 4、 塔盘设计 5、 流体力学条件校核、作负荷性能图 6、 主要辅助设备的选型 4、 设计说明书内容 1、 目录 2、 概述（精馏基本原理） 3、 工艺计算 4、 结构计算 5、 附属装置评价 6、 参考文献 7、对设计自我评价2.4设计思路 首先，甲醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的

10、时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入甲醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。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

11、终，完成甲醇和水的分离。2.5设计流程 甲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。三、精馏塔的工艺计算3.1精馏塔的物料衡算（1） 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率已知：进料液中甲醇的质量分数为25%，产品要求塔顶馏出液中水的质量分数不得高于5%。表1 水和甲醇的物理性质名称分子式相对分子质量kg/kmol密度20沸 点101.33kPa比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s热导率(20)/(m.)表面张力(20)N/m水H

12、2O18.029981004.1831.0050.59972.8甲醇CH3OH32.04791.864.7 2.500.590.21222.6由化工物性参数手册有机卷P584查得：甲醇的摩尔质量： 水的摩尔质量：所以,进料组成： 馏出液组成： 釜液组成： 进料平均摩尔质量 所以, 3.2求最小回流比 3.2.1相对挥发度的计算1）根据全塔的物料衡算计算结果=0.898、=0.158、=0.0288和常压下甲醇和水的气液平衡数据（表2），用内插法求塔顶、塔釜及进料版的温度： 2）查化工原理教材P335页液体饱和蒸汽P0压安托因常数可知，在泡点进料温度下，即t=时，其安托因常数为：甲醇 A=7.1

13、9736,B=1574.99,C=238.86 水 A=7.07406,B=1657.46,C=227.02则由安托因方程有 ，即kpa，即kpa 由上式可得 3.2.2求最小回流比表2 常压下甲醇-水的气液平衡表液相甲醇摩尔分数(x)气相甲醇摩尔分数(y)T/001000.020.13496.40.040.23493.50.060.30491.20.080.36589.30.10.41887.70.150.51784.40.20.57981.70.30.665780.40.72975.30.50.77973.10.60.82571.20.70.8769.30.80.91567.50.90.958660.950.979651164.5根据（表2）常压下甲醇-水的气液平衡数据作x-y图；在x-y图直角坐标系中做出平衡曲线和对角线，根据其q线方程为：，在x-y图中图1 x-y图对角线上自点F作出q线，该线与相平衡线 （a）