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1、黄 河 水 利 职 业 技 术 学 院守诚 求新 创业 修能 黄 河 水 利 职 业 技 术 学 院毕业论文（设计）报告题目：甲醇-水精馏塔的设计学 生：xxx指导教师：xxx专 业：应用化工技术2班2013年 12 月 25 日甲醇-水精馏塔的工艺设计作者：xxx 单位：黄河水利职业技术学院应用化工技术02班 河南开封 475003摘要：塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。本设计对甲醇-水分离过程筛板精馏塔装置进行了设计，主要进行了以下工作：1、对主要生产工艺流程和
2、方案进行了选择和确定。2、对生产的主要设备筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括：精馏塔的物料衡算；塔板数的确定；精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；精馏塔的塔体工艺尺寸计算；精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算。3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。本设计简明、合理，能满足初步生产工艺的需要，有一定的实践指导作用。关键词：甲醇-水 分离过程 精馏塔 目录1 精馏塔设计任务和概述11.1简介11.2 设计任务及要求12 计算过程32.1精馏塔的工艺计算3 2.1.1精馏塔的物料衡算32.1.2物料衡算32.2 塔板数的确定42.2.1 理论板层数NT的
3、求取42.2.2 实际板层数的求取52.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算52.3.1操作压力的计算52.3.2操作温度的计算52.3.3 平均摩尔质量的计算52.3.4 平均密度的计算62.3.5液相平均表面张力的计算72.3.6 液体平均粘度的计算82.4 精馏塔的塔底工艺尺寸计算82.4.1塔径的计算82.4.2 精馏塔有效高度的计算92.5 塔板主要工艺尺寸的计算102.5.1溢流装置的计算102.5.2 塔板布置122.6 筛板的流体力学验算132.6.1 塔板压降132.6.2 液面落差142.6.3 液沫夹带142.6.4 漏液152.6.5 液泛153管径的计算153.1
4、管径的选择153.1.1加料管的管径153.1.2塔顶蒸汽管的管径163.1.3回流管管径163.1.4料液排出管径16总结17参考文献21致谢221 精馏塔设计任务和概述 1.1简介甲醇最早是用木材干馏得到的，因此又叫木醇，是一种易燃的液体，沸点65，能溶于水，毒性很强，误饮能使人眼睛失明，甚至致死。由于甲醇和水不能形成恒沸点的混合物，因此可直接用常压蒸馏法把大部分的水除去，再用金属镁处理，就得无水甲醇。甲醇在工业上主要用来制备甲醛，以及作为油漆的溶剂和甲基化剂等。本设计进行甲醇和水的分离，采用精馏塔，选取效率较高、塔板结构简单、加工方便的单溢流方式，并采用了弓形降液盘。该设计的优点：1.操
5、用、调节、检修方便；2.制造安装较容易；3.处理能力大，效率较高，压强较低，从而降低了操作费用；4.操作弹性较大。 目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。 1.2 设计任务及要求原料：甲醇水混合溶液，处理量为100kmol/h,其中甲醇的含量为0.4（摩尔分数，下同）；原料液温度为泡点温度。要求：塔顶甲醇的含量不小于0.95，塔底甲醇的含量不大于0.04。 1、精馏塔的物料衡算 2、塔板类型及塔板数的确定 3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 5、塔板主要工艺的计
6、算和流体力学 6、馏塔接管尺寸计算 7、对设计过程的评述和有关问题的讨论 设计图纸要求 1、绘制工艺流程图 2、绘制精馏塔设计条件图 3、编写设计说明书一份 甲醇-水溶液平衡参数：温度t/液相摩尔分数x气相摩尔分数y相对挥发度10000096.42%13.40%7.58198614393.54%23.40%7.33159268991.26%30.40%6.84291187789.38%36.50%6.6102362287.710%41.80%6.46391752684.415%51.70%6.06556245781.720%57.90%5.5011876487830%66.50%4.63184
7、079675.340%72.90%4.03505535173.150%77.90%3.52488687871.260%82.50%3.14285714369.370%87%2.86813186867.580%91.50%2.6911764716690%95.80%2.5343915346595%97.90%2.45363408564.5100%100%2 计算过程 2.1精馏塔的工艺计算 2.1.1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。甲醇的摩尔质量 水的摩尔质量 原料液的摩尔组成： (2) 原料液
8、的平均摩尔质量原料液的平均摩尔质量： 2.1.2物料衡算 原料处理量 总物料衡算 甲醇的物料衡算 联立解得 由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点。2.2 塔板数的确定2.2.1 理论板层数NT的求取甲醇水属非理想体系，但可采用逐板计算求理论板数。查得甲醇水体系的相对挥发度=4.454（详见附录一（1）求最小回流比采用泡点进料 则有气液平衡方程求得 故最小回流比为 可取操作回流比R=1.1Rmin=0.853315742（详见附录一（2）塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 L=RD V=(R+1) D L=L+F V=V 求操作线方程 精馏段操作线方程为: 提馏段操作线方程为: 汽液平
9、衡方程为： 逐板计算法求理论塔板数 由公式，代入数据可得： 总理论板层数： （包括再沸器） 进料板位置： 2.2.2 实际板层数的求取取全塔效率为0.52，则有 精馏段实际板层数 提馏段实际层数 2.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.3.1操作压力的计算塔顶操作压力 每层板的压降 进料板压力 塔底压力 精馏段平均压力 提馏段平均压力 2.3.2操作温度的计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点塔顶温度进料处温度塔釜温度精馏段平均温度 提馏段平均温度 2.3.3 平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算由由平衡曲线得：进料板平均摩尔质量的计算由逐板计算得： 塔底平均摩尔质量的计算
10、由逐板计算得： 精馏段平均摩尔质量：提馏段平均摩尔质量：2.3.4 平均密度的计算气相平均密度的计算有理想气体状态方程计算，即精馏段提馏段 液相平均密度方程计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均密度的计算：由，查手册得 进料液相平均密度的计算由，查手册得 塔底液相平均密度的计算由T w=99.2611，查手册得 精馏段的平均密度 提馏段的平均密度 2.3.5液相平均表面张力的计算液相平均表面张力依下式计算 塔顶平均液相表面张力的计算由，查手册得 进料平均液相表面张力的计算由，查手册得 塔底平均液相表面张力的计算由，查手册得 精馏段平均液相表面张力 提馏段平均液相表面张力 2.3.6 液体平
11、均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算由，查手册得 进料液相平均粘度的 计算由，查手册得 塔底液相平均粘度的计算 由，查手册得 精馏段液相平均粘度提馏段液相平均粘度2.4 精馏塔的塔底工艺尺寸计算2.4.1塔径的计算精馏段气液相体积流率为取板间距，板上液层高度，则 H板间无液空间 取安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔经圆整后为 D=1.4m塔截面积为实际空塔气速为2.4.2 精馏塔有效高度的计算为了便于筛板塔的检修，塔壁上应开若干人孔。开设人孔的位置为：塔顶空间、塔底空间各开一个，其他人孔的位置则根据下列原则确定：物料清洁，不需要经常清洗时，每隔68块塔板设一个人孔；
12、物料脏物，需经常清洗时，则每隔34块塔板设置一个人孔。设计时定位每8块板开一孔，则：孔数S=实际塔板/8=27/84在进料板上方开一人孔，其高度为0.8m实际塔高可按公式计算：式中：H塔高（不包括封头和裙座高），m Hd塔高孔间高，m Hb塔底空间高，m HT板间距，m N实际塔板数（不包括再沸器） Hf进料孔处板间距，m S手孔或人孔数（不包括塔顶、塔底空间所开入孔） HT开设手孔、人孔处板间距，m其中，Hd一般取1.21.5m,不宜太小，目的是有利于液滴的自由沉降，减少出场气体中液滴的夹带量。塔底空间Hb具有中间储槽的作用，一般釜液最好能在塔底有1015min的停留时间。因此，Hb可按残液量和塔径进行计算，也可取经验值。常取Hb=1.32m。进料孔处板间距决定于进料孔的结构形式及进料状况。为减少液沫夹带，Hf要比HT大，常取Hf=1.2
