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1、河南科技学院化工原理（下）课程设计题目： 处理量为55000吨/年的分离甲醇-水体系精馏分离板式塔设计 学 院：新科学院 专 业：生物工程 班 级：生工 102 姓 名： 李浩亮 学 号：2010030216 指导老师： 乔梅英 2012年5月13日甲醇的介绍以及精馏工艺设计摘要甲醇俗称木醇，是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。无色、透明、高度挥发、易燃液体,略有酒精气味,分子式。近年来，世界甲醇的生产能力进展速度较快。甲醇工业的迅速进展，是由于甲醇是多种有机产品的差不多原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开发了由煤转换为汽车燃料
2、的途径。近年来碳一化学工业的进展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化,总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料甲醇的价格还会稳步提高。国内又有一批甲醇项目在筹建。如此，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法是至关重要的。本计为分离甲醇水混合物。关于二元混合物的分离，应采纳连续精馏流程。设计中采纳泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采纳全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加
3、回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采纳间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，设计对其生产过程和要紧设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。由于设计中对文献的收索、查阅、记录都不全，设备的计算及选型都有较大的问题存在，从而选取的操作点的不是在最好的范围内，阻碍了设计的优良性。目录一、概要- 5 -1 设计题目- 5 -2 设计任务及操作条件- 5 -3 设计内容- 5 - 4 参考资料- 5 -二、计算过程- 6 -1 设计方案的确定- 6 -2 精馏塔的物料衡算- 6 -2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率- 6 -2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平
4、均摩尔质量- 6 - 2.3 物料衡算- 6 -3 塔板数的确定- 7 -3.1 理论板层数的求取- 7 - 3.1.1 相对挥发度的求取- 7 - 3.1.2 求最小回流比及操作回流比- 7 - 3.1.3 求精馏塔的气、液相符合- 8 - 3.1.4 求操作线方程- 8 - 3.1.5 采纳逐板法求理论板层数- 8 -3.2 实际板层数的求取- 9 - 3.2.1 液相的平均粘度- 9 - 3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度- 10 - 3.2.3 全塔效率和实际塔板数- 10 -4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算- 10 - 4.1 操作压力计算- 10 -4.2 操作温度计算
5、- 11 -4.3 平均摩尔质量计算- 11 -4.4 平均密度的计算- 11 - 4.4.1 气相平均密度计算- 11 - 4.4.2 液相平均密度计算- 12 -4.5 液体平均表面张力的计算- 12 -5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算- 13 -5.1塔径计算- 13 -5.2 精馏塔有效高度的计算- 14 -6 塔板要紧工艺尺寸的计算- 15 -6.1 溢流装置计算- 15 - 6.1.1 堰长- 15 - 6.1.2 溢流堰高度- 15 - 6.1.3 弓形降液管宽度和截面积- 15 - 6.1.4 降液管底隙高度- 16 -6.2 塔板布置- 16 - 6.2.1 塔板的分块- 16
6、- 6.2.2 边缘区宽度确定- 16 - 6.2.3 开孔区面积计算- 16 - 6.2.4 筛孔计算及排列- 17 - 7 塔板的流体力学验算- 17 - 7.1塔板压降- 17 - 7.1.1 干板阻力计算- 17 - 7.1.2 气体通过液层的阻力计算- 18 - 7.1.3 液体表面张力的阻力计算- 18 - 7.2 液面落差- 18 - 7.3 液沫夹带- 18 - 7.4 漏液- 19 - 7.5 液泛- 19 - 8 塔板负荷性能图- 20 - 8.1 漏液线- 20 - 8.2 液沫夹带线- 21 - 8.3 液相负荷下限线- 21 - 8.4 液相负荷上限线- 22 - 8
7、.5 液泛线- 22 - 9 筛板塔设计计算结果- 23 - 10 精馏塔接管尺寸计算- 25 - 10.1 塔顶蒸汽出口管的直径- 25 - 10.2 回流管的直径- 25 - 10.3 进料管的直径- 25 - 10.4 塔底出料管的直径- 26 -11 对设计过程的评述和有关问题的讨论- 26 -12 参考文献 - 26 -13 要紧符号讲明- 27 -14 设计图纸- 28 - 14.1生产工艺流程图1- 28 - 流程简图2- 28 - 14.2 绘制精馏塔设计条件图1- 29 -三、实习设计总结- 30 - 致谢- 30 -附图一- 31 -概要甲醇-水分离板式精馏塔的设计1、 设
8、计题目： 55000吨/年的甲醇-水体系精馏分离板式塔设计2、 设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（进料量）：55000吨/年 操作周期：7200小时/年 进料组成：40%甲醇、60%水（摩尔分率） 塔顶产品组成：95%甲醇 塔底产品组成：0.04%甲醇 2、操作条件： 操作压力：塔顶压强为常压 单板压降：75mm液柱 液柱进料热状态：泡点 加热方式：间接蒸汽加热3、设备型式：筛板式蒸馏塔4、厂址： 新乡地区三、设计内容 1、设计方案的选择及流程讲明 2、工艺计算 3、要紧设备工艺尺寸设计 （1）塔径及蒸馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校检 （3）塔板的负荷性能图 （4）
9、总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4、辅助设备选型与设计 5、设计结果汇总 6、工艺流程图及精馏塔工艺条件图 7、设计评述四、参考资料 1、石油化学工业规划设计院。塔的工艺计算、北京；石油化学工业出版社，19972、 化工设备技术全书编辑委员会。化工设备全书塔设备设计，上海；上海科学技术出版社，19883、 时钧，汪家鼎等。化学工程手册，北京；化学工业出版社，19864、 上海医药设计院。化工工艺设计手册（上、下），北京；化学工业出版社，19865、 陈敏恒、丛德兹等。化工原理（上、下册）（第二版），北京；化学工业出版社，20006、 大连理工大学化工原理教研室。化工原理课程设计，大连；大连理工
10、大学出版社，19947、 柴诚敏，刘国维，李阿娜。化工原理课程设计，天津；天津科学技术出版社，19958、 张颖、郝东升.化工工艺设计（第2版）.呼和浩特.内蒙古大学出版社.20059、 夏清、陈长贵等，化工原理，下册，天津；天津大学出版社，20051 设计方案的确定设计任务为分离甲醇-水混合物。关于二元混合物的分离，应采纳连续精馏流程。设计中采纳泡点进料，将料液通过预加热至泡点后进入精馏塔内。塔顶上升蒸气采纳全凝器冷凝，冷凝液在泡点下部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采纳蒸汽间接加热，塔底产品组成经冷却后送至储罐。（注：下标A表示CH5OH ， 下标B表示H2O)2
11、精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 =32.04kg/kmol水的摩尔质量 =18.02kg/kmol 2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量=0.432.04+(1-0.4)18.02=23.628kg/kmol=0.9532.04+(1-0.95)18.02=31.339kg/kmol2.3 物料衡算 原料处理量: F=5.5(3002423.628)=323.27kmol/h 总物料衡算：苯物料衡算：联立解得 ： W=187.24kmol/h D=136.03kmol/h3 塔板数的确定3.1 理论板层数的求取3.1.1 相对挥发度的求取由 再依照表
12、1数据可得不同温度下的挥发度表1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%4.63184079675.340%72.90%4.03505535173.150%77.90%3.52488687871.260%82.50%3.14285714369.370%87.00%2.86813186867.580%91.50%2.6911764716690%95.80%2.5343915346595%97.90%2.45363408564.5100%100% 因此 3.1.2 求最小回流比及操作回流比 泡点进料： 故最小回流比为 取操作回流比为 R=2=20.58=1.163.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 3.1.4 求操作线方程 精馏段操作线方程为 0.537+0.44 （） 提馏段操作线方程 （）3.1.5 采纳逐板法求理论板层
