《化工原理课程设计-分离甲醇水溶液的精馏系统设计--精馏塔设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计-分离甲醇水溶液的精馏系统设计--精馏塔设计（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 南 京 理 工 大 学化工课程设计说明书作 者 :学 号：学院 (系 ): 化工学院专 业 : 化学工程与工艺题 目 : 甲醇水溶液精馏塔设计指导者： 评阅者： 2010 年 9 月老师 2010 级化工课程设计任务书一 设计题目分离甲醇水溶液的精馏系统设计精馏塔设计二 设计任务1 处理能力：4500kg/h；2 进料组成：甲醇含量 28%(质量，下同)，温度为 25；3 工艺要求：甲醇回收率为 97.5%，塔底甲醇含量 1%；4 操作条件：常压；5 设备型式：浮阀塔。三 设计内容1 设计方案的确定和流程说明2 精馏塔的工艺设计3 精馏塔的结构设计4 精馏塔的强度设计5 其他主要设备的选型四
2、 设计要求1 设计说明书一份；2 设计图纸：a 工艺流程图一张(采用 AutoCAD 绘制)；b 主要设备总装配图一张(A1);3 答辩。五 设计完成时间2010.8.232010.9.17 目录前言 . . 11 工艺设计. . 11.1 流程的确定及设计方案 . 11.1.1 塔板类型 . 11.1.2 加料方式 .11.1.3 进料状况 .21.1.4 塔顶冷凝方式 . 21.1.5 回流方式 .21.1.6 加热方式 .21.1.7 操作压力 .21.2 精馏塔的设计计算 .21.2.1 基本数据确定计算 .21.2.2 回流比的确定81.2.3 各段气液流量91.2.4 塔板数的确定
3、101.2.5 塔径的初步设计111.3 精馏段，提馏段数据结果汇总131.4 塔板的设计计算 141.4.1 溢流装置 141.4.2 塔板的设计 141.4.3 塔的负荷性能图 181.5 工艺设计汇总表 .242 结构及强度设计 .242.1 接管 .242.1.1 进料管 .242.1.2 回流管 .252.1.3 塔釜出料管 .252.1.4 塔顶蒸汽出料管 .252.1.5 塔釜进气管 .262.1.6 法兰的选择 .262.2 塔顶吊柱 .262.3 除沫器 .272.4 筒体与封头 .272.5 裙座 282.6 人孔 .292.7 塔的总体高度 .312.8 塔所受的载荷 .
4、322.8.1 重力载荷 .322.8.2 风载荷 .333 辅助设备的选型及校核 .333.1 原料预热器的选择 333.2 泵的选取 .343.3 冷凝器和再沸器 .34课程设计小结 .35参考文献 .37前言塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一，它可使气（或汽）液进行紧密接触，达到传质和传热的目的。可在塔设备中完成的常见单元操作有：精馏、吸收、解析和萃取。常用分类是根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶
5、梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。本设计的目的是分离甲醇水混合液，且处理量较大，故选用板式塔。1 工艺设计11 设计方案及流程的确定111 塔板类型精馏塔的塔板类型共有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，阀片可随气流量大小而上下浮动，在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作，气液接触时间长，因此塔板效率高。本设计采用浮阀塔板。112 加料方式加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用泵直接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。故本设计采用
6、泵直接加料。113 进料状况进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段与提馏段塔径基本相等，制造方便。故本设计采用泡点进料。114 塔顶冷凝方式甲醇与水不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。115 回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。本设计处理量较大，所需塔板数多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。116 加热方式加热方式分为直接蒸气和
7、间接蒸气加热。直接蒸气加热在一定回流比条件下，塔底蒸气对回流液有稀释作用，从而会使理论塔板数增加，设备费用上升。故本设计采用间接蒸气加热方式。117 操作压力甲醇和水在常压下相对挥发度相差比较大，因此在常压下也能比较容易分离，故本设计采用常压精馏。1.2 精馏塔的设计计算1.2.1 基本数据确定与计算(1) 全塔物料衡算 甲醇摩尔质量32.04kg/kmol；水摩尔质量18.02kg/kmol原料液组成 xF（摩尔分数，下同）：xF= =0.179=17.9% （11）28/3.04712=97. 5即 =0.975 （12）*D塔底组成 xW：x W= =0.00565=0.565% （13
8、）/.1320498原料液的平均摩尔质量 M：M=0.17932.04+(1-0.179)18.02=20.53kg/kmol （14）进料量 F：F=4500kg/h=4500/20.53=219.2kmol/h物料衡算式：F=D+W （15）FxF=DxD +WxW =0.975 （16）*x其中 D 为塔顶产品流量，kmol/L;W 为塔釜残液流量， kmol/L联立解得：D=45.586.kmol/h, W=173.614kmol/h, XD=0.859(2) 各种定性温度表 1 甲醇水平衡数据 【1】平衡温度 t/ 液相甲醇 x% 气相甲醇 y% 平衡温度 t/ 液相甲醇 x% 气相
9、甲醇 y%100 0 0 73.8 46.20 77.5692.9 5.31 28.34 72.7 52.92 79.7190.3 7.67 40.01 71.3 59.37 81.8388.9 9.26 43.53 70.0 68.49 84.9285.0 13.15 54.55 68.0 85.62 89.6281.6 20.83 62.73 66.9 87.41 91.9478.0 28.18 67.75 64.7 100 10076.7 33.33 69.18利用表 1 中数据，采用内差法计算求得一下温度进料温度 tF： tF=82.90 同理求得：Ft85.085.016327931
10、塔顶气相温度 tDV=68.49 塔顶液相温度 tDL=68.2塔底气相温度 tWV=99.86 塔底液相温度 tWL=99.24则精馏段平均温度 t1= =76.44FDLt2提馏段平均温度 t2= =91.07W(3) 密度表 2 不同温度甲醇水的密度 【2】温度 50 60 70 80 90 100甲醇 kg/m3 750 741 731 721 713 704水 kg/m3 988 983 978 972 965 958对于混合液体的密度 （其中 a 为质量分率） （17）ABLa1【3】对于混合气体的密度 （其中 M 为平均摩尔质量）（ 18）0VTp2.4a.精馏段t1=75.55
11、液相组成 x1 得 x1=38.43%1x3.46.203.78756气相组成 y1 得 y1=72.34%2y84-9.9.则液相平均摩尔质量ML1=0.383432.04+(1-0.3848)18.02=23.42kg/kmol （19）气相平均摩尔质量MV1=0.723432.04+(1-0.7234)18.02=28.16kg/kmol （110）由表 2 数据 得 甲 =725.45 kg/ m3 8075.70131n同理 得 水 =974.67kg/ m3 （110）.9-98naA=32.04x1/32.04x 1+18.02(1-x1)=0.5263 （111）aB=1- a
12、A=0.4737L1 =0.5363736.59+0.4737980.14 得 L1=816.87kg/ m3=0.9848 kg/ m300V1V1TpM23.58.162.4.4(7)b.提馏段t2=91.07 液相组成 x2： 得 x2=6.97%2x5.317.6903.907气相组成 y2： 得 y2=36.55%y8441-8.则液相平均摩尔质量ML2=0.069732.04+(1-0.0697)18.02=19.00kg/kmol （112）则气相平均摩尔质量MV2=0.365532.04+(1-0.3655)18.02=23.14kg/kmol （113）由表 2 数据 得 甲 ， =712.04 kg/m310-9.7-07431甲同理 得 水 ， =9
