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1、 机械工程学院过控系化工原理课程设计报 告设计题设计题目目 分离甲醇-正丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计 学学生姓名生姓名 李 阳 学学 号号 2012302332 指指导导老老师师 李雪斌 专业专业班班级级 过控 12-2 班 教师评语教师评语 成 绩- 1 -设计设计起止日期：起止日期：2014 年 1 月 1 日 至至2014 年 1 月 10 日化工原理课程设计- 0 -化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书1.1.设计题目：设计题目：分离甲醇丙醇二元物系浮阀式精馏塔的设计2.2.原始数据及条件：原始数据及条件：进料：甲醇含量 55%（质量分数，下同） ，其余为正丙醇分离要求：塔顶
2、甲醇含量 96%；塔底甲醇含量 4%生产能力：年处理甲醇-丙醇混合液 55000 吨（做完之后才发现看错年处理量，原为 35000 吨） ，年开工 330 天（一个月检修）操作条件：间接蒸汽加热；塔顶压强 1.03atm(绝压)； 泡点进料； R=5 3.3.设计任务：设计任务：（1） 完成该精馏塔的各工艺设计，包括设备设计及辅助设备选型。（2） 画出带控制点的工艺流程图、塔板版面布置图、精馏塔设计条件图。（3） 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。化工原理课程设计- 1 -目录第一章第一章 绪论绪论 4 第二章第二章 塔板的工艺设计塔板的工艺设计 5 2.1 精馏塔全塔物料
3、衡算 5 2.2 有关物性数据的计算 5 2.3 理论塔板数的计算 12 2.4 塔径的初步计算 14 2.5 溢流装置 15 2.6 塔板分布、浮阀数目与排列 16 第三章第三章 塔板的流体力学计算塔板的流体力学计算 18 3.1、气相通过浮阀塔板的压降 18 3.2、淹塔 19 3.3、雾沫夹带 20 3.4、塔板负荷性能图 20 3.4.1 物沫夹带线 20 3.4.2 液泛线 21 3.4.3 相负荷上限 21 3.4.4 漏液线 22 3.4.5 相负荷下限 22 3.5 浮阀塔工艺设计计算结果 23 第四章第四章 塔附件的设计塔附件的设计 25 4.1 接管.25 4.2 筒体与封
4、头.27 4.3 除沫器.27 4.4 裙座.27 4.5 人孔.27 第五章第五章 塔总体高度的设计塔总体高度的设计28 5.1 塔的顶部空间高度.28 5.2 塔的顶部空间高度.28 5.3 塔总体高度.28 第六章第六章 附属设备的计算附属设备的计算28化工原理课程设计- 2 -6.1 冷凝器的选择.28 6.2 再沸器的选择.30 主要符号说明主要符号说明32 结论结论34 参考文献参考文献34 感想感想35第一章第一章 绪论绪论精馏的基本原理是根据各液体在混合液中的挥发度不同，采用多次部分汽 化和多次部分冷凝的原理来实现连续的高纯度分离。在现代的工业生产中已经 广泛地应用于物系的分离
5、、提纯、制备等领域，并取得了良好的效益。其中主 要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板类型主要有泡罩塔板、浮阀塔板、筛 板塔板、舌形塔板、网孔塔板、垂直塔板等等,本次课程设计是浮阀塔。 精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液 相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在 相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推 动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻 组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。精馏广泛应用于石油,化工,轻 工等工业生产中,是液体混合物分离中首选分离方法。 本次课程设计是分离
6、甲醇丙醇二元物系。在此我选用连续精馏浮阀塔。 具有以下特点：(1) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 2040，而接近于筛板塔。(2) 操作弹性大，一般约为 59，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要 大得多。(3) 塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。(4) 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为 400660N/m2。(5) 液面梯度小。 (6) 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。 (7) 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的 6080,为筛板塔的 120130。 本次设计针对二元物系的精馏问题进行分析、计算、核算、绘图，是较完 整的精馏设计过程。精馏设计包括设计方
7、案的选取，主要设备的工艺设计计算 物料衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算、辅 助设备的选型、工艺流程图的制作、主要设备的工艺条件图等内容。通过对精 馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件、物 性参数及接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提化工原理课程设计- 3 -高。 本次设计结果为：理论板数为 25 块，塔效率为 48.0%，精馏段实际板数为 17 块，提馏段实际板数为 33 块，实际板数 50 块。进料位置为第 19 块板，在 板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为 1.4 米，设置了五个人孔，塔高 28.425 米，
8、通过浮阀板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。 关键词关键词：浮阀精馏塔、物料衡算、流体力学检验化工原理课程设计0第二章第二章 塔板的工艺设计塔板的工艺设计2.1 精馏塔全塔物料衡算精馏塔全塔物料衡算F:进料量(Kmol/s) XF:原料组成 D:塔顶产品流量(Kmol/s)XD:塔顶组成 W:塔底残液流量(Kmol/s)XW:塔底组成原料乙醇组成: XF= =69.6%6045 32553255塔顶组成: XD=97.8%604 32963296塔底组成: XW=7.2%6096 324324进料量: F=55 千吨/年=0.065Kmol/s360024300)6004. 03296
9、. 0(1000100055物料衡算式:F=D+W F XF=D XD+W XW 联立代入求解:D=0.045 Kmol/s W=0.020 Kmol/s2.2精馏段和提馏段的工艺条件及有关物性数据的计算精馏段和提馏段的工艺条件及有关物性数据的计算2.2.1 温度及平均相对挥发度温度及平均相对挥发度的计算的计算因为甲醇-丙醇可视为理想物系，故塔的平均相对挥发度的确定可运用安托 因方程和拉乌尔定律，采用试差法，通过 Excel 计算出:CtBAplg（2.1）BAB ppppx（2.2）双组分理想溶液相对挥发的计算5: 化工原理课程设计1BA pp（2.3）式中：p纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa
10、；t温度，；A、B、CAntoine 常数。由表5查得；x液相中易挥发组分的摩尔分数；p总压，kPa；pA、pB溶液温度 t 时纯组分 A、B 的饱和蒸汽压，kPa；相对挥发度。因为本设计中为常压操作，所以总压：p=104.36 kPa 甲醇和丙醇的 Antoine 常数：A、B、C 查液体蒸汽压的安托因常数表5得：甲醇： A=7. 19736 B=1574.99 C=238.86 丙醇： A=6.74414 B=1375.14 C=193.0 采用试差法，先在 Excel 中设计好相应表格，表格设计思路为：要计算某 一组成下混合液的泡点温度以及相对挥发度，则在 Excel 中假定一 t 值，
11、代入 公式 2.1 中计算出 pA、pB，再将计算得到 pA、pB值代入公式 2.2 中，计算出 相应的 x 值，若计算得到的 x 值与所求的混合液组成x值相同，则假定的 t 值 正确，同时可得到相应的 值。 计算结果见表 2.1.1。表 2.1.1 塔顶产品、塔底产品、进料液的泡点温度以及相对挥发度(1)精馏段平均温度:=68.91t2dftt 23 .725 .65(2)提留段平均温度:=83.132t2wftt 295.933 .722.2.2密度密度塔顶产品塔底产品进料液 xD = 0.978xW = 0.072xF = 0.696 tD=65.5tW=93.95tF=72.3 D=3.965W=3.258F=3.750化工原理课程设计2已知:混合液密度:（为质量分数） BBAAlaa 1混合气密度: 004 .22 TPMPT V塔顶温度: =65.5Dt气相组成: Dy1 (1)DD D DDxyx 99.4%Dy 进料温度: =72.3Ft气相组成： Fy1 (1)FF F FFxyx 89.57%Fy 塔底组成: =93.95Wt气相组成: Wy1 (1)WW W WWxyx 20.18%Wy(1)精馏段液相组成: 1x12DFxxx197.8%69.6%83.7%2x气相组成: 1y12DFyyy199.4%89.57%94.485%
