甲醇-水混合液筛板精馏塔设计

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1、化工原理课程设计化工原理课程设计第第 1 1 页页 共共 3030 页页攀枝花学院攀枝花学院生物与化学工程学院生物与化学工程学院化工原理课程设计化工原理课程设计设计题目：甲醇水混合液筛板精馏塔设计设计题目：甲醇水混合液筛板精馏塔设计姓名：姓名：学号：学号：年级：年级：20122012 级级指导老师：指导老师：设计时间：二设计时间：二 O O 一四年十二月一四年十二月化工原理课程设计化工原理课程设计第第 2 2 页页 共共 3030 页页设计任务书设计任务书一、设计条件一、设计条件年处理量：104500 吨料液初温：20料液浓度： 34.5% （甲醇质量分率）塔顶产品浓度：98%（甲醇质量分率）

2、塔底釜液含甲醇量不高于 1%(以质量计)每年实际生产天数：330 天（一年中有一个月检修）精馏塔塔顶压强：4KPa（表压）单板压降不超过 0.7KPa冷却水温度：20饱和水蒸汽压力：0.25MPa(表压)设备型式：筛板塔建厂地区压力：1atm二、设计任务二、设计任务完成精馏塔工艺设计，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制精馏工艺流程图，设备结构图，编制设计说明书。化工原理课程设计化工原理课程设计第第 3 3 页页 共共 3030 页页目目 录录第一章第一章 综述综述1.11.1 精馏原理及其在工业生产中的应用精馏原理及其在工业生产中的应用1.21.2 精馏操作对塔设备的要求（生产能力、

3、效率、流动阻力、操作精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性）弹性、结构、造价和工艺特性）1.31.3 常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型及本设计的选型 1.41.4 本设计所选塔的特性本设计所选塔的特性第二章第二章 工艺条件的确定和说明工艺条件的确定和说明2.12.1 确定操作压力确定操作压力2.22.2 确定进料状态确定进料状态2.32.3 确定加热剂和加热方式确定加热剂和加热方式 第三章第三章 流程的确定和说明（附流程简图）流程的确定和说明（附流程简图）3.13.1 流程的说明流程的说明 3.23.2 设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存

4、和输送、必要的检设置各设备的原因（精馏设备、物料的储存和输送、必要的检测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用）测手段、操作中的调节和重要参数的控制、热能利用）第四章第四章 精馏塔的设计计算精馏塔的设计计算4.14.1 物料衡算物料衡算 4.24.2 回流比的确定回流比的确定 4.34.3 塔板数的确定塔板数的确定4.44.4 工艺条件及物性数据计算工艺条件及物性数据计算 4.54.5 汽液负荷计算汽液负荷计算 （将结果进行列表）（将结果进行列表）4.64.6 精馏塔工艺尺寸计算（塔高、塔径、溢流装置、塔板布置及筛精馏塔工艺尺寸计算（塔高、塔径、溢流装置、塔板布置及筛化工原理课程设计化工

5、原理课程设计第第 4 4 页页 共共 3030 页页孔数目与排列）孔数目与排列）4.74.7 塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管塔板流动性能校核（液沫夹带量校核、塔板阻力校核、降液管液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核）液泛校核、液体在降液管中停留时间校核以及严重漏液校核） 4.84.8 塔板负荷性能图塔板负荷性能图第五章第五章 精馏塔附属设备设计精馏塔附属设备设计5.15.1 主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等）管、塔顶蒸汽管、塔底蒸汽管、人孔等）5

6、.25.2 塔顶冷凝器塔顶冷凝器/ /冷却器设计，热负荷、冷却器设计，热负荷、 冷却剂及其进、出口温度冷却剂及其进、出口温度5.35.3 塔底再沸器设计塔底再沸器设计5.45.4 原料预热器设计（原料预热器设计（2-32-3 选一项设计）选一项设计）5.55.5 泵的设计泵的设计第六章第六章 主要计算结果列表主要计算结果列表6.16.1 塔板主要结构参数表塔板主要结构参数表6.26.2 塔板主要流动性能参数表塔板主要流动性能参数表第七章第七章 设计结果的讨论和说明设计结果的讨论和说明第八章第八章 参考文献参考文献第九章第九章 课程设计总结课程设计总结化工原理课程设计化工原理课程设计第第 5 5

7、 页页 共共 3030 页页第一章第一章 综述综述1.11.1 精馏原理及其在工业生产中的应用精馏原理及其在工业生产中的应用 （1 1）精馏原理：）精馏原理：液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全 的分离。精馏利用混合物中各组分挥发度的不同将混合物进行分离。在精馏塔 中，塔釜产生的蒸汽沿塔逐渐上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降， 汽液两相在塔内实现多次接触，进行传质、传热，轻组分上升，重组分下降， 使混合液达到一定程度的分离。如果离开某一块塔板（或某一段填料）的汽相 和液相的组成达到平衡，则该板（或该填料段）称为一块理论板或一个理论级。 然而，在实际操作的塔板上或一段填料层

8、中，由于汽液两相接触时间有限，汽 液相达不到平衡状态，即一块实际操作的塔板（或一段填料层）的分离效果常 常达不到一块理论板或一个理论级的作用。要想达到一定的分离要求，实际操 作的塔板数总要比所需的理论板数多，或所需的填料层高度比理论上的高。（2 2）在工业生产中的应用：）在工业生产中的应用：在整个国民经济生产中，板式塔占有相当大的 比重，工业上应用最多、使用经验较为丰富的有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔和舌 型塔。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813 年)、筛板塔(1832 年)，其后， 特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出 现了大批新型塔板，如 S 型板、浮阀塔

9、板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式 波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要 的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。1.21.2 精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作精馏操作对塔设备的要求（生产能力、效率、流动阻力、操作弹性、结构、造价和工艺特性）弹性、结构、造价和工艺特性） 精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质所用的塔 设备，首先必须要能使气、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。 但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：（1 1）生产能力：）生产能力： 气、液处理量大，即生产能

10、力大时，仍不致发生大量的雾 沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。（2 2）效率：）效率：在条件允许下，保证拥有最高效率。（3 3）流动阻力：）流动阻力：流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将 大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还 将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。（4 4）操作弹性：）操作弹性：操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围 的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所 必须具有的可靠性。（5 5）结构：）结构：结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。（6 6）造价：）造价：制造价格便宜

11、，容易接受。（7 7）工艺特性：）工艺特性：耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修，塔内的滞留 量要小。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是化工原理课程设计化工原理课程设计第第 6 6 页页 共共 3030 页页互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体 要求，抓住主要矛盾，进行选型。1.31.3 常用板式塔类型及本设计的选型常用板式塔类型及本设计的选型 气-液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔， 也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气-液传质设备，其种类繁多，根据塔板 上气-液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔

12、、筛板塔、穿流多孔板塔、舌 形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。 根据指导老师的要求及各种塔板的比较，本设计选择的是筛板塔。1.41.4 本设计所选塔的特性本设计所选塔的特性（1 1）筛板塔的优点：）筛板塔的优点： 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的 60，为浮阀塔的 80左右； 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015；塔板效率高，比泡罩塔高 15左右； 压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右； 板上液面落差也比较小。 （2 2）筛板塔的缺点：）筛板塔的缺点：塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀； 操作弹性较小(约 23)； 小孔筛板容易堵塞。第二章第二章 工艺条件的

13、确定和说明工艺条件的确定和说明2.12.1 确定操作压力确定操作压力精馏操作可在常压、减压和加压下进行。应该根据处理物料的性质，兼顾 技术上的可行性和经济上的合理性原则。对热敏物料，一般采用减压操作，可 使相对挥发度增大，利于分离，但压力减小，导致塔径增加，要使用抽空设备。 对于物性无特殊要求的采用常压操作。 塔顶压力 KPaP325.105顶 单板压降 0.7KPaP 进料板压力 KPaPF525.10967 . 0325.105塔底压力 KPaPW025.113117 . 0325.105精馏段平均压力 KPaPn425.1072)525.109325.105(提留段平均压力 KPaPm2

14、75.1112)025.113525.109(2.22.2 确定进料状态确定进料状态进料热状态以进料热状态参数 q 表达，即原料液的千摩尔汽化热的热量进料变为饱和蒸气所需将 Kmol IIIIqLVFV1在实际生产中，加入精馏塔中的原料液可能有 5 种热状况：q1 时，为 低于泡点温度的冷液进料；q=1 时，为泡点下的饱和液体；05s，故，降液管尺寸合理。 （5）严重漏液校核筛板塔,漏液点气速4.40.00560.13hh/0uCowLLV（）精馏段smuOW/1 .10097. 1/83500353. 006. 013. 00056. 084. 04 . 4提馏段smuOW/4 .11838

15、. 0/93700483. 006. 013. 00056. 084. 04 . 4实际孔速:精馏段OWusmu/01.170,提馏段/24.170OWusmu，稳定系数:精馏段5 . 168. 11 .1001.170OWuuK化工原理课程设计化工原理课程设计第第 2020 页页 共共 3030 页页提馏段5 . 151. 14 .1124.17 0OWuuK均大于 1.5 小于 2,所以，设计无明显漏液符合要求。4.84.8 塔板负荷性能图塔板负荷性能图（1 1）漏液线）漏液线由4.430.00550.13hh/0uCowLLV（） 0min AVuS OWhhhwowL2 32.841000Lh