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1、 化工原理化工原理课程设计说明书课程设计说明书设计题目设计题目 年产 13 万吨甲醇水精馏塔的设计 学生姓名学生姓名 指导老师指导老师 学学 院院 化学化工学院 专业班级专业班级 化工 1 班 完成时间完成时间 2016 年 12 月 21 日 目录第一章 概 述 .11.1 精馏操作对塔设备的要求11.2 板式塔类型11.2.1 筛板塔 11.2.2 浮阀塔 21.3 精馏塔的设计步骤2第二章 设计方案的确定 .32.1 操作条件的确定32.1.1 操作压力 32.1.2 进料状态 32.1.3 加热方式 32.1.4 冷却剂与出口温度 32.1.5 热能的利用 42.2 确定设计方案的原则
2、42.2.1 满足工艺和操作的要求 42.2.2 满足经济上的要求 42.2.3 保证安全生产 4第三章 板式精馏塔的工艺计算 .53.1 物料衡算与操作线方程53.1.1 原料液及塔顶摩尔分率.53.1.2 原料液及塔顶平均摩尔质量.53.2 塔板数的确定63.2.1 理论版层数的求取 .6TN3.3 实际板层数的求取 83.3.1.液相的平均粘度 83.3.2.全塔效率和实际塔板数9TE3.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 93.4.1 平均压力.93.4.2 平均温度103.4.3 平均摩尔质量计算103.4.4 平均密度103.4.5 液相平均黏度123.4.6 汽液负荷计算 .
3、133.5 塔和塔板主要工艺尺寸计算 .143.5.1 精馏段143.5.2 提馏段153.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 .153.6.1 精馏段153.6.2 提馏段173.7 塔板上的流体力学验算 .183.7.1 精馏段183.7.2 提馏段203.8 塔板负荷性能图 .213.8.1 精馏段213.8.2 提馏段233.9 塔的有效高度.263.10 数据 27参考文献参考文献 32后记及其他后记及其他 33第一章第一章 概概 述述1.1 精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气（汽）、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气（汽）、液两相得到充分的
4、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）气（汽）、液处理量大，即生产能力大时，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。1.2 板式塔类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、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。1.2.1 筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1）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。（2）处
5、理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加 1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高 15左右。（4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低 30左右。筛板塔的缺点是：（1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。（2）操作弹性较小(约 23)。（3）小孔筛板容易堵塞。1.2.2 浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：1.3 精馏塔的设计步骤本设计按以下几个阶段进行：（1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条
6、件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。（5）抄写说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定2.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题
7、作些阐述。2.1.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。2.1.2 进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大（如酒
8、精与水的混合液）。2.1.4 冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。2.1.5 热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。2.2 确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，
9、这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。2.2.2 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。2.2.3 保证安全生产例如酒精属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。 hkmol08.18180057. 01320057. 0M0057. 030.449965. 012.26336. 042.712 WDXFXXhkmo
10、l30.44912.26342.712DFWhkmol12.263965. 099. 036. 042.712 XFXD%100FXDXWDFhkmol42.71204.23243301013FWDF wDF3 FD337故塔釜的摩尔分率联立，得总物料衡算原料处理量 3DFB2A3%5 .9618232983298X%0 .36185032503250Xkmolkg18MOHkmolkg32MOHCH塔顶产品摩尔分率原料液摩尔分率摩尔质量：摩尔质量：第三章第三章 板式精馏塔的工艺计算板式精馏塔的工艺计算精馏塔的工艺设计计算，包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能
11、的校核及绘出塔板的性能负荷图。3.1 物料衡算与操作线方程通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。物料衡算主要解决以下问题：3.1.1 原料液及塔顶摩尔分率（3-1） 3.1.2 原料液及塔顶平均摩尔质量（3-2） 3.1.3 物料衡算（3-3） (3-4)(3-5）(3-6) 3DF kmolkg51.3118965. 0132965. 0Mkmolkg04.231836. 013236. 0M 3D min73. 036. 071. 071. 0965. 0-xRqqq xyy3.2 塔板数的确定3.2.1 理论版层数的求取TN查得 甲醇水物系的气液平衡数
12、据表（3-1），绘制出甲醇水 xy 相 3-1表 3-1温度/xy温度/xy温度/xy1000.000.00084.40.150.51769.30.700.87096.40.020.13481.70.200.57967.60.800.91593.50.040.23478.00.300.66566.00.900.95891.20.060.30475.30.400.72965.00.950.97989.30.080.36573.10.500.77964.51.001.00087.70.100.41871.20.600.825甲醇水图 3-11. 求最小回流比2. 泡点进料： 由图（1）可以得到36
13、. 0xqFx71. 0yq最小回流比 （3-7） 2)1 ()1 (AAAA yxyx 3hkmol82.512VVhkmol962.12712.42249.70FLLhkmol82.51212.263949. 1D1RVhkmol249.70263.120.949RDL）（ 3y1yx）（得 3qq qx11xy）（）（3y45. 345. 4yx）（提馏段：）（精馏段：200499. 0x876. 10057. 082.51230.449x82.51212.962xVWxVLy1495. 0487. 0949. 1965. 0949. 1949. 0 1x1RRymmWmnnnDxxRx
14、取操作回流比为 （3-8）949. 073. 03 . 1R3 . 1Rmin由 根据表（3-1）数据得到不同温度下的挥发度，见表（3-2）挥发度 表（3-2）温度/挥发度温度/挥发度温度/挥发度96.47.58284.46.06671.23.14393.57.33281.75.50169.32.86891.26.84378.01.63267.62.69189.36.61075.34.03566.02.53487.76.46473.13.52565.02.454求取相对挥发度=4.45 （3-9）151514213. 求精馏塔的气液相负荷（3-10）（3-11）4. 操作线方程5. 采用逐板计
15、算法求理论版层数 2由 （3-12）将代入得相平衡方程45. 4由（1）（2）（3）式，自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶为全凝则965. 0y1DxWnxx 861. 0965. 045. 345. 4965. 0y45. 345. 4yx11 1由（3）式求得第一块板下降液组成为利用（1）式计算第二块板上升蒸汽组成为914. 0495. 0x487. 0y12交替使用（1）式和（3）式直到，后改用式（2）直到为止。Fnxx Wnxx 表（3-3）板数yx10.9650.86120.9140.70530.8380.53840.7570.41250.6960.340Fnxx 60.6330.27970.5190.19580.3610.11390.2060.0551100.09840.02391
