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1、 吉林化工学院 化工原理 课 程 设 计 题目 甲醇-水二元筛板精馏塔设计 教 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2021 年 12 月 22 日 题目 甲醇水二元筛板精馏塔的设计 设计条件：常压 P=1atm绝压 处理量：70kmol/h 釜液组成0.035 以上均为摩尔分率加料热状况 q=0.97 塔顶全凝器 泡点回流 2.0)Rmin 单板压降 设计任务：1 完成该精馏塔的工艺设计包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计计算。2 画出带控制点的工艺流程图2号图纸、精馏塔工艺条件图2号图纸。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。目录目录III摘要V第一章绪论1
2、筛板塔的特点1设计思路1第二章精馏塔的工艺设计2产品浓度的计算2平均相对挥发度的计算2最小回流比的计算和适宜回流比确实定3物料衡算4精馏段和提馏段操作线方程5逐板法确定理论板数及进料位置5实际塔板数及实际加料位置和全塔效率5第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算7物性计算7精馏塔主要工艺尺寸的计算12精馏塔的流体力学验算17塔板负荷性能图193.5 塔的接管24第四章热量衡算26比热容及汽化热的计算26热量衡算27结果汇总表29结束语32参考文献33主要符合说明34教师评分表37摘要在这次课程设计任务中，我们应用了化工原理精馏知识对甲醇-水二元筛板精馏塔进行了设计，使我们对课本知识进行了更深一步的
3、认识，并且对实际操作有了一定的了解。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较为完整的精馏设计过程。经计算，回流比R=1.01，实际塔板为18，其中精馏段7块，提馏段11块，最终计算塔高为14.69m，筛孔数1580个，精馏段操作弹性1.81，提馏段操作弹性2.02，符合要求。关键词：甲醇；水；实际塔板数；回流比；操作弹性；精馏段；提馏段。第一章绪论 筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板(孔径为38mm)和大孔径筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用小以小孔径筛板为主，大
4、孔径筛板多用于某些特殊场合(如别离粘度大、易结焦的物系)。筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。 应予指出，尽管筛板传质效率高，但假设设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述缺乏，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。全塔物料衡算求理论塔板数气液相负荷计算筛板塔设计流体力学性能校正画出负荷性能图全塔热量衡算塔附属设备计算 第二章精馏
5、塔的工艺设计1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：甲醇的摩尔质量： =32 水的摩尔质量：=18 表2-1甲醇-水Antdne常数1AB甲醇水当塔顶温度tD=时 联立，解得：782.78mmHg 进料温度 tF时 联立，解得：4mmHg 时 联立，解得：2292.56mmHg 相对挥发度 ： q=0.99 那么： 相平衡方程： 联立方程，解得：ye=0.8126, xe= 所以， 根据公式查吉利兰关联图2 绘制表2-2倍数RN0.797图2-1甲醇平衡曲线图取操作回流比原料处理量 F=70kmol/h总物料衡算 F=D+W甲醇的物料衡算FxF=DxD+Wxw联立，得 D= W=精馏段和提馏段操
6、作线方程精馏段操作线方程：yn+1=xn+提馏段操作线方程：由q=0.97得 Xq第一块塔板上升气相组成：y1=xD代入平衡曲线 得第一块塔板下降液相组成：再将x12，如此反复计算得如下结果： y2=0.9213，x2y3=0.8587，x3y4=0.7883，x4=0.49300.547=xq即第四块板为理论加料板位置，改用提馏段操作线方程计算如下：y5=0.7106，x5y6=0.5661，x6y7=0.3732，x7y8=0.2043，x8y9=0.1045，x90.035=xw所以，理论板数共9块(包括再沸器),第4块板加料，其中精馏段为3块板 精馏段： 块提馏段：=3.32 块全塔所
7、需实际板数：11+7=18块 全塔效率实际加料版为第8块第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算1.操作压力计算：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那么。对热敏物料，一般采用减压操作，可使相对挥发度增大，利于别离，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=101.3=101.3kPa 单板压降P=进料板压力pF塔底压力pw精馏段平均压力pm提留段平均压力pm =(1+)/2=kPa2.操作温度计算： 1x0y0t/100xyt/ (1)塔顶气、液，进料和塔底的温度分别为tD tF tW查表一，利用内插法，得塔顶温度：/1-0.87
8、41=( tLD-66.9)/(0.965-0.8741)得到 塔底(100-92.9)/(0-0.0531)=tw-92.9/0.035-0.0531得到 tW进料72.7-71.3/0.5292-0.5937=tF-71.3/(0.55-0.5937)得到 tF精馏段平均温度： 提馏段平均温度： 3.平均摩尔质量计算：塔顶温度：tD汽相组成yD： 进料温度：tF汽相组成yF：塔底温度：tW汽相组成yW：精馏段平均液相组成：精馏段平均汽相组成：提馏段平均液相组成：提馏段平均汽相组成： 、精馏段精馏段平均温度精馏段平均液相组成：精馏段平均汽相组成：精馏段液相平均分子量：精馏段气相平均分子量：液
9、相密度：气相密度：液相流量：气相流量：、提馏段提馏段平均液相组成：提馏段平均气相组成： 提馏段液相平均分子量：提馏段气相平均分子量： 液相密度：气相密度：液相流量：气相流量：4.液体平均外表张力计算：表3-2 甲醇、水密度、粘度、外表张力在不同温度下的值1温度5060708090100甲醇760751743734725716水甲醇水甲醇水 查图知：二元有机物-水溶液外表张力可用以下公式计算其中 上述诸式中 下标 W,O,S-分别代表水、有机物及外表局部； Xw，Xo-主体局部的分子数： Vw，Vo-主体局部的分子体积； w，o-分别为纯水、有机物的外表张力；对甲醇q=1。塔顶液相外表张力， 代入上式得：塔顶液外表张力：进料板液相外表张力tF, 代入上式得：进料液相外表张力： 塔底液相外表张力， 代入上式得：塔底液相外表张力：精馏段平均液相外表张力：提馏段平均液相外表张力：全塔平均液相外表张力： ： 得出： 得出： ： 得出： 得出：精馏段黏度：提馏段黏度： 精馏段欲求塔径应先求出空塔气速 u平安系数umax 功能参数：取塔板间距=0.45m，板上液层高度，那么别离空间：从史密斯关联图2，由于塔截面积：实际空塔气速：提馏段功能参数：取塔板间距=0.45m，板上液层高度，那么别离空间：从史密斯关联图查得：，由于 圆整取： D塔截面积：空塔气速：精馏段有效高度 提馏段有效高度
