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1、目录设计任务书31概述41.1设计方案的选择41.2设计流程说明52塔的工艺计算62.1物性参数62.2回收塔的物料衡算72.2.1 原料液及塔顶和塔底产品的组成72.2.2 物料衡算72.3物料的进料热状况82.4理论板层数的求取92.4.1 求操作线方程92.4.2 求相对挥发度92.4.3 逐板法求理论板层数102.5 实际板层数的求取112.5.1 塔板效率的估算112.5.2 实际塔板数的计算123主要设备工艺尺寸设计123.1 各设计参数123.1.1 操作压力的计算123.1.2 操作温度的计算123.1.3平均摩尔质量计算123.1.4气相平均密度计算133.1.5液相平均密度
2、计算133.1.6液相平均表面张力计算143.1.7液体平均黏度143.2塔体工艺尺寸计算143.2.1塔径的计算143.2.2塔有效高度的计算163.3塔板主要工艺尺寸的计算163.3.1溢流装置的计算163.3.2塔板布置173.4塔板的流体力学验算183.4.1塔板压降183.4.2液面落差193.4.3液沫夹带193.4.4漏液193.4.5液泛203.5塔板负荷性能图203.5.1漏液线203.5.2液沫夹带线213.5.3液相负荷下限线213.5.4液相负荷上限线223.5.5液泛线223.6接管尺寸的确定233.6.1蒸汽管243.6.2进料管243.6.3塔底出料管244辅助设
3、备选型与计算254.1原料储罐与产品储罐255设计结果汇总266设计评述（结论）27主要符号说明（附录）28参考文献30致谢30附图30设计任务书一、 设计题目： 甲醇水分离板式精馏塔设计二、设计任务及操作条件1、 设计任务：生产能力（进料量） 36000 吨年操作周期 7200 小时年进料组成 10 （质量分率，下同）塔顶产品组成 43 塔底产品组成 0.8% 2、 操作条件操作压力 塔顶为常压 进料热状态 自 选 加热蒸汽： 低压蒸汽 3、 设备型式 筛板、浮阀塔板 4、 厂 址 安 徽 地 区 三、设计内容：1、设计方案的选择及流程说明2、塔的工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径
4、、塔高及塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4、辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、设计评述7、工艺流程图及精馏塔工艺条件图1 概述甲醇是最简单的饱和醇，也是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料，它广泛用于有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等工业中。在生产应用中需要高纯度的甲醇溶液，但因为甲醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的甲醇很困难。甲醇制取和提纯的方法有很多种, 最早由木材和木质素干馏制得，故俗称木醇。现代工业获取甲醇一般采用蒸馏，根据甲醇的高挥发性，如果想获得高纯度的甲醇则采取连续精馏的方法
5、。回流精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为液返回塔顶,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。连续精馏装置是典型的精馏设备，包括精馏塔、冷凝器、再沸器、回流泵及其他辅助设备安装组合。在甲醇的生
6、产和提纯的过程中，应考虑废气、废料的排放对环境的污染。国家为管理化工行业生产的污染物排放，硬性规定了污染物允许排放量。当工厂的污染物排放量达到了国家规定的污染物允许排放量，工厂必须在相关部门监督之下停止生产。污染物允许排放量是环境主管部门根据技术、经济、环境、管理等因素，对污染源某种污染物在一定时间内规定的污染物排放量。1.1 设计方案的选择本次课程设计的任务是分离甲醇和水的混合物。对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。设计中采用冷液进料。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
7、则。必须具体考虑如下几点：(1)满足工艺和操作的要求。首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定。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。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。(2)满足经济的要求。要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑。(3)满足安全生产的要求。甲醇属易燃有毒物料，不能让其蒸汽弥漫车间
8、，也不能使用容易发生火花的设备。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。1.2 设计流程说明原料由泵进入预热器进行预热使其达到设定的温度然后从塔顶进入精馏塔，塔底通加热蒸汽直接加热，塔顶上升蒸汽由全凝器冷凝。该物系属易挥发物系，最小回流比较小，塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。图1 板式精馏塔提馏段示意图本设计按以下几个阶段进行： 设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。 蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。 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
9、寸、泵等，并画出塔的操作性能图。 管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。 抄写说明书。 绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。2 塔的工艺计算2.1 物性参数表1 水的物性参数压强p10-5Pa温度t密度kg/m3比热容cp10-3J/kgK黏度105Pas表面张力103N/m1.010999.94.212178.7875.6110999.74.191130.5374.1420998.24.183100.4272.6730995.74.17480.1271.2040992.24.17465.3269.6350988.14.17454.9367.6760983.24.17846.986
10、6.2070977.84.16740.6064.3380971.84.19535.5062.5790965.34.20831.4860.71100958.44.22028.2458.84表2 甲醇的物性参数压强p10-5Pa温度t密度kg/m3比热容cp10-3J/kgK黏度103Pas表面张力103N/m1.0108092.3660.82524.50108012.4580.70023.29207922.5120.60022.07307822.5500.52420.87407722.5720.47019.67507642.6180.40018.50607542.6750.51017.33707
11、462.7300.31916.19807362.7700.27815.04907252.8310.24513.921007142.8920.22512.802.2 回收塔的物料衡算2.2.1 原料液及塔顶和塔底产品的组成甲醇的摩尔质量水的摩尔质量平均摩尔质量为：2.2.2 物料衡算总物料衡算 易挥发组分物料衡算 联立解得上式可得 2.3 物料的进料热状况因为是冷液进料，需具体算出的值。需要用到的相图数据如下表所示：表3 水甲醇体系平衡数据表XYt/XYt/xYt/0.0000.000100.0 0.1500.51784.4 0.7000.87069.3 0.0200.13496.4 0.200
12、0.57981.7 0.8000.91567.5 0.0400.23093.5 0.3000.66578.0 0.9000.95866.0 0.0600.30491.2 0.4000.72975.3 0.9500.97965.0 0.0800.36589.3 0.5000.77973.1 1.0001.00064.5 0.1000.41887.7 0.6000.82571.2 可得t-x-y平衡图：图2 水-甲醇平衡体系t-x-y图由图再结合产品组成可得 由 ，可查表1得：则 又 从而算得 2.4 理论板层数的求取 2.4.1 求操作线方程 2.4.2 求相对挥发度由，再根据上表3可得下表：表4 水-甲醇体系相对挥发度与温度的对应值温度相对挥发度96.47.58293.57.33292.17.09091.26.84389.36.61087.76.46484.46.06681.75.50180.15.209从而得： 2.4.3 逐板法求理论板层数重复算下去直至可得如下数据：板号YX10.4300.104320.3530.077730.2570.050840.1620.028950.08290.0137660.02870.00454从上表可知理论板层数为：块
