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1、word第一章 设计任务书1.1 设计题目设计题目：甲醇水别离过程板式精馏塔的设计设计要求：年产纯度为99.5%的甲醇12000吨，塔底馏出液中含甲醇不得高于0.1%，原料液中含甲醇40%，水60%。1) 操作压力 常压 2) 进料热状态 自选 3) 回流比 自选 4) 塔底加热蒸气压力 0.3Mpa表压筛孔塔1.4 工作日每年工作日为330天，每天24小时连续运行。1.5 设计说明书的容(1) 流程和工艺条件确实定和说明(2) 操作条件和根底数据(3) 精馏塔的物料衡算； (4) 塔板数确实定； (5) 精馏塔的工艺条件与有关物性数据的计算； (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (7) 塔板
2、主要工艺尺寸的计算； (8) 塔板的流体力学验算； (9) 塔板负荷性能图； (10)主要工艺接收尺寸的计算和选取(11) 塔板主要结构参数表(12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论第二章 设计原如此确定设计方案总的原如此是在可能的条件下，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、低消耗的原如此。必须具体考虑如下几点：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围进展调节，必要时传热量也可进展调
3、整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)与其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建费用。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。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产本钱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，以与回流比和其他操作参数是否选得适宜等，均要作
4、全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最优方案。例如甲醇属易燃有毒物料，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。以上三项原如此在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原如此应作较多的考虑，对第二个原如此只作定性的考虑，而对第三个原如此只要求作一般的考虑。和类型2.2.1对塔设备的要求精馏所进展的是气(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)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生
5、产和需要，塔设备还得具备如下各种根本要求：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。操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大围的变动时，仍能在较高的传质效率下进展稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。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。结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。塔的滞留量要小。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
6、些也是互相矛盾的。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，进展选型。2.2.2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。目前从国外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔与泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： 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
7、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。 筛板塔的缺点是：塔板安装的水平度要求较高，否如此气液接触不匀。操作弹性较小(约23)。小孔筛板容易堵塞。第三章 设计步骤 本设计按以下几个阶段进展：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、主要设备型式与其材质的选取等进展论述。 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，进展流体力学校核计算。接收尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。 管路与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。3.2 确定设计方案本
8、设计任务为别离甲醇水混合物。对于二元混合物的别离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部加回流至塔，其余局部经产品冷却器后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。第四章 精馏塔的工艺计算4.1物料衡算原料液与其塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量为：水的摩尔质量为： 原料液摩尔分率：塔顶摩尔分率：塔底摩尔分率：原料液平均摩尔质量：塔顶产品平均摩尔质量塔底产品平均摩尔质量甲醇水属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 由手册查得甲醇水物系的气液平衡数据表1，绘出x-y图，见图。表1温度/
9、xy温度/xy100查得:y=0.647，xRmin=(xD-y)/(y-x)=0.99-0.647/(0.647-0.273)由于为泡点进料，如此q=1YX可知，总理论塔板数NT为12块(包括再沸器)进料板位置NF为自塔顶数起第9块。4.6 理论板层数NT的求取精馏段理论塔板数 NT=8块提馏段理论塔板数 NT=3块= D/(F)=99.83%第五章 精馏塔结构设计kmol/hV=.11 kmol/h精馏段的气、液相体积流率为 VS=VMVm/3600Vm=.1129.46/(36001.049)=0.9838 m3/s LS=LMLm/3600Lm319.99)/(3600787.33)=
10、0.000554 m3/s式子中，负荷因子由史密斯关联图如图5.1查得C20再求图的横坐标为Flv=L/V(l/v)=(0.000554/0.9838) 1.049)取板间距，HTm,板上清液层高度取hL=0.05m，如此HT-hL m由史密斯关联图得C20气体负荷因子C= C20(/20)(62.6/20)=0.0817 Umax取安全系数为0.8，如此空塔气速为 maxD=(4Vs/()1/2=(41.648) 0.50.6=1.1304 m2实际空塔气速为U实际m/sU实际/ Umax=1.458/2.06=0.71(安全系数在允许的围，符全设计要求)史密斯关联图图5.1Lkmol/hV
11、=.11kmol/h提馏段的气、液相体积流率为 VS=VMVm/3600Vm=(.1122.66)/(36003/sLS=LMLm/3600Lm19.96)/(3600510-6m3/s式中，负荷因子由史密斯关联图如图3查得C20再求图的横坐标Flv=L/V(l/v)510-6/0.8973)(907.51/0.8846)=1.310-4取板间距，HTm，板上清液层高度取hL=0.06m，如此HT-hL m由史密斯关联图，得知C20气体负荷因子C= C20(/20)(54.271/20)Umax(907.51/0.8846)-1=2.73 m/sD=(4Vs/()1/2=(4)/(3.14/2
12、.184)m0.6=1.13 m2实际空塔气速为U实际U实际/ Umax=1.93/2.73=0.707(安全系数在允许的围，符全设计要求)精馏段有效高度为 Z精=N精-1HT=15-1 m提馏段有效高度为 Z提=N提-1HT=6-10.40=2 m m故精馏塔有效高度为Z=Z精+Z提m塔板结构参数确实定 精馏段因塔径D=1.2m，所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。( 此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被广泛使用。)各项计算如下：1) 堰长lw可取lw=m2) 溢流堰高度hw由hw=hLhow选用平直堰，( 溢流堰板的形状有平直形
13、与齿形两种，设计中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上层液高度how由如下公式计算，即有 how=2.84/1000E(Lh/lw)(2/3)并由图液流收缩系数计算图，如此可取用E= ，如此how=m取板上清液层高度hL= m故 hw=m3) 弓形降液管的宽度Wd和截面积Af m 查可求得Af/AT=0. Wd/D=0.15 Af=0. m2 m并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即=3600 AfHT/Lh= 3600 (3600s5s 其中HT即为板间距0m，Lh即为每小时的体积流量验证结果为降液管设计符合要求。4降液管底隙高度hoho= Lh/3600lwuo取uom/s如此ho3600/(3600)= mmHw-ho m故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度hw=55mm。1) 塔板的分块因为D 800mm，所以选择采用分块式，查可得，塔板可分为3块。2) 边缘区宽度确定取Ws=Ws= 65mm ,Wc=35mm开孔区面积Aa按下面式子计算，如此有Aa=2xr2x2+ r2/180sin-1x/r其中 x=D/2(WdWs)r= D/2Wc并由Wd/D=0.125， 推出Wd由上面推出 Aam2本实验研究的物系根本上没有腐蚀性，可选用= 3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mm筛
