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1、食品工程原理课程设计说明书甲醇、水填料精馏塔的设计姓 名：学 号：班 级： 指导老师：目 录一 、设计任务书3二 、设计方案简介3三 、工艺计算 51基础物性数据5（1）液相物性的数据 5（2）气相物性数据 5（3）气液相平衡数据 5（4）物料衡算62填料塔的工艺尺寸的计算7（1）塔径的计算 7（2）填料层高度计算 9（3）填料塔附属高度及总高计算 11（4）填料层压降计算 11（5）液体分布器简要设计 12（6）吸取塔接管尺寸计算 13四、设计一览表13五、重要符号说明14六、参考文献15七、附图食品工程原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔 第一章 流程的拟定和说明一、
2、加料方式加料方式有两种，高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节省一笔动力费用。但由于多了高位槽，建设费用相应增长，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简朴、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。本次实验采用高位槽加料。二、进料状况进料状况一般有冷夜进料、泡点进料。对于冷液进料，当组成一定期，流量一定，对分离有利，节省加料费用。但冷液进料受环境影响较大，对于沈阳地区来说，存在较大温差，冷液进料会增长塔底蒸汽上升量，增大建设费用。采用泡点进料，
3、不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，股精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。三、塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反映，且容易冷凝，故使用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，本次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合规定。四、回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺陷是回流冷凝器回流控制较难。假如需要较高的塔解决量或板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。
4、并且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。五、加热方式加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使理论塔板数增长，费用增长。间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持本来的浓度，以减少理论塔板数，缺陷是增长加热装置，本次设计采用间接蒸汽加热。六、加热器采用U形管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。由于塔较小，可将加热器放在塔
5、即再沸器。这样釜液部分汽化，维持了原有浓度，减少理论塔板数。第二章 精馏塔的设计计算第一节 操作条件及基础数据一、操作压力精馏操作按操作压力可分为常压、加压和减压操作。精馏操作中压力影响非常大。当压力增大时，混合液的相对挥发度减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增大，对分离有利。但当压力太低时，对设备规定较高，设备费用增长。因此再设计时一般采用常压精馏。甲醇-水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。二、气液平衡时x、y、t数据气液平衡时，x、y、t数据如表1所示 表1 气液平衡关系表温度t/甲醇摩尔分数温度t/甲醇摩尔分数液相x/% 气相y/%液相x/% 气相y/
6、%1000 0 73.8 46.20 77.5692.9 5.31 28.34 72.7 52.92 79.7190.3 7.67 40.01 71.3 59.37 81.8388.9 9.26 43.53 70.0 68.49 84.9285.0 13.15 54.55 68.0 85.62 89.6281.6 20.83 62.73 66.9 87.41 91.9478.0 28.18 67.75 64.7 100 10076.7 33.33 69.18注：摘自化工工艺设计手册下册P710 表19-38（2）第二节 精馏塔工艺计算一、物料衡算15000kg/h,20%95%0.2%1.物料
7、衡算图2.物料衡算已知：=15000kg/h,质量分数：=20%,=95%,=0.2%=30.04kg/kmol,=18.02kg/kmol进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为、：进料平均相对分子质量：kg/h原料液：kmol/h总物料：易挥发组分：代入数据解得：塔顶产品的平均相对分子质量：kg/kmol塔顶产品质量流量：kg/kmol塔釜产品平均相对分子质量：kg/kmol塔釜产品质量流量：kg/h3.物料衡算结果表2 物料衡算结果表塔顶出料塔底出料进料质量流量/(kg/h)3127.98611875.5215000质量分数/%950.220摩尔流量/(kmol/h)101.446658.
8、434759.88摩尔分数/%91.40.11312.34.塔顶气相、液相、进料和塔底的温度分别为 、查表1，用内插法算得：塔顶：塔釜：进料：精馏段平均温度：提馏段平均温度5.平均相对挥发度取曲线上两端点温度下的平均值查表1可得：时，时，所以 6.回流比的拟定作图法由图可知：40.05所以，得：1.26又操作回流比R可取： R=(1.12)Rmin所以 R=2Rmin=21.26=2.55二、热量衡算1.热量示意图2.加热介质的选择常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸气冷凝时得传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道
9、气温度可达1001000，合用于高温加热。烟道气的缺陷是比热容及传热系数很低，加热温度控制困难。本设计选用300kPa（温度为133）的饱和水蒸气作为加热介质。水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不仅成本会相应减少，塔结构也不复杂。3.冷却剂的选择 常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受本地气温限制，冷却水一般为1025.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。本设计建厂地区为沈阳。沈阳市夏季最热月份平均气温为25，故选用25的冷却水，选升温10，即冷却水的出口温度为35.4.热量衡算（1）冷凝器的热负荷式中塔顶上升蒸汽的焓；塔顶馏出液的焓。又式中甲醇的蒸发潜热；水
10、的蒸发潜热。蒸发潜热的计算：蒸发潜热与温度的关系式中对比温度。表3 沸点下蒸发潜热列表沸点/蒸发潜热/()/K甲醇64.71105513.15水1002257648.15注：摘自化工原理修订版，上册附录4(P328329)及附录18(P350351)。67.16时，甲醇：蒸发潜热：同理，水：蒸发潜热：所以所以(2)冷却水消耗量式中冷却水消耗量；kg/h;冷却介质在平均温度下的比热容，冷却介质在冷凝器进出口处的温度，。所以此温度下冷却水的比热容所以(3)加热器热负荷及全塔热量衡算列表计算甲醇、水在不同温度下混合物的比热容（单位：）塔顶塔釜进料精馏段提馏段甲醇(1)3.0793.5013.3143
11、.1983.448水(2)4.1834.2204.2034.1934.215精馏段：甲醇水提馏段：甲醇水塔顶流出液的比热容：塔釜流出液的比热容：为简化计算，现以进料焓，即81.85时的焓值为基准。根据表2可得：，对全塔进行热量衡算：所以 由于塔釜热损失为10%，则所以式中加热器抱负热负荷；加热器实际热负荷；塔顶馏出液带出热量；塔底馏出液带出热量。加热蒸汽消耗量：查得:kJ/kg (133.3 ,300kPa)(4)热量衡算结果表4 热量衡算结果表符号数值4796.8三、理论塔板数的计算由于本次设计时，相对挥发度是变化的，所以不可用简捷法，只能用作图法。精馏段操作线方程为 由于所选为泡点进料，所以q=1。由图可知，精馏塔理论塔板数为6块，其中精馏段3块，提馏段3块。第3节 精馏塔重要尺寸的设计计算一、 精馏塔设计的重要依据和条件表5 甲醇-水在不同温度下的密度（kg/m3）温度/甲醇水50760988.160751983.270743977.880734971.890725965.3100716958.4表6 甲醇-水在特殊点的粘度（mPa.s）物质甲醇水塔顶：66.200.3230.4218塔底：99
