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1、 南京工业大学 化工原理专业课程设计设计题目 常压甲醇水筛板精馏塔设计 学生姓名 班级、学号 指导教师姓名 居沈贵 课程设计时间课程设计成绩设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力及设计过程表现，20%设计答辩及回答问题情况，10% 设计最终成绩（五级分制）指导教师签字 授课：XXX南 京 工 业 大 学设计题目：常 压 甲醇水 筛 板 精 馏 塔 的 设 计 设计条件：体系：甲醇水体系 已知：进料量F= 220 kmol/h进料浓度ZF= 0.2 （摩尔分数，下同）进料状态：q 1 操作条件：塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。塔顶冷凝水采用深井水
2、，温度t12；塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用3kgf/cm2水蒸汽 全塔效率ET = 52%分离要求： XD= 0.995 ；XW= 0.002 ；回流比R/Rmin =1.6 。指导教师: 居沈贵 王重庆 2008 年 6月 16 日 一前言31.精馏与塔设备简介52.体系介绍5授课：XXX3.筛板塔的特点64.设计要求:6二、设计说明书6三设计计算书71.设计参数的确定71.1进料热状态71.2加热方式71.3回流比（R）的选择71.4 塔顶冷凝水的选择82.流程简介及流程图82.1流程简介83.理论塔板数的计算与实际板数的确定83.1理论板数计算83.1.1物料衡算83.1.2 q线方
3、程93.1.3 Rmin和R的确定93.1.4精馏段操作线方程的确定93.1.5精馏段和提馏段气液流量的确定93.1.6提馏段操作线方程的确定93.1.7图解法求解理论板数如下图:103.2实际板层数的确定104精馏塔工艺条件计算104.1操作压强的选择104.2操作温度的计算114.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算114.3.1 密度及流量114.3.2液相表面张力的确定：124.3.3 液体平均粘度计算134.4塔径的确定134.4.1精馏段134.4.2提馏段144.5塔有效高度154.6整体塔高155.塔板主要工艺参数确定165.1溢流装置165.1.1堰长lw165.1.
4、2出口堰高hw165.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af165.1.4降液管底隙高度h0175.2塔板布置及筛孔数目与排列17授课：XXX5.2.1塔板的分块175.2.2边缘区宽度确定175.2.3开孔区面积Aa计算175.2.4筛孔计算及其排列186.筛板的力学检验186.1塔板压降186.1.1干板阻力hc计算186.1.2气体通过液层的阻力Hl计算196.1.3液体表面张力的阻力计算h计算196.1.4气体通过每层塔板的液柱高hp196.2 筛板塔液面落差可忽略196.3液沫夹带196.4漏液206.5液泛207.塔板负荷性能图217.1漏液线217.2液沫夹带线217.3液相负荷下限
5、线227.4液相负荷上限线227.5液泛线237.6操作弹性238.辅助设备及零件设计258.1塔顶冷凝器（列管式换热器）258.1.1估算换热面积258.1.2计算流体阻力268.1.1计算传热系数268.2釜式再沸器288.3原料预热器288.4管路设计298.4.1釜残液出料管298.4.2回流液管308.4.3再沸器蒸汽进口管308.2.4 塔顶蒸汽进冷凝器出口管30 8.2.5冷凝水管308.5冷凝水泵）319.设计结果汇总3210. 参考文献及设计手册34四设计感想34授课：XXX一前言1.精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论
6、依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。例如，设计所选取的甲醇-水体系，加热甲醇（沸点64.5）和水（沸点100.0）的混合物时,由于甲醇的沸点较水为低,即甲醇挥发度较水高,故甲醇较水易从液相中汽化出来。若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。这多次进行部分汽化成部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。在工业中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特
7、别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。 蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。工业中的蒸馏多为多组分精馏，本设计着重讨论常压下的双组分精馏，即苯-甲苯体系。在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馏，萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。筛板塔在十九世纪初已应
8、用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本设计讨论的就是筛板塔。2. 体系介绍甲醇水体系汽液平衡数据 (101.325kPa)：x0.00.020.040.060.080.100.150.20y0.00.1340.230.3040.3650.4180.5
9、170.579t/100.096.493.591.289.387.784.481.7x0.30.40.50.60.70.80.90.951.0y0.6650.7290.7790.8250.870.9150.9580.9791.0t/7875.373.171.269.367.5666564.5由，算得各个组分下相对甲醇对水的相对挥发度：t/96.493.591.289.387.784.481.77.582 7.169 6.843 6.610 6.464 6.066 5.501 t/7875.373.171.269.367.566654.632 4.035 3.525 3.143 2.868 2.
10、691 2.534 2.454 相差较大，故用作图法求理论板数。授课：XXX3.筛板塔的特点筛板塔板简称筛板，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，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、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，但若设计和操作不当，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
11、，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，弥补了上述不足，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。4.设计要求:设计条件：体系：甲醇-水体系 已知：进料量F=220 kmol/h进料浓度ZF= 0.2（摩尔分数，下同）进料状态：q 1 操作条件：塔顶压强为4 kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。塔顶冷凝水采用深井水，温度t12；塔釜加热方式：间接蒸汽加热 全塔效率ET = 52%分离要求： XD= 0.995 ；XW= 0.002 ；回流比R/Rmin =1.6 。二、设计说明书（1） 设计单元操作方案简介 蒸馏过程按操作方式的不同，分
12、为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。故分离苯-甲苯混合物体系应采用连续精馏过程。蒸馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。（2） 筛板塔设计须知（1）筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。对于气、液恒摩尔流的塔段，只需任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常选上面第一块塔板进行设计；全塔最下面一段塔段，通常选最下面一块塔板进行设计。这样计算便于查取气液相物性数据。授课：XXX （2）若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，若不同塔段塔板的筛孔数、空心
