浮阀精馏塔甲醇水化工原理课程设计概述

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1、青岛科技大学化工原理课程设计化工原理课程设计任务书一、 设计题目及任务设计题目：甲醇-水溶液连续精馏塔设计试设计一座甲醇-水溶液连续精馏塔，年产量为15000+（学号1000）吨，要求甲醇产品产品纯度为98%、99%、99.5%（1-10号同学数据为98%；11-20号同学数据为99%；21-30号同学数据为99.5%），塔顶易挥发组分的回收率为99%,原料液中含甲醇40%（以上均为质量分数）。二、 操作条件（1） 操作压力 常压（2） 进料热状态 20（3） 回流比 自选 （4） 塔底加热蒸汽压力（表压）（5） 年实际生产时间 7200h （6） 其他参数（除给出外）可自选三、 塔板类型自选

2、四、 设计内容（1）精馏塔的工艺计算（2）工艺流程图及主体设备图五、 设计说明书内容（1） 目录（2） 设计题目及原始数据（任务书）（3） 设计方案的确定及流程说明（4） 精馏塔的物料衡算（5） 塔板数的确定（用图解法求理论板数需提供用坐标纸绘制甲醇-水溶液的y-x图）（6） 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（7） 精馏塔的工艺尺寸计算（包括塔底、塔板）（8） 塔体的流体力学验算（9） 辅助装置的选定（10） 设计结果概要或设计一览表（主要设备尺寸、衡算结果等）（11） 对设计过程的评述和有关问题的讨论（12） 符号表（13） 设计参考资料（14） 图纸（1号图594841；二号图4205

3、94，实际打印时可以缩小打印）1、 带控制点及物流量的工艺流程图；2号图2、 精馏塔总体结构图（包括主要工艺尺寸、技术特性、接管表、重要附件图等）；1号图目录1设计题目及原始数据11.1设计题目：甲醇-水溶液连续精馏塔设计11.2操作条件12设计方案的确定及流程说明12.1塔设备的选定12.1.1浮阀塔22.2.2浮阀类型22.2进料热状态32.3进料方式32.3塔顶冷凝方式32.4回流方式32.5塔釜加热方式32.6总流程说明43精馏塔工艺计算43.1精馏塔的物料衡算43.1.1摩尔流量衡算43.1.2质量流量衡算53.2 相对挥发度的计算63.3 最小回流比及操作回流比的确定74塔板数的确

4、定74.1理论塔板数的计算74.2实际塔板数的计算95精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算105.1操作温度105.2操作压力105.3 塔顶条件下的流量及物性参数115.3.1塔顶气液相平均相对分子质量的计算115.3.2塔顶气液相密度的计算115.3.3塔顶液相粘度的计算125.3.4塔顶液相平均表面张力的计算125.3.5塔顶流量125.4 塔釜条件下的流量及物性参数135.4.1塔釜气液相平均相对分子质量的计算135.4.2塔釜气液相密度的计算135.4.3塔釜液相粘度的计算145.4.4塔釜液相平均表面张力的计算145.4.5塔釜流量145.5进料条件下的流量及物料参数155.5.1

5、进料气液相平均相对分子质量的计算155.5.2进料气液相密度的计算155.5.3进料液相粘度的计算155.5.4进料液相平均表面张力的计算165.5.5进料流量165.6精馏段的流量及物性参数165.6.1精馏段气液相平均相对分子质量165.6.2精馏段气液相密度165.6.3精馏段液相黏度175.6.4精馏段液相平均表面张力175.6.5精馏段流量175.7提馏段的流量及物性参数175.7.1提馏段气液相平均相对分子质量175.7.2提馏段气液相密度185.7.3提馏段液相黏度185.7.4提馏段液相平均表面张力185.7.5提馏段流量186精馏塔工艺尺寸计算206.1空塔气速的计算206.

6、1.1精馏段的计算206.1.2提馏段的计算216.2塔有效高度226.3塔径与实际空塔气速226.3.1精馏段的计算226.3.2提馏段的计算226.3.3实际空塔气速的计算226.4溢流装置236.4.1堰长236.4.2溢流堰高度236.4.3弓形降液管宽度和面积236.4.4 降液管底隙高度246.5塔板布置及浮阀数目与排列256.5.1浮阀数目计算256.5.2塔板布置与浮阀排列257塔板流体力学验算267.1气相通过浮阀塔板的压强降267.1.1干板阻力267.1.2板上充气液层阻力277.1.3液体表面张力所造成的阻力277.1.4压强降的计算277.2降液管中清液层高度287.

7、2.1液体通过降液管的压头损失287.2.2降液管的计算287.3雾沫夹带287.3.1板上液体流经长度287.3.2板上液流面积287.3.3泛点率298塔板负荷性能图308.1雾沫夹带线308.1.1精馏段的计算308.1.2提馏段的计算308.2液泛线318.2.1精馏段的计算318.2.2提馏段的计算328.3液相负荷上限线328.4漏液线328.4.1精馏段的计算338.4.2提馏段的计算338.5液相负荷下限线338.6塔板负荷性能图及操作弹性348.6.1精馏段348.6.2提馏段358.7浮阀塔板工艺设计计算结果369辅助设备及主要附件的选型设计379.1冷凝器的选择379.1

8、.1整体式379.1.2自流式379.1.3强制循环式379.2再沸器的选择389.3除沫器的选择389.4塔顶蒸汽出口管399.5人孔、裙座等附件设计399.5.1人孔399.5.2裙座399.5.3吊柱399.5.4泵399.5.5封头399.6预热器的选择409.7精馏塔实际高度计算与设计40设计结果及自我评价41精馏塔主要工艺尺寸与主要设计参数汇总表41自我评价42符号说明42参考文献43图纸43青岛科技大学化工原理课程设计1设计题目及原始数据1.1设计题目：甲醇-水溶液连续精馏塔设计试设计一座甲醇-水溶液连续精馏塔，年产量为15000+（231000）=38000吨，要求甲醇产品产品

9、纯度为99.5%（1-10号同学数据为98%；11-20号同学数据为99%；21-30号同学数据为99.5%），塔顶易挥发组分的回收率为99%,原料液中含甲醇40%（以上均为质量分数）。1.2操作条件（1） 操作压力 常压（2）进料热状态 20（3）回流比 自选（4）塔底加热热蒸汽压力 0.3MPa（表压）（5）年实际生产时间 7200h （6）其他参数（除给出外）可自选2设计方案的确定及流程说明2.1塔设备的选定 化学工业中塔设备是化工单元操作中重要的设备之一，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、增湿、减湿等单元操作中，精馏操作是最基本的单元操作之一，它是根据混合液中各

10、组分的挥发能力的差异进行分离的。塔设备一般分为级间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。一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。2.1.1浮阀塔 浮阀塔的特点：（1）生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。（2）操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。（3）塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长

11、，而雾沫夹带量小，塔板效率高。（4）气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。（5）塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。2.2.2浮阀类型国内常用的浮阀有三种， F1型、V-4型、T型。V-4型的特点是阀孔被冲压成向下弯的喷咀形，气体通过阀孔时因流道形状渐变可减小阻力。T型阀则

12、借助固定于塔板的支架限制阀片移动范围。浮阀一般都用不锈钢制成，其中F1型浮阀最常用，其又分重阀和轻阀两种，重阀用厚度2mm的钢板冲成，阀质量约33g,轻阀用厚度1.5mm的钢板冲成，阀质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。三类浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用。本次设计采用F1型浮阀（重阀）。2.2进料热状态进料热状态有五种。原则上，在供热一定的情况下，热量应尽可能由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷也进料。但为使塔的操作稳定，免受季节气温的影响，常采用泡点进料。这样，塔内精馏段和提

13、留段上升的气体量变化较小，可采用相同的塔径，便于设计和制造。但将原料预热到泡点，就需要增设一个预热器，使设备费用增加。综合考虑各方面因素，决定增设一个预热器，采用泡点进料，即q=1 。2.3进料方式加料方式有两种：高位槽加料和泵直接进料。采用高位槽加料，不可以得到稳定的流量和流速，采用泵加料，设备操作费用高，但流量及流速稳定，传质效率高，结构简单，安装方便。本次设计采用泵直接进料。2.3塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。2.4回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小塔型，回流冷凝器一般安装在塔顶，其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处

14、理量或塔板数较多时，回流冷凝器不适合于塔顶安装，且塔顶冷凝器不易安装、检修和清理。在此情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次设计为小型塔，故采用重力回流。2.5塔釜加热方式塔釜可采用间接蒸汽加热或直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是，可利用压强较低的加热蒸汽，并省掉间接加热设备，以节省操作费用和设备费用。但直接蒸汽加热，只适用于釜中残液是水或与水不互溶而易于分离的物料，所以通常情况下，多采用间接蒸汽加热。2.6总流程说明本设计任务为分离甲醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用冷液进料，用泵将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。3精馏塔工艺计算3.1精馏塔的物料衡算由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。已知： 3.1.1摩尔流量衡算原料液的摩尔组成：同理可求得：原料液的平均摩尔质量：