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1、化工原理课程设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计姓 名 胡 士 彭 学 号 200907120237 年 级 2009级 专 业化学工程与工艺 系 （院） 化学化工学院 指导教师 杨兰 2012年5月（一） 设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计（二） 设计任务及操作条件1) 进料：甲醇含量为42 %（质量百分率，下同）的常温液体； 2) 产品的甲醇含量为90%； 3) 残液中甲醇含量为1%； 4) 年处理 甲醇-水混合液：30000吨（开工率300 天/年）；5) 操作条件 a) 塔顶压力： 常压 b) 进料热状态：泡点进料c) 回流比： R=2.7Rmin d) 加热方式：间接蒸汽 e) 单板压
2、降： 0.7kPa（三） 板类型筛板塔（四）厂址临沂地区（五）设计内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；5) 塔板主要工艺尺寸的计算；6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 本设计主要符号说明：英文字母Aa- 塔板的开孔区面积，m2 PP-气体通过每层筛板的压降 Af- 降液管的截面积, m2 t-筛孔的中心距Ao- 筛孔区面积, m2 uo-液体通过降液管底隙的速度AT-塔的截面积 m2 Wc-边缘无效区宽度 C-负荷
3、因子 无因次 Wd-弓形降液管的宽度C20-表面张力为20mN/m的负荷因子 Ws-破沫区宽度 do-筛孔直径 Z-板式塔的有效高度D-塔径 m 希腊字母ev-液沫夹带量 kg液/kg气 -液体在降液管内停留时间ET-总板效率 -粘度R-回流比 -密度Rmin-最小回流比 -表面张力M-平均摩尔质量 kg/kmol -液体密度校正系数、开孔率 tm-平均温度 下标g-重力加速度 9.81m/s2 max-最大的Fo-筛孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) min-最小的hl-进口堰与降液管间的水平距离 m L-精馏段液相的hc-与干板压降相当的液柱高度 mV-精馏段气相的、hd-与液体
4、流过降液管的压降相当的液注高度 mL-提馏段液相的hf-塔板上鼓层高度 mV-提馏段气相的hL-板上清液层高度 mh1-与板上液层阻力相当的液注高度 mho-降液管的义底隙高度 mhow-堰上液层高度 mhW-出口堰高度 mhW-进口堰高度 mh-与克服表面张力的压降相当的液注高度 mH-板式塔高度 mHd-降液管内清液层高度 mHD-塔顶空间高度 mHF-进料板处塔板间距 mHT-塔板间距 mK-稳定系数lW-堰长 mqv,L,h-液体体积流量 m3/hqv,v,h-气体体积流量 m3/h目 录一、设计方案的确定5二、精馏塔的物料衡算5三、塔板数的确定5四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据
5、的计算7五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算9六、塔板主要工艺尺寸的计算11七、筛板的流体力学验算13八、塔板负荷性能图15九、筛板塔设计计算结果19十、精馏塔接管尺寸计算20十一、对设计过程的评述和有关问题的讨论.21十二、参文献考21一、设计方案的确定本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，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回流到塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。二、精馏塔的物料衡算 原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇（A）的摩尔
6、质量为：MA=32.04kg/kmol水（B）的摩尔质量为： MB=18.02kg/kmolxF=(0.42/32.04)/(0.42/32.04+0.58/18.02)=0.289 xD=(0.90/32.04)/(0.90/32.04+0.10/18.01)=0.835 xW=(0.01/32.04)/(0.01/32.04+0.99/18.01)=0.00565 原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量MF=32.040.289+18.02(1-0.289)=22.07kg/kmolMD=32.040.835+18.02(1-0.835)=29.73kg/kmol MW=32.040.00
7、565+18.02(1-0.00565)=18.10kg/kmol(3) 物料衡算原料处理量 qn,F =30000000/(3002422.07)=188.79kmol/h总物料衡算 qn,F =qn,D + qn,W 即 188.79= qn,D + qn,W甲醇的物料衡算 qn,FxF =qn,DxD + qn,WxW即 188.890.289=0.835qn,D+0.00565qn,W联立解得 qn,D =64.50kmol/h qn,W=124.29kmol/h（4） 物料衡算结果（5） 表1 物料衡算结果表塔顶出料塔底出料进料质量分数/%90142摩尔分数/%83.50.56528
8、.9摩尔流量/(kmol/h)64.5124.29188.79三、 塔板数的确定（1）平均相对挥发度 取x-y曲线上两端点温度下的平均值。 查甲醇的气液平衡关系表可得： t=92.9时：1=yAxByBxA=y(1x)(1y)x=28.34(1005.31)(10028.34)5.31 =7.05 t=66.9时：2=y(1x)(1y)x=91.94(10087.41)(10091.94)87.41=1.64所以 =(1+2）2=(7.05+1.64)/2=4.35（2） 回流比的确定泡点进料：Rmin = xD/xF(1xD)/(1xF)/(1) =0.835/0.2894.35(10.83
9、5)/(10.289)/(4.351)=0.561R=2.7Rmin =2.70.561=1.52（3）塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：tvD、tLD、tF、tW 查气液平衡关系表，用内插法算得： 塔顶： (83.568.49)/(85.6268.49)=(tLD70.0)/(68.070.0) tLD=68.25 (84.9283.5)/(84.9281.83)=(70.0tVD)/(70.071.3) tVD=70.59 塔釜： (00.565)/(05.31)=(100tW)/(10092.9) tW=99.24 进料： (33.3328.18)/(28.928.18)=(76.
10、778.0)/(tF78.0) tF=77.82精馏段平均温度 tm=( 70.59+77.82)/2=74.20提馏段平均温度 tm=(99.24+77.82)/2=88.53（4）塔板效率ET 表2 甲醇的物性数据温度()20406080100120密度(kg/m3)804.8783.5761.1737.4712.0684.7黏度(mPas)0.5800.4390.3440.2770.2280.196表面张力(mN/m)22.0719.6717.3315.0412.8010.63 表3 水的物性数据温度()6567707580859095100黏度(mPas)0.43550.40610.3
11、7990.35650.33550.31630.29440.2838表面张力(mN/m)64.9164.362.660.758.8 内差法求塔顶与塔底平均温度下的液相黏度L 塔顶与塔底平均温度t=(68.25+99.24)/2=83.74 (83.7480)/(10080)=(A0.277)/(0.2280.277) A=0.268 (83.7480)/(8580)=(B0.3565)/(0.33550.3565) B=0.3408 (83.7481.6)/(85.081.6)=(xA20.83)/(13.1520.83) xA=0.1599 可得： L=AxA+B(1xA)=0.3292 ET=0.49(L)-0.245=0.449（5）理论板层数
