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1、板式精馏塔设计任务书一、设计题目： 甲醇水 精馏分离板式塔设计二、设计任务及操作条件1. 设计任务：生产能力（进料量） 40000 吨年操作周期 330 天年进料组成 甲醇50，水50% （质量分率，下同）塔顶产品组成 98 塔底产品组成 1% 2. 操作条件操作压力 常压 进料热状态 泡点 单板压降： 0.7 kPa 3. 设备型式 浮阀式精馏塔 4. 厂 址 信阳地区 三、设计内容：1、设计方案的选择及流程说明2、工艺计算3、主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径及 精、提 馏段塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4、塔设备机
2、械设计计算及辅助设备选型与计算5、设计结果汇总6、工艺流程图及精馏塔装配图7、设计评述8、参考资料目 录第一部分 设计概述一、前言1二、绪论12.1 设计任务12.2 设计条件12.3 设计方案12.3.1设计流程框图22.3.2设计流程框图2第二部分 塔的工艺计算一、整理有关物性数据31.1水和甲醇的性质3二、全塔物料衡算32.1进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数3三、塔板数的确定43.1最小回流比及精馏段提馏段操作线方程43.2相平衡常数的计算53.3最小理论板数计算53.4全塔效率的计算5四、精馏塔的相关物性数据的计算64.1 操作压强的计算64.2 操作温度的计算64.3 平均摩尔质量的
3、计算64.4 液体平均粘度的计算74.5平均密度的计算74.6液相平均表面张力的计算8五、精馏塔主要工艺尺寸的计算95.1 塔径的计算95.2精馏塔有效高度的计算115.3 溢流装置计算115.4塔板布置13六、塔板流动性能的校核156.1气相通过塔板的压强降及的校核156.2雾沫夹带量eV校核166.3降液管液泛校核176.4液体在降液管中停留时间校核17七、精馏塔板上的负荷性能图187.1雾沫夹带线187.2液泛线（气相负荷上限线）197.3漏液线（气相负荷下限线）197.4液相负荷上限线207.5液相负荷下限线20八、热量衡算248.1介质的选择248.2热量衡算24九、管径的计算269
4、.1塔顶上升蒸汽出口管的直径Dv269.2回流管直径269.3进料管的直径269.4塔底出料管直径269.5塔底上升蒸汽出口管的直径27十、塔附属设备的计算2710.1筒体厚度2710.2封头2810.3除沫器2810.4裙座2810.5人孔2910.6塔总体高度的设计2910.7全凝器2910.8泵的选型3010.9贮罐的计算31十一、精馏塔设计计算结果汇总一览表31十二、参考文献32附录1主要符号说明33第一部分 设计概述一、前言本次化工原理课程设计，设计了甲醇水分离设备连续浮阀式精馏塔。进料质量分数为50%，使塔顶产品甲醇的质量分数达到98%，塔底釜液质量分数为0.8%。综合工艺方便，经
5、济及安全多方面考虑，本设计采用了浮阀式塔板对甲醇水溶液进行分离提纯。按照芬斯克方程计算理论塔板数为9块，其中精馏段塔板数为5块，提馏段塔板数为3块。根据经验是算得全塔效率为0.449，塔顶使用全凝器，泡点进料。精馏段实际板数为12块，提馏段实际板数为7块，实际加料板位置在第13块板。由精馏段的工艺计算得到塔径1.2m，塔总高12.30m。通过流体力学验算表明此塔的工艺尺寸符合要求，由负荷性能图可以看出此精馏塔有较好的操作性能，精馏段操作弹性为2.0,提馏段操作弹性为2.0。二、绪论2.1 设计任务本设计任务为分离甲醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料，将原
6、料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2 设计条件生产能力：40000吨/年（料液）年工作日：330天原料组成：50%甲醇，50%水（质量分率，下同）产品组成：馏出液98%甲醇，釜液0.8%甲醇操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：泡点加热方式：直接蒸汽加热回流比： 最小回流比的2倍2.3 设计方案2.3.1设计流程框图设计流程框图如下所示：热量衡算塔的附属设备及主要附
7、件的选型绘制工艺流程图和工艺条件图精馏塔主要工艺尺寸的设计精馏塔的工艺设计2.3.2设计流程框图流程示意图如下图图1：精馏装置工艺流程图甲醇水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用直接蒸汽供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。甲醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。第二部分 塔的工艺计算一、整理有关物性数据1.1水和甲醇的性质表1.水和丙酮的物理性质组分分子式分子量沸点熔点
8、水H2O18.02373.15K273.15K甲醇CH3OH32.04337.85K176.15K表2.常压下甲醇和水的气液平衡表(Txy)T() X YT() X Y92.90.05310.283476.70.33330.691890.30.07670.4001 76.20.35130.737488.90.09260.435373.80.46200.775686.60.12570.483172.70.52920.797185.00.13150.545571.30.59370.818383.20.16740.558570.00.68490.849282.30.18180.577568.00.7
9、7010.896281.60.20830.627366.90.87410.919480.20.23190.64851000.00.078.00.28180.6775二、全塔物料衡算2.1进料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数甲醇的摩尔质量 =32.04 kg/kmol 水的摩尔质量 =18.02 kg/kmol M=0.359832.04+（1-0.3598）18.02=23.0644kg/kmolM= 0.965032.04+（1-0.9650）18.02=31.5490kg/kmolM=0.004532.04+（1-0.0045）18.02=18.0831kg/kmol=218.974Kmol/
10、h三、塔板数的确定3.1最小回流比及精馏段提馏段操作线方程 确定回流比:根据甲醇水气液平衡组成表和相对挥发度公式 ， 求得：算得相对挥发度=4.45，平衡线方程为：y=4.45x/(1+3.45x) 因为泡点进料q=1，所以=0.3598，代入上式得=0.7144。=(0.9650-0.7144)/(0.7144-0.3598) =0.707取操作回流比为：R=2Rmin=20.707=1.414设直接蒸汽加热时蒸汽流量为V0Kmol/h总塔物料衡算 F+V0=D+W q=1，V0=193.342Kmol/h，D=80.092Kmol/h，W=332.224Kmol/h 则精馏段操作线方程：提
11、馏段操作线方程 ： L=RD=1.41480.092=113.25Kmol/hV=(R+1)D=193.342Kmol/h113.25+218.974=332.224Kmol/h3.2图解法求理论塔板层数理论塔板数图解得NT=9层 ，其中精馏段理论板数为5层，提馏段理论板数为3层,第6层为加料板。3.4全塔效率的计算 根据汽液平衡表,由内插法求得塔顶温度 : : : 板效率用奥康奈尔公式 计算塔顶与塔釜平均温度为t=82.350C时，由内插法可求得，在此平均温度下由物性参数得：， 则实际塔板数为：精馏段：块，取块提馏段：块，取块总塔板数块。则实际加料位置为第13块塔板。四、精馏塔的相关物性数据
12、的计算4.1 操作压强的计算塔顶操作压力,取每层塔板压降为进料板压力塔底压力精馏段平均压力提馏段平均压力4.2 操作温度的计算因则精馏段平均温度 提馏段平均温度4.3 平均摩尔质量的计算精馏段气液相平均组成提馏段气液相平均组成 精馏段平均摩尔质量计算提馏段平均摩尔质量计算4.4 液体平均粘度的计算温度65.3276.6098.86甲醇mPas0.3260.2880.232水Pas0.4290.3420.290 液体平均粘度依计算精馏段液相平均黏度计算精馏段液相平均粘度为：提馏段液相平均黏度计算提馏段液相平均粘度为：4.5平均密度的计算温度65.1276.0199.99甲醇755.0328742.1281715.7387水980.4379974.1400958.4060 （1）气相平均密度的计算由理想气体状态方程计算，即精馏段提馏段（2）液相平均密度的计算液相平均密度依时，查化学化工物性数据手册得时，查化学化工物性数据手册得时，查化学化工物性数据手册得 故精馏段平均液相密度为 提馏段平均液相密度为4.6液相平均表面张力的计算温度65.1276.0199.99甲醇mN/m16.7415.5012.82水mN/m65.2063.3358.81 有公式计算精馏段液相平均表面张力计算时，查化学化工物性数据手册得提馏段液相平均表面张力计算时，查化学化工物性数据手册得
