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1、 南京工业大学化工原理课程设计设计题目 甲醇-水二元体系连续浮阀精馏塔的工艺设计 学生姓名 邹栋 班级、学号 化工1011班29号 指导教师姓名 冯 晖 课程设计时间2012年 12 月 24 日-2013年 1 月4 日 课程设计成绩百分制 权重设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30%设计最终成绩（五级分制） 指导教师签字 化学化工学院课程名称 化工原理课程设计 设计题目 甲醇-水二元体系连续浮阀精馏塔的工艺设计 学生姓名 邹栋 专业 化学工程与工艺 班级学号 1001101129 设计日期 2012 年 12月 24 日至
2、 2013 年 1 月 4日设计条件及任务：设计体系： 甲醇水二元体系设计条件:1处理量F： 330 （kmol/h） 2料液浓度： （mol%） 3. 进料热状况： 要求： 1产品浓度： 99 （mol%） 2易挥发组分回收率： 99 % 指导教师 2012 年 12 月 24 日 前言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
3、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。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，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
4、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。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。 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。本次设计就是针对甲醇-水体系，而进行的常压浮阀精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。 2012年12月 于南京工业大学目录一 概述.8二
5、 工艺设计1 总体设计方案1.1 操作压强的选择101.2 物料的进料热状态.111.3 回流比的确定111.4 塔釜的加热方式111.5 回流方式选定112 精馏的工艺流程图.123 精馏塔塔板数的确定3.1 物料衡算.123.2 物系相平衡数据.133.3 回流比确定.163.4 逐板法计算理论塔板数.173.5 实际塔板数的确定.184 塔径塔板工艺尺寸的确定 4.1 各设计参数 4.1.1 操作压力.20 4.1.2 温度.20 4.1.3 平均摩尔质量.21 .4 平均密度.22 4.1.5 液体表面张力.23 4.1.6 液体的粘度.24 4.1.7 液负荷计算.254.2 塔径塔
6、板工艺尺寸确定4.2.1 塔径塔板的计算 4.2.1.1 塔径的计算.26 4.2.1.2 溢流装置的确定.28 4.2.1.3 安定区与边缘区的确定.31 4.2.1.4 鼓泡区阀孔数的确定及排列.314.2.2 精馏段提馏段塔盘流体力学验算4.2.2.1 干板压强降.354.2.2.2 降液管停留时间.364.2.2.3 液泛的校核.374.2.2.4 雾沫夹带.374.2.2.4 漏液验算.394.2.3 精馏段提馏段负荷性能图4.2.3.1 液相下限线.404.2.3.2 液相上限线.404.2.3.3 漏液线.414.2.3.4 过量雾沫夹带线.414.2.3.5 溢流液泛线.434
7、.2.3.6 操作负荷线.454.2.3.7 性能负荷图.45 4.2.3.8 浮阀塔主要设计参数.475 辅助设备的设计5.1 塔顶全凝器的计算及选型.495.2 塔底再沸器面积的计算及选型.535.3 其他辅助设备的计算及选型5.3.1 进料管.545.3.2 回流管.545.3.3 塔釜出料管.555.3.4 再沸器蒸汽进口管.555.3.5 冷凝水管.555.3.6 冷凝水泵.565.3.7 进料泵.57 6 总结 6.1 设计感想.58 6.2 致谢.60 6.3 参考文献.60 化工原理课程设计（工艺设计）说明说编写内容姓名：邹栋 学号：1001101129 专业：化学工程与工艺一
8、、概述1、浮阀塔的特点 浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一种新塔型。其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔处安置一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起、上升，孔速低时，阀片因自重而下降。阀片升降位置随气流量大小作自动调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下测水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求有下列几方面： 1 分离效率高-达到一定分离程度所需塔的高度低。 2 生产能力大-单位塔截面积处理量大。 3 操作弹性（flexibility）大-对一定的塔器，操作时气液流量（亦称气液负荷）的变化会影响分离效
9、率。若分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性。工程上常用的，是液，气负荷比L/V为某一定值时，气相与液相的操作弹性。操作弹性大的塔必然适应性强，易于稳定操作。 4 气体阻力小-气体阻力小可使气体输送的功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。 5 结构简单，设备取材面广-便于加工制造与维修，价格低廉，使用面广。2、浮阀阀型介绍浮阀的形状如右图所示。浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后，将其腿上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。此外，浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”。当筛孔气速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“脚”使阀片与塔板间保持 2.5mm左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会被粘住，可平稳上升。浮阀
