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1、西南石油大学化工原理课程设计报告题 目：甲醇-乙醇常压精馏塔的设计系别班级： 08 级 化 学 工 程 与 工 艺 ( 石 油 化 工 ) 小组成员： 邓骥（0804040143)、刘晨（0804040112）、 冯俊（0809050231）、徐兴海（0804040140）、 向卫红（0804040201）、范声振（0803010117）、梅爽（0804040239）指导老师：陈秀丽老师、兰贵红老师 2011年6月30日目录第一章 化工原理课程设计任务书41.1设计题目：甲醇乙醇常压精馏塔的设计41.2设计成果5第二章 精馏过程的生产流程及特点52.1 概述52.2艺流程示意图6第三章 精馏塔
2、的工艺设计计算73.1引言73.2物料衡算83.2.1原始数据83.2.2查阅文献，整理有关物性数据83.2.3物料衡算93.2.4塔温确定93.2.5 q值的计算103.3 塔板数的确定103.3.1理论塔板数的求取103.3.2用奥康奈尔法对全塔效率进行估算11第四章 精馏塔的结构设计124.1 塔的结构设计124.1.1精馏塔塔径的计算124.1.2精馏塔有效高度的计算184.2 塔板主要工艺尺寸的计算194.2.1溢流装置计算194.2.2降液管204.2.3塔板布置224.3 流体力学验算244.3.1气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降）244.3.2漏液验算244.3.3液泛验算2
3、54.3.4雾沫夹带验算254.3.5液体在降液管内的停留时间264.4 操作性能负荷图264.4.1气相负荷下限线264.4.2过量雾沫夹带线264.4.3液相负荷下限线274.4.4液泛负荷上限线274.4.5液泛线274.4.6操作性能负荷图28第五章 各接管的设计295.1进料管295.2釜残液出料管295.3回流液管305.4塔顶上升蒸汽管30第六章 辅助设备的计算及选型306.1裙座306.2吊柱316.3冷凝器的选择316.4再沸器的选择316.5进料处加热器的选择32附录34附录一：设计结果一览表34附录二：参考文献35附图36附图一36附图二37附图三38附图四39摘要:精馏
4、是化工分离中经常遇到的环节。本设计是采用浮阀塔对组成结构和性质相似的甲醇和乙醇进行精馏分离。本文详细的介绍了甲醇和乙醇浮阀塔精馏分离的设计过程，画出了塔盘的布量图，工艺条件图以及操作性能负荷图形象直观的展现了设计的结果。关键词：精馏 浮阀塔 塔盘的布量图 工艺条件图 操作性能负荷图 Abstract: Distillation is often encountered in chemical separation areas. The tower design is the use of float valve similar to the composition and properties
5、 of methanol and ethanoldistillation separation. This paper describes in detail methanol and ethanol distillation separation of the float valve tower design process, draw a tray cloth volume chart, the process maps and operating performance of the load diagram visually show thedesign results.Keyword
6、s:float valve distillation tower, tray cloth volume chart, the process diagram, the operating performance of load diagram第一章 化工原理课程设计任务书1.1设计题目：甲醇乙醇常压精馏塔的设计1、工艺条件及数据（1）原料液量kg/h,含甲醇（质量分数，下同）（2）馏出液含甲醇%,残液含乙醇%。（3）泡点进料；（4）料液可视理想液；2、操作条件（1）常压操作；（2）回流液温度为塔顶蒸汽的露点；（3）间接蒸汽加热、加热蒸汽压力为5 kgf/ ；（4）冷却水进口温度25C；（5）设
7、备热损失为加热蒸汽供热量的5%。1.2设计成果1、设计说明书一份；2、设计图纸包括负荷性能图、塔盘布量图、浮阀塔（或筛板塔）工艺条件图。第二章 精馏过程的生产流程及特点2.1 概述甲醇(俗称“工业酒精”)是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，甲醇常用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷等有机产品，但同时也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。 不同的用途，对甲醇的纯度有不同的要求。在工业合成上，对甲醇的纯度要求较高（常常要求达到99.9%以上），然而要获得高纯度的甲醇又有不同的方法，比如多级精馏、吸附、亚沸蒸
8、馏等等。而本设计主要简述甲醇-乙醇混合物精馏分离。精馏是利用混合物中各组分挥发性不同这一性质，将混合物中各组分进行分离的单元操作。虽然甲醇和乙醇在气味，外观以及其他许多物性上有很多相似之处，但由于二者的挥发度有一定的差异，因此我们可以选择用精馏的方法分离甲醇-乙醇混合液。相对于乙醇，甲醇的挥发度较小，故在精馏中甲醇为轻组分从塔顶采出，乙醇为重组分从塔底得到。化工厂中的精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。因此，单有精馏塔还不能完成精馏操作。所以为实现整个操作还必须有塔底再沸器和
9、塔顶冷凝器，有时甚至还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备。浮阀塔由于兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现在已成为国内应用广泛的精馏塔塔型之一，并且在石油、化学工业中使用最为普遍。因此本设计也采用浮阀塔设计。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处
10、理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。2.2艺流程示意图上图是一个典型的板式连续精馏塔。塔内有若干层塔板，每一层就是一个接触级，它为气液两相提供传质场所。为向接触级提供两相接触所需的气流和液流，塔顶设有冷凝器将顶部的蒸气冷凝成液体并部分往下流，塔底设有再沸器降低将塔底部的液体部分气化向上流。操作时原料液自塔的中部某适当位置连续地加入，塔顶冷凝液的一部分作为塔顶产品称为流出液连续产出，其余回流进入塔顶；塔釜出来的液体经再沸器部分气化后，液体作为塔底产品称为釜液连续排出，气体则返回进入塔底。在加料位置之上部分，上升蒸气与顶部下来的液体逐级逆流接触，进行多
11、次接触级蒸馏，因此自下而上气相易挥发组分浓度逐级增加；在加料位置之下部分，下降液体与底部上升的蒸气逐级逆流接触，也进行多次接触级蒸馏，因此自上而下也像难挥发组分浓度逐级增加。总体来看，全塔自塔底向上气相中易挥发组分浓度逐级增加；自塔顶向下液相中难挥发组分浓度逐级增加。因此只要有足够多的塔板数，就能在塔顶得到高纯度的易挥发组分，塔底得到高纯度的难挥发组分。精馏过程的热力学基础仍然是组分之间挥发度的差异（ ），而多次的接触级蒸馏是其实现的手段。在一个精馏塔内自上而下温度逐级升高，塔顶温度最低，塔釜温度最高。引入料液的塔板叫做加料板，其上的部分成为精馏段；加料板以及其下的部分称为提馏段。为在一个塔内
12、同时获得高纯度的和，需要一个具有精馏段和提馏段的完整精馏塔。但是根据生产中的不同要求，可以采用只有精馏段或只有提馏段的精馏塔，也可以使用一些特殊的精馏过程。曹作坊和一是连续地，也可以是间歇的。提供气液两相接触的场所可以是塔板（板式塔），也可以是填料的表面（填料塔）。第三章 精馏塔的工艺设计计算3.1引言精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质用的塔设备首先必须要能使气、液两相得到充分接触，以达到较高的传质效率。塔设备设计要具备下列各种基本要求：1、 气、液处理量大，即当生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带，拦液或液泛等破坏操作的现象。2、 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液
13、负荷有较大范围的变动，仍能在较高的传质效率下进行稳定操作，并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。3、 流体流动的阻力少，可降低操作费用。4、 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。5、 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修。6、 塔内的滞留量要小。3.2物料衡算3.2.1原始数据表31原始液：乙醇和水的混合物原料液处理量30000t/y （1y=300d * 24 h/d）原料液（含甲醇）75%（质量分数）原料液温度25塔顶产品（含甲醇）95%（质量尔分数）塔底残液（含甲醇）5%（质量分数）回流比R=1.8Rmin热损失Q1=5%QB热源条件5kgf/3.2.2查阅文献，整理有关物性数据
14、表32 甲醇和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质量密度(20)沸点(101.3kPa)比热容(20)Kg/(kg.)黏度(20)mPa.s导热数(20)/(m.)表面张力(20)N/m甲醇（A）H32.0479164.72.4950.60.21222.6乙醇（B）OH46.0778978.32.3951.150.17222.81. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数原料组成： = 0.8118馏出液组成：= 0.9647釜出液组成 = 0.07043.2.3物料衡算 已知D=133.2762 kmol/h 总物料衡算 F=D+W=133.2762+W 易挥发组分物料衡算 0.9647133.2762+0.0704W= 0.8118 F 联立以上二式得： F=160.7619kmol/h W=27.4857kmol/h表33 物料衡算数据记录F160.7619kmol/h0.8118D133.2762 kmol/h0.9647W27.4857kmol/h0.07043.2.4塔温确定
