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1、化工原理课程设计设计题目：甲醇水分离精馏塔设计姓名： 班级： 化工081班 学号： 指导老师： 设计时间：2011年6月15日设计成绩： 甲醇-水分离过程精馏塔的设计(一) 设计题目 甲醇-水分离过程精馏塔的设计（二）操作条件在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，另含有少量的药物固体微粒。为使废甲醇溶媒重复利用，拟建立一套板式精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精馏。设计要求及条件如下： 1处理量：（23000+801）吨/年 2. 料液组成（质量分数）：含甲醇45%、水55% 3. 塔顶产品组成（质量分数）：含水量0.3% 4. 塔底沸水中甲醇含量（质量分数）：0
2、.5%5操作压力： 常压 6进料热状态： 泡点进料 7回流比： 2Rmin8塔底加热蒸气压力 0.3Mpa（表压）（三）塔板类型浮阀塔（四）工作日每年工作日为330天7920小时，每天24小时连续运行（五）设计内容 1、设计说明书的内容 1)设计方案的确定及流程说明2) 精馏塔的物料衡算； 3) 塔板数的确定； 4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 5) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 6) 塔板主要工艺尺寸的计算； 7) 塔板的流体力学验算； 8) 塔板负荷性能图； 9) 设计结果一览表；10) 板式塔的结构计算； 11) 附属设备的计算机选型；12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。
3、2、设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）； 2) 绘制精馏塔的工艺图（A3号图纸）； 3) 绘制塔板构造图（A3号图纸）。目录1设计方案的确定说明书及工艺流程草图12精馏塔的物料衡算12.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率12.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量12.3物料衡算23塔板数的确定23.1理论板层数的求取23.1.1相对挥发度的求取23.1.2求最小回流比及操作回流比23.1.3求精馏塔的气、液相负荷33.1.4求操作线方程33.1.5采用逐板法求理论板层数43.2实际板层数的求取43.2.1液相的平均粘度43.2.2全塔相对挥发度53.2.3全塔效率ET 和实际
4、塔板数54精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算54.1操作压力的计算54.2操作温度计算54.3平均摩尔质量计算54.4平均密度计算64.4.1气相平均密度计算64.4.2液相平均密度计算64.5液体平均表面张力的计算74.6液体平均粘度85精馏塔的塔体工艺尺寸计算85.1塔径的计算85.2精馏塔有效高度的计算96塔板主要工艺尺寸的计算96.1溢流装置计算96.1.1堰长96.1.2溢流堰高度96.1.3弓形降液管宽度和截面积106.1.4降液管底隙高度106.2塔板布置及浮阀数目与排列106.3 浮阀塔的型号选取错误!未定义书签。7塔板的流体力学验算127.1塔板压降127.1.1干板阻力计
5、算127.1.2板上充气液层阻力计算127.1.3液体表面张力所的阻力的计算127.2淹塔错误!未定义书签。7.3液沫夹带138塔板负荷性能图148.1雾沫夹带线错误!未定义书签。8.2液泛线错误!未定义书签。8.3液相负荷上限线错误!未定义书签。8.4漏液线错误!未定义书签。8.5液相负荷下限线158.6塔板负荷性能图及浮阀塔板工艺设计结果159精馏塔塔高的计算和设计错误!未定义书签。9.1塔顶空间高度错误!未定义书签。9.2塔底空间高度错误!未定义书签。9.3人孔尺寸错误!未定义书签。9.4进料段高度错误!未定义书签。9.5塔总高度错误!未定义书签。9.6支座高度错误!未定义书签。10接管
6、尺寸设计1810.1塔顶蒸气管1810.2回流管1910.3输料管错误!未定义书签。10.4塔釜出液管2010.5蒸汽喷出器管径dp错误!未定义书签。10.6饱和蒸气管径db2210.6.1釜液蒸气管径db12210.6.2进料管径db22311辅助设备的计算2011.1再沸器2411.2料液预热器2411.3塔顶冷凝回流器2511.4塔顶产品冷却器错误!未定义书签。11.5塔底产品冷却器错误!未定义书签。12贮罐的计算2912.1原料罐2612.2塔顶产品罐2612.3塔底产品罐2713封头的计算2914料液输送泵的选型3015设计过程评述和有关问题的讨论3016图纸设计3017参考文献30
7、18主要符号说明30301 设计方案的确定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。本设计使用的是浮阀塔，浮阀塔有生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压降及液面落差小和抗腐蚀性较高等优点。甲醇具有腐蚀性，所以浮阀塔适合本设计的要求。工艺流程草图1：图1甲醇-水分离工艺流程草图2 精馏塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 =32.
8、04kg/kmol水的摩尔质量 =18.02kg/kmol22.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量=0.31532.04+(1-0.315) 18.02=22.44kg/kmol=0.99532.04+(1-0.995) 18.02=31.97kg/kmol=0.00332.04+(1-0.003) 18.02=18.06kg/kmol2.3 物料衡算原料处理量 总物料衡算 130.43=D+W甲醇物料衡算 联立解得 D=41.039kmol/h W=89.391kmol/h3 塔板数的确定3.1 理论板层数的求取3.1.1 相对挥发度的求取由，再根据表1数据可得到不同温度下的挥发度，见
9、表2表1温度/xy温度/ x y1000.000.0075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.001.0078.00.300.665表2温度/挥发度温度/挥发度96.47.582784.63293.57.332 75.34.03591.26.843 73.13.5
10、2589.36.61071.23.14387.76.464 69.32.86884.46.06667.62.69181.75.501 662.534所以3.1.2 求最小回流比及操作回流比泡点进料：由q线与平衡线的交点e（xe，ye）作图可得： 图2 甲醇-水的y-x相图在上图中我们可以得到q线与平衡线的交点为e（xe，ye）=（0.315，0.675）故最小回流比为=取操作回流比为R=2=20.889=1.7783.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 3.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程为：=+=+=0.64+0.358 （a）提馏段操作线方程： （b）3.1.5 采用逐板法求理论板层数由
11、得 将 =4.45 代入得相平衡方程 （c）联立（a）、（b）、（c）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶为全凝则由（c）式求得第一块板下降液体组成利用（a）式计算第二块板上升蒸汽组成为交替使用式（a）和式（c）直到，然后改用提馏段操作线方程，直到为止，计算结果见表3。表3 版号组成123456789101112y0.9950.9840.9550.8870.7760.6290.4900.3150.1650.07360.0290.00969x0.9780.9330.8270.6380.4240.276xF0.1780.09370.04250.01750.006670.00219xW精馏塔的
12、理论塔板数为 =12-1=11（不包括再沸器）进料板位置 3.2 实际板层数的求取3.2.1 液相的平均粘度根据表1，用内插法求得用内插法求得用内插法求得，则塔顶、塔底的平均温度tm =（64.6+99.5）/2 =82.1 粘度的计算 在tm =82.1 时，查得2H2O =0.347, CH3OH=0.272 则由 求出3.2.2 全塔相对挥发度由表2可求得全塔的平均相对挥发度m=4.453.2.3 全塔效率ET 和实际塔板数全塔效率可用奥尔康公式：计算所以全板精馏段实际板层数 块提馏段实际板层数 块全塔实际板层数 N=14+12=26块4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1 操作压力的计算 塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 4.2 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中甲醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算。计算结果如下：塔顶温度 进料板温度 精馏段平均温度 4.3 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由，进料板平均摩尔质量计算： 精馏段平均摩尔质量：提馏段平均摩尔质量：4.4 平均密度计算4.4.1 气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即
