化工原理课程设计

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1、化工原理课程设计化工原理课程设计 板式精馏塔设计板式精馏塔设计 设计评述设计评述甲醇最早是用木材干馏得到的，因此又叫木醇，是一种易燃的液体，沸点甲醇最早是用木材干馏得到的，因此又叫木醇，是一种易燃的液体，沸点65，能溶于水，毒性很强，误饮能使人眼睛失明，甚至致死。由于甲醇和，能溶于水，毒性很强，误饮能使人眼睛失明，甚至致死。由于甲醇和水不能形成恒沸点的混合物，因此可直接用常压蒸馏法把大部分的水除去，水不能形成恒沸点的混合物，因此可直接用常压蒸馏法把大部分的水除去，再用金属镁处理，就得无水甲醇。甲醇在工业上主要用来制备甲醛，以及作再用金属镁处理，就得无水甲醇。甲醇在工业上主要用来制备甲醛，以及作

2、为油漆的溶剂和甲基化剂等。为油漆的溶剂和甲基化剂等。本设计进行甲醇和水的分离，采用直径为本设计进行甲醇和水的分离，采用直径为1 .0m的精馏塔，选取效率较高、塔的精馏塔，选取效率较高、塔板结构简单、加工方便的单溢流方式，并采用了弓形降液盘。板结构简单、加工方便的单溢流方式，并采用了弓形降液盘。该设计的优点：该设计的优点：1操用、调节、检修方便；操用、调节、检修方便；2制造安装较容易；制造安装较容易；3处理能力大，效率较高，压强较低，从而降低了操作费用；处理能力大，效率较高，压强较低，从而降低了操作费用；4操作弹性较大。操作弹性较大。该设计的缺点：该设计的缺点：设计中对文献的收索、查阅、记录都不

3、全，设备的计算及选型都有较大的问设计中对文献的收索、查阅、记录都不全，设备的计算及选型都有较大的问题存在，从而选取的操作点的不是在最好的范围内，影响了设计的优良性。题存在，从而选取的操作点的不是在最好的范围内，影响了设计的优良性。化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书甲醇甲醇- -水分离板式精馏塔的设计水分离板式精馏塔的设计1 1设计任务设计任务生产能力：生产能力：2300023000吨吨/ /年年操作周期：每年工作日为操作周期：每年工作日为300300天，每天天，每天2424小时连续运行小时连续运行进料组成：甲醇含量为进料组成：甲醇含量为46%46%塔顶产品组成：塔顶产品组成：95%9

4、5%塔釜产品组成：塔釜产品组成：3%3%2 2操作条件操作条件操作压力操作压力 常压常压 进料热状态进料热状态 饱和液体进料饱和液体进料回流比回流比 R=2RminR=2Rmin3 3设备类型：筛孔板设备类型：筛孔板4 4厂址：甘肃张掖厂址：甘肃张掖化工原理课程设计化工原理课程设计 甲醇甲醇-水水板式精馏塔设计板式精馏塔设计一一. . 流程和方案的确定流程和方案的确定二二. . 工艺过程及相关计算工艺过程及相关计算三三. . 塔板流体力学验算塔板流体力学验算四四. . 结果总结结果总结五五. . 截点控制图截点控制图一、设计方案的确定一、设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇水混合物。对于二本设

5、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，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采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。罐。二、工艺过程及相关计算二、工艺过程及相关计算工艺过程工艺过程及及相关计算相关

6、计算塔板数塔板数的计算的计算塔体工艺塔体工艺尺寸计算尺寸计算 塔板主要塔板主要工艺尺寸工艺尺寸的计算的计算工艺条件及工艺条件及有关物性数有关物性数据的计算据的计算 塔板数的计算塔板数的计算物料衡算 板数计算R=2Rmin=20.653=1.306D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h （内插法）精馏段提馏段板号12345678y0.9140.7950.6600.5430.3730.2020.0850.023x0.7050.4660.304xF0.2110.1180.0540.0200.005xW 工艺条件及有关物性数据的计算工艺条件及有关物性数据的计算项目精馏段提馏段气相液

7、相气相液相粘度/(mPas）0.3360.317体积流量/（m3/s）0.8640.000550.8460.000392密度/（m3/kg）1.044809.30.8374905.55表面张力/（mN/m）34.64352.8温度/71.884.7压力/MPa103.05KPa110.05KPa塔体工艺尺寸计算塔体工艺尺寸计算塔有效高度的计算塔有效高度的计算： 精馏段有效高度Z精=（N精-1）HT=（5-1）0.40=1.6m 提馏段有效高度Z提=（N提-1）HT=（15-1）0.40=5.6m 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8 m 故精馏塔有效高度为Z=Z精+Z提+0.8=5.6+1.

8、6+0.8=8m塔板主要工艺尺寸塔板主要工艺尺寸溢流装置计算：因塔径D=1.0m，所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。( 此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被广泛使用。)各项计算如下：1) 堰长lw可取lw=0.60D=0.601.0=0.60m2) 溢流堰高度hw由hw=hLhow选用平直堰，( 溢流堰板的形状有平直形与齿形两种，设计中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上层液高度how由下列公式计算，即有：并由图液流收缩系数计算图，则可取用E= 1.0 ，则 取板上清液层高度hL=0.06 m 3) 弓形降液管的宽度Wd和截面积Af由

9、Lw/D=0.6 m 查可求得Af/AT=0.058 Wd/D=0.12 Af=0.0580.785=0.0455 m2Wd=0.12D=0.121.0=0.12 m并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即=3600AfHT/Lh=36000.04550.40/1.98=33.1s5s其中HT即为板间距0.40m，Lh即为每小时的体积流量验证结果为降液管设计符合要求。4）降液管底隙高度hoho= Lh/（3600lwuo）取uo=0.07m/s则ho=0.000553600/(36000.600.07) =0.0406 m 0.006m故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度 4 4）

10、降液管底隙高度降液管底隙高度h ho o h ho o= L= Lh h/ /（36003600l lw wu uoo）取）取u uoo=0.07m/s=0.07m/s 则h ho o=0.000=0.00055553600/(36003600/(36000.0.60600.07) =0.0.07) =0.04060406 m m 0. 0.006m006m 故降液管底隙高度设计合理。故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度选用凹形受液盘，深度 塔板布置塔板布置：1) 塔板的分块塔板的分块因为因为D 800mm，所以选择采用分块式，查可得，塔板可分为，所以选择采用分块式，查可得，塔板可

11、分为3块。块。2) 边缘区宽度确定边缘区宽度确定取取Ws=Ws= 65mm , Wc=35mm开孔区面积计算开孔区面积计算：开孔区面积开孔区面积Aa按下面式子计算，按下面式子计算，筛孔计算与排列筛孔计算与排列: : 本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用=3mm=3mm碳钢板，取筛孔碳钢板，取筛孔 直径直径d do o=5mm=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距筛孔按正三角形排列，取孔中心距t t为为 t=3d t=3do o=15mm=15mm 筛孔的数目筛孔的数目n n为为开孔率为开孔率为=0.907（do/t）2=0.907(0.05/0.0

12、15)2=10.1%气体通过阀孔的气速为气体通过阀孔的气速为故故其中其中1 1塔板的压降塔板的压降（1 1）干板的阻力干板的阻力h hc c计算计算 干板的阻力干板的阻力h hc c计算由公式计算由公式h hc c=0.051(u=0.051(uo o/c/co o) )2 2（v v/l l）并取并取do/= 5/3=1.67 ,do/= 5/3=1.67 ,可查史密斯关联图得，可查史密斯关联图得，c co o=0.772=0.772所以所以h hc c=0.051(=0.051(15.9315.93/0.772) /0.772) 2 2( (1.0441.044/ /809.83809.8

13、3)=0.)=0.02800280液柱液柱（2 2）气体通过液层的阻力气体通过液层的阻力h hl l的计算的计算气体通过液层的阻力气体通过液层的阻力h hl l由公式由公式h hl l=hL=hLu ua a=V=Vs s/ /（A AT TA Af f）=0.8=0.86464/(0./(0.785785-0.0-0.0455455)=1.)=1.168168m/sm/sF Fo o=1.=1.168168( (1.0441.044) )1/21/2=1.=1.193193kgkg1/21/2/(s m/(s m1/21/2) )查图得，查图得，=0.=0.6363所以所以h hl l=hL

14、hL=0.=0.6363(0.0(0.0537537+0.00+0.006363)=0.0)=0.0378378m m液柱液柱（3 3）液体表面张力的阻力液体表面张力的阻力h h计算计算三、塔板流体力学验算三、塔板流体力学验算液体表面张力的阻力液体表面张力的阻力h h由公式由公式h h=4L/=4L/（L Lg gd do o）计算）计算, ,则有则有h h=(4=(434.634.643431010-3-3)/(8)/(809.3009.309.819.810.005)=0.0030.005)=0.0035 5m m液柱液柱气体通过每层塔板的液柱高度气体通过每层塔板的液柱高度h hP P，可

15、按下面公式计算，可按下面公式计算h hP P=h=hc c+h+hL L+h+h=0.0=0.0280280+0.0+0.0378378+0.003+0.0035 5=0.0=0.0693693m m液柱液柱气体通过每层塔板的压降气体通过每层塔板的压降: :PPp p= h= hP PL Lg=0.g=0.069306938 809.3009.309.81=9.81=550.189550.189PaPa0.9KPa0.9KPa（设计设计允许值）允许值）（2 2）液面落差液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽

16、略液面落差的影响。略液面落差的影响。（3 3）液沫夹带液沫夹带液沫夹带量，采用公式液沫夹带量，采用公式 e ev v=5.7=5.71010-6-6/L/L u ua a/(H/(HT Th hf f)3.23.2 由由h hf f=2.5h=2.5hL L=2.5=2.50.06=0.15m 0.06=0.15m 所以：所以：e ev v=(5.7=(5.71010-6-6/34.6/34.643431010-3-3) 1.) 1.168168/(0.40-0.15)/(0.40-0.15)3.23.2 =0.0=0.00230230kg0kg液液/kg/kg气气0.1kg0.1kg液液/k

17、g/kg气气 可知液沫夹带量在设计范围之内。可知液沫夹带量在设计范围之内。4 4漏液漏液 对于筛板塔，漏液点气速对于筛板塔，漏液点气速u uo,mino,min可由公式可由公式 U Uo,mino,min=4.4C=4.4Co o(0.0056+0.13 (0.0056+0.13 h hL L-h-h) )L L / /V V 1/21/2 实际孔速为实际孔速为o o= =15.9315.93m/sm/sU Uo,mino,min 稳定系数为稳定系数为 =U=Uo o/U/Uo,mino,min= =15.9315.93/ /9.419.41= =1.691.691.51.5 故在本设计中无明

18、显漏液。故在本设计中无明显漏液。 5 5液泛液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液高度为防止塔内发生液泛，降液管内液高度H Hd d应服从式子应服从式子H Hd d(H(HT Th hw w) )甲醇与水属于一般物系，取甲醇与水属于一般物系，取= 0.5= 0.5，则，则(H(HT Th hw w)=0.5)=0.5（0.0.4040+0.0+0.0535535）=0.22=0.227 7m m而而H Hd d=h=hp p+h+hL L+h+hd d板上不设进口堰，则有板上不设进口堰，则有h hd d=0.153(u=0.153(uo o) )2 2=0.153=0.153( (0.07)0.

19、07)2 2=0.00=0.002626m m液柱液柱H Hd d=h=hp p+h+hL L+h+hd d= =0.06930.0693+0.0+0.06 6+0.00+0.002626=0.=0.1319813198m m液柱液柱则有则有：H Hd d(H(HT Th hw w) )于是可知本设计不会发生液泛于是可知本设计不会发生液泛塔板负荷性能图塔（精馏段）塔板负荷性能图塔（精馏段）液泛线液泛线液沫夹带线液沫夹带线漏液线漏液线液相液相负荷负荷下线下线上线上线塔板负荷性能图塔（提馏段）塔板负荷性能图塔（提馏段）液泛线液泛线液沫夹带线液沫夹带线漏液线漏液线上线上线下线下线四、结果汇总五、带控制点流程图五、带控制点流程图请各位老师批评指正请各位老师批评指正