《化工设计》课程设计甲醇水二元筛板精馏塔设计

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1、 化工设计 课 程 设 计题目 甲醇-水二元筛板精馏塔设计 学 院 化学化工学院 专业班级 2012级8班 学生姓名 陈亚兰 学生学号 2012202162 2015 年 12月 17 日目录1、 设计任务与要求. 1.1、设计条件. 1.2、设计任务.2、 设计说明书. 2.1、概述. 2.2、物料衡算. 2.3、能量衡算. 2.4、工艺设计计算. 2.4.1、产品浓度度计算. 2.4.2、平均相对挥发度计算. 2.4.3、最小回流比的计算和适宜回流比的确定. 2.4.4。精馏段和提馏段操作线方程. 2.4.5、逐板计算法确定理论板数及进料位置. 2.4.6、实际塔板数及实际加料位置和全塔效

2、率. 2.5、精馏塔主要工艺尺寸的设计. 2.5.1、物性计算. 2.5.2、工艺尺寸计算. 2.5.2.1、塔径计算. 2.5.2.2、精馏塔有效高度计算. 2.5.2.3、整体塔高.2.5.2.4、溢流装置计算. 2.5.2.5、弓形降液管宽度及截面积计算. 2.5.2.6、将液管底隙高度.精馏塔的流体力学验算. 2.6.1塔板压降. 2.6.2液面落差. 2.6.3液沫夹带. 2.6.4漏液. 2.6.5液泛. 2.6.6塔板负荷性能图.塔的接管. 2.7.1进料管. 2.7.2回流管. 2.7.3塔顶蒸汽出料管. 2.7.4塔底出料管. 2.7.5塔底蒸汽出料.3. 结果汇总表.4、

3、后记. 5、 设备尺寸图6、 管道方位图7、设备局部图题号设计说明书备注一、二、 、 三、设计任务与要求设计条件：常压 P=1atm（绝压） 处理量： 20t/d 进料组成25% 馏出液组成98.5% （以上均为摩尔分率）回收率： 98.5%加料热状况 q=0.97 塔顶全凝器 泡点回流 单板压降 设计任务：1、撰写一份设计说明书 2、设备尺寸图 3、管道方位图 4、部分零件结构图设计说明书概述 筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。筛板塔简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔，根据孔径的大小分为小孔径筛板（孔径为38mm）和大孔径

4、筛板（孔径为1025mm）两类，工业应用中以小孔径筛板为主，大孔径多用于某些特殊场合（如分离粘度大，易结焦的物系）。筛板塔优点：结构简单、造价低；气流压降小、板上液面落差小；生产能力较大；气体分散均匀；传质效率高。物料衡算 原料处理量 F=39kmol/h 总物料衡算 F=D+W 甲醇的物料衡算 FxF=DxD+Wxw 联立，得 D=8koml/h W=F-D=31kmol/h热量衡算（1）0时塔顶上升的热量，塔顶0为基准（2）回流液的热量 tD (3)塔顶馏出液热量 (4)进料热(5)塔底残液热(6)冷凝管消耗热(7)再沸器提供热：塔釜热损失10%。即即实际热负荷：计算得：热量衡算结果项目进

5、料冷凝器塔顶馏出液塔底残液再沸器-热量Q（kJ/h）2137657.3229756547.2081274989.397871754.12493316351.49 表4-2热量计算结果工艺设计计算产品浓度的计算原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：甲醇的摩尔质量： =32 水的摩尔质量：=18 平均相对挥发度的计算 表2-1甲醇-水Antdne常数1AB甲醇水当塔顶温度tD=时 联立，解得：782.78mmHg 进料温度 tF=时 联立，解得：1020.94mmHg 塔底温度 tw=时 联立，解得：2292.56mmHg 相对挥发度 ：最小回流比的计算和适宜回流比的确定7 则： 相平衡方程： 联立方

6、程，解得：ye=0.54, xe=0.235 所以， 根据公式查吉利兰关联图2 绘制表2-2倍数RN0.5683400.32699.22029482148.94786680.30898.78968898908.5818920718.4670.8473369849500.2234678.20032310.42788.120880.256089171.17680.38577.879图2-1甲醇平衡曲线图取操作回流比精馏段和提馏段操作线方程精馏段操作线方程：yn+1=xn+提馏段操作线方程：逐板法确定理论板数及进料位置由q=0.97得 Xq=0.26第一块塔板上升气相组成：y1=xD76代入平衡曲线

7、 得第一块塔板下降液相组成：再将x12，如此反复计算得如下结果： y2=0.9213，x2y3=0.8587，x3y4=0.7883，x4=0.49300.547=xq即第四块板为理论加料板位置，改用提馏段操作线方程计算如下：y5=0.7570，x5y6=0.5661，x6y7=0.3732，x7y8=0.2043，x8y9=0.1045，x9=0.02970.035=xw所以，理论板数共9块(包括再沸器),第 4块板加料，其中精馏段为4块板 实际塔板数及实际加料位置和全塔效率精馏段： 提馏段：=3.32 块全塔所需实际板数：1+11=28块 全塔效率实际加料版为第 5 块精馏塔主要工艺尺寸的

8、设计计算物性计算1.操作压力计算：应该根据处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性原则。对热敏物料，一般采用减压操作，可使相对挥发度增大，利于分离，但压力减小，导致塔径增加，要使用抽空设备。对于物性无特殊要求的采用常压操作。塔顶压力=101.3=101.3kPa 单板压降P=进料板压力pF7=105.2kPa塔底压力pw精馏段平均压力pm提留段平均压力pm =(1+)/2=kPa2.操作温度计算： 1x0y0t/100xyt/精馏段平均温度： 提馏段平均温度： 3.平均摩尔质量计算：塔顶温度：tD汽相组成yD： 进料温度：tF汽相组成yF：塔底温度：tW汽相组成yW：精馏段平均液相组

9、成：精馏段平均汽相组成：提馏段平均液相组成：提馏段平均汽相组成： 、精馏段精馏段平均温度精馏段平均液相组成：精馏段平均汽相组成：精馏段液相平均分子量：精馏段气相平均分子量：液相密度：气相密度：液相流量：气相流量：、提馏段提馏段平均液相组成：提馏段平均气相组成： 提馏段液相平均分子量：提馏段气相平均分子量： 液相密度：气相密度：液相流量：气相流量：4.液体平均表面张力计算：表3-2 甲醇、水密度、粘度、表面张力在不同温度下的值1温度5060708090100甲醇760751743734725720水960.4甲醇39水76甲醇14.76水67.468.0 查图知：二元有机物-水溶液表面张力可用下

10、列公式计算， 代入上式得：塔顶液表面张力：进料板液相表面张力tF, 代入上式得：进料液相表面张力： 塔底液相表面张力， 代入上式得：塔底液相表面张力：精馏段平均液相表面张力：提馏段平均液相表面张力：全塔平均液相表面张力： 精馏塔主要工艺尺寸的计算塔径的计算精馏段欲求塔径应先求出空塔气速 u安全系数umax 功能参数：取塔板间距=0.45m，板上液层高度，那么分离空间：从史密斯关联图2，由于塔截面积：实际空塔气速：提馏段功能参数：取塔板间距=0.45m，板上液层高度，那么分离空间：从史密斯关联图查得：，由于 圆整取： D塔截面积：空塔气速：精馏塔有效高度计算精馏段有效高度 提馏段有效高度6米,开

11、人孔的两块板间距取0.57米所以应多加高(0.6-0.45)76mZ=+0.386=4.5+2.7+0.386=7.602m整体塔高（1）塔顶封头：本设计采用椭圆型封头，由公称直径DN=800mm，=200mm，。则封头高度（2）塔顶空间：设计中取塔顶间距（3）塔底空间：（4）人孔：对于D100mm的板式塔，需设置3个人孔，每个人孔直径450mm，在设置人 孔处板间距=600mm （5）进料板处板间距：=800mm（6）裙座：本设计采用圆筒形裙座，由于裙座内径800mm，故裙座厚度取16mm，取裙座高=3m溢流装置计算 选用单溢流弓形管降液管，不设进口堰。取堰长 查流液收缩图可知 6 hwhL

12、how 其中 得how=6m how60m hw653m hw,25m弓形降液管宽度和截面积Af 查图知 2 知 精馏段： 验算液体在降液管内停留时间 提镏段：降液管底隙高度，取则精馏段：提镏段：故降液管底隙高度设计合理。精馏塔的流体力学验算塔板压降干板阻力计算由/3精馏段：1m提馏段：m液面落差对于D1.58m的筛板，液面落差可以忽略不计。液沫夹带精馏段：提馏段：本设计液沫夹带量在允许范围0.1 kg液/kg气内,符合要求漏液筛板塔,漏液点气速带入数据得：精馏段，提馏段实际孔速:精馏段,提馏段，稳定系数:精馏段，提馏段均大于1.5小于2,所以设计无明显液漏符合要求.液泛对于设计中的甲醇-水体

13、系=0.5, Hd由于板上不设进口堰精馏段液柱提馏段所以不会发生淹泛现象以上各项流力学验算可认为精馏段、提溜段塔径及各项工艺尺寸是适合的。塔板负荷性能图漏液线由 得精馏段：=得=提馏段：得= 表3-1漏液线计算结果精馏段0.386提馏段0.451液沫夹带线以kg液/kg气为限求-关系： 由 精馏段： 整理得 提馏段： 整理得表3-2 液沫夹带线计算结果精馏段提馏段0.68液相负荷下限线对于平流堰，取堰上液层高度how5m作为最小液体负荷标准，由式计算 精馏段： 提馏段：液相负荷上限线以=4s作为液体在降液管中停留的下限 s 精馏段： 提镏段：液泛线Hd=() 由， 得 其中带入数据 所以精馏段

14、 提馏段表3-3 液泛线计算结果精馏段提馏段操作弹性由以上各线的方程式，可画出图塔的操作性能负荷图。根据生产任务规定的气液负荷，可知操作点在正常的操作范围内，作出操作线图图3-1精馏段负荷性能图由图， 故精馏段操作弹性为/图3-2提馏段负荷性能图 由图， 故提馏段操作弹性为/精馏段提馏段操作弹性均大于1小于5,符合要求。塔的接管进料管 采用直管进料，管径为 查的选取25mm3mm 规格的热轧无缝钢管。回流管 直管回流，取 查的选取25mm3mm规格的热轧无缝钢管。塔顶蒸汽出料管采用直管出料，取则 查的选取219mm10mm规格的热轧无缝钢管。塔底出料管采用直管进气，取 查的选取20mm3mm

15、规格的热轧无缝钢管。塔底蒸汽出料管则有 查的选取219mm8mm规格的热轧无缝钢管。 结果汇总表参数符号参数名称精馏段提馏段Ls (m/s)液相流量N实际塔板数711Z( m)有效段高度D(m)塔径H T(m)板间距 (m)板厚溢流形式单溢流单溢流降液管形式弓形弓形溢流堰平行平行l W (m)堰长h W (m)堰高hl (m)板上液层高度h OW (m)堰上液层高度h O (m)降液管底隙高度W d (m)降液管宽度W s (m)安定区宽度W c (m)边缘区高度Aa (m)有效传质面积A T (m)塔横截面积A f (m)降液区面积A O （m）筛孔面积d O（m）筛孔直径t（m）孔中心距n

16、筛孔数目15801580U （m/s）空塔气速安全系数U O（ （m/s）筛孔气速K稳定系数H l （m液柱）液体有效阻力HlH（m液柱）液体表面张力阻力H p （m液柱）总阻力P（pa）每层塔板压降649636E液流收缩系数C O孔流系数液相负荷上限液相负荷下限汽相最大负荷 汽相最小负荷df进料管直径dr回流管直径dv塔顶蒸汽出料管直径dw塔底出料管直径dV塔底蒸汽出料管直径后记 本次化工原理课程设计历时两周,是学习化工原理以来第一次独立的设计。通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关化工原理方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因

17、所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知,通过亲自动手设计,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改,善莫大焉。在课程设计过程中?我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取。最终的检测环节?本身就是在践行“过而能改,。在设计中遇到了很多问题，最后在老师和同学们的帮助下，终于游逆而解。使我认识到在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决。只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦。也永远不可能得到社会及他人对你的认可。 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升。同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道理，给了我很多思考，给了我莫大的思维发散空间。同时，设计让我感触很深，使我对抽象的理论有了更为具体的认识。 谭天恩，化工原理，化学工业出版社