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年处理量六万吨甲醇-水板式精馏塔的工艺设计

摘要

精馏是利用混合液中各组分间挥发度的差异，通过多次部分汽化，部分冷凝实现液体混合物分离，并获得高纯度产品的一种操作。板式塔可以分为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等。根据板上气液接触方式，设计采用浮阀塔。浮阀塔具有以下特点：1.处理能力大；2.操作弹性大；3.使用周期长；4.结构简单。

设计任务为分离甲醇和水混合物。对于二元混合物的分离，应采用常压下的连续精馏装置。设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

关键词：甲醇精馏塔浮阀塔工艺设计

目录

前言 (1)

第1章绪论 (2)

第1.1节研究有关背景 (2)

第1.2节研究内容 (3)

第1.3节工艺分析 (6)

第1.4节影响精馏塔精馏操作的因素 (9)

第1.5节工艺流程简介 (11)

第2章精馏塔的设计计算 (12)

第2.1节设计任务和条件 (12)

第2.2节设计方案的确定 (12)

第2.3节精馏塔的物料衡算 (12)

第2.4节塔板数的确定 (14)

第2.5节热量衡算 (17)

第2.6节精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (19)

第2.7节精馏塔塔体工艺尺寸计算 (22)

第2.8节塔板主要工艺尺寸计算 (24)

第2.9节塔板流体力学验算 (26)

第2.10节塔板负荷性能图 (29)

第3章塔附件设计 (33)

第3.1节接管——进料管 (33)

第3.2节法兰 (33)

第3.3节筒体与封头 (33)

第3.4节人孔 (34)

结论 (35)

附表 (37)

参考文献 (39)

致谢 (41)

前言

甲醇最早由木材干馏而得，故称木精。甲醇为无色液体，易燃，爆炸极限6.0％—36.5％（体积）。有毒性，甲醇蒸汽与眼接触可引起失明，饮用亦可致盲。甲醇用途很广，主要用来制备甲醛以及在有机合成工业中用作甲基化剂和溶剂，也可加加入汽油或单独用作汽车或飞机的燃料[1]。甲醇是基本有机原料之一。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品。甲醇是重要的燃料，可掺入汽油作替代燃料使用。20世纪80年代以来，甲醇用于生产汽油辛烷值添加剂甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料，以及甲醇蛋白等产品，大大促进了甲醇生产的发展和市场需要；甲醇已经作为F1赛车的燃料添加剂使用，也广泛应用于甲醇燃料电池中。

甲醇为重要的化工原料，主要用作防冻剂、萃取剂、橡胶加速剂，亦可作染料、树脂、人造革、火漆薄膜、玻璃纸、喷漆等的溶剂以及油漆、颜料去除剂、有机合成的中间体等，甲醇制烯烃的技术最近也取得了一定进展。甲醇还是一种清洁的燃料，除了直接掺入汽、柴油作为燃料外，燃料电池技术正越来越受到人们的关注。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛的应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成成分的分离过程是同时进行传质传热的过程[2]。

第1章绪论

第1.1节研究有关背景

1.1.1精馏概念

利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分(重组分)却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，该过程被称为精馏[3]。

1.1.2精馏原理

料液自塔的中部某适当位置连续的加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回流入塔顶，称为回流液，其余部分作为塔顶产品（馏出液）连续排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。

在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，使上升蒸气中轻组分的浓度逐渐升高。只要有足够的相际接触表面和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸气将成为高纯度的轻组分。塔的上半部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重组分，因而称为精馏段。

在塔的加料位置以下，下降液体（包括回流液和加料中的液体）中的轻组分向气相传递，上升蒸气中的重组分向液相传递。这样，只要两相接触面和上升蒸气量足够，到达塔底的液体中所含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。塔的下部完成了下降液体中重组分的提浓即提出了轻组分，因而称为提馏段。

一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，在这样的塔内可将一个双组分混合物连续地、高纯度地分离为轻、重两组分[4]。

化工厂中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。尽管塔板的形式和填料的种类很多，但塔板上的液层和填料表面都是气液两相进行热交换和质交换的场所[5]。

1.1.3发展前景