甲醇水溶液板式精馏塔课程设计

原料温度： 20℃ 处理量： 5 万吨/年
原料组成： 甲醇的质量分数 WF=0.55 产品要求： 塔顶甲醇的质量分数 WD=0.97，塔底甲醇的质量分数 WW=0.02 生产时间： 300 天/年 冷却水进口温度：25℃
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加热剂： 单板压降:
0.3MPa 饱和水蒸汽 ≤0.7kPa
生产方式：连续操作，泡点回流 五、 设计说明书内容(指设计说明书正文中包括的主要设计内容，根据目录列出大标 题即可) 6． 设计方案的确定 7． 带控制点的工艺流程图的确定 8． 操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、加热剂、冷却剂、回流比） 9． 塔的工艺计算 (1) 全塔物料衡算 (2) 最佳回流比的确定 (3) 理论板及实际板的确定 (4) 塔径的计算 (5) 降液管及溢流堰尺寸的确定 (6) 浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定 (7) 塔板流动性能的校核（液沫夹带校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核，液体 在降液管内停留时间校核，严重漏液校核） (8) 塔板负荷性能图的绘制 (9) 塔板设计结果汇总表 10． 辅助设备工艺计算
化工与制药学院
课程设计说明书
课题名称 甲醇-水溶液板式精馏塔课程设计 专业班级 精细化工 01 学生学号 1206210306 1206210301 1206210322 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 杜 治 平 2014.12.22—2015.1. 郝张升 陈林周 王曙光
课程设计任务书
专业 化学工程与工艺 年 班级 月 12 精化 01 学生姓名
发题时间：
日化工原理课程设计任务书
一．设计题目：5 万吨/年甲醇-水溶液精馏塔设计 二．设计条件： 原料： 甲醇、 水
原料温度： 20℃ 处理量： 5 万吨/年
原料组成： 甲醇的质量分数 WF=0.55 产品要求： 塔顶甲醇的质量分数 WD=0.97，塔底甲醇的质量分数 WW=0.02 生产时间： 300 天/年
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4.1.2 提馏段……………………………………………………………….31 4.2 筛板的流体力学验算………………………………………….…….32 4.2.1 精馏段………………………………………………………………33 4.2.2 提馏段………………………………………………………………35 4.3 塔板的负荷性能图…………………………………………….….…37 4.3.1 精馏段…………………………………………………..…………..37 4.3.2 提馏段……………………………………………………..………..41 第五章 板式塔的结构和附属设备…………………………………..……….44 5.1 附件设备的计算………………………………………….….………44 5.2 板式塔的结构…………………………………………….………….47 第六章 辅助设备的选择……………………………………………..……….48 6.1 冷凝器………………………………………………………………..48 6.2 进料处预热……………………………………..……………………49 第七章 安全…………………………………...………………………………50 第八章总结与体会…………………………………………………………….51 附录…...…………………..………………………………………………..….53. 参考文献………..……….……………………………………………………..55
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《课程设计》综合成绩评定表
学生姓名 学生班级 设计题目
指导教师评语
指导教师签字： 年 答辩记录 月 日
答辩组成员签字：
记录人： 年 月 日
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成绩综合评定栏 设计情况 权 重 35 分 值 答辩情况 权 重 20 分 值
项
目
项
目
1、计算和绘图能力
1、回答问题能力 2、表述能力（逻辑性、条理 性）
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第二章设计方案的确定
2.1 操作条件的确定
在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用 面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。 所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。以前，在工业生产中，当处 理量大时多用板式塔， 处理量小时采用填料塔。 近年来由于填料塔结构的改进， 新型的、 高负荷填料的开发， 既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特 点。 因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。 在某些场合还代替了传统的板式塔。 如今， 直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性 能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。 板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、操作弹性大、持液量 小等优点。同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。 本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。 塔型的选择因素很多。主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。 1 与物性有关的因素 ①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。 因为填料不易形成泡沫。本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。 ②对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可 选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。 2 与操作条件有关的因素 ①传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。因为填料塔层中液相为膜状流、气相 湍动，有利于减小气膜阻力。 ②难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。
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第一章设计条件与任务
一、 课题名称 5 万吨/年甲醇－水筛板式精馏塔设计 二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量） 1. 课程设计参考书： (1) 陈敏恒，丛德兹，方图南，齐鸣斋. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京： 化学工业出版社，2000 (2) 化学工程手册编辑委会. 化学工程手册，第 1 篇化工基础数据；第 13 篇 气液传质设备. 北京：化学工业出版社，1986 (3) 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版 社，1995 2. 计算用计算机及绘图化工 CAD 软件 三、 设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等，只需简明列出大项目） 1. 撰写课程设计说明书一份 2. 带控制点的工艺流程图一张 3. 塔设备的工艺条件图（包括部分构件）一张 四、 设计所需技术参数 原料： 甲醇、 水
2、综合运用专业知识能力
10
10
3、运用计算机能力和外语能 力 4、查阅资料、运用工具书的 能力 5、独立完成设计能力 6、书写情况（文字能力、整 洁度） 综合成绩
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5
5
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指导教师签名：
学科部主任签名：
年
月
日
年
…………………………………………….11 第一章 设计条件与任务……………………………………………….……..12 1.1 设计条件……………………………………………………………..12 1.2 设计任务……………………………………………………………..14 第二章 设计方案的确定………………………………………………….…..14 2.1 操作条件的确认……………………………………………….…….15 2.2 流程确定和说明…………………………………………..………….17 第三章 精馏塔的工艺设计…………………………………………………...17 3.1 精馏塔的物料衡算……………………………………….……...…..17 3.2 精馏塔的气、 液相负荷…….................................................................18 3.3 最小回流比及操作线方程..................................................................18 3.4 操作回流比的确认…………………………………………...…..….20 3.5 全塔效率 ET 的计算……………………………………….…………21 3.6 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算………………………..21 3.7 精馏塔的塔体工艺尺寸计算……………………………….……….26 第四章 塔板工艺尺寸的计算……………………………….......……………28 4.1 塔板工艺尺寸的计算………………………………………………..28 4.1.1 精馏段……………………………………………………………….28
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六．程设计考核方式与评分方法 指导教师根据学生的平时表现、设计说明书、绘图质量及答辩情况评定成绩， 采用百分制。 其中： 平时表现 设计说明书 绘图质量 答辩 20% 40% 20% 20%
制 作 者：
杜治平
2014 年 12 月 22～2015 年 01 月： 答辩 指导教师（签名） ： 学科部主任（签名） ： 年 年 月 月 日 日
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引言
塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液 接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以 鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流 操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向 上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分 接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是： （1）生产能力大； （2）传热、传质效率高； （ 3） 气流的摩擦阻力小； （4）操作稳定，适应性强，操作弹性大； （5）结构简单，材料耗用 量少； （6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类： （1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型 垂直筛板、蛇形、S 型、多降液管塔板； （2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板） 、 穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 分离水和甲醇，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并 分别进行回收和储存。板式精馏塔、浮法塔都是常用的塔类型，可以根据不同塔各自特 点选择所需要的塔。 筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通 过板上液层， 形成气液密切接触的泡沫层 （或喷射的液滴群） 。 筛板塔是 1932 年提出的， 当时主要用于酿造，其优点是结构简单，制造维修方便，造价低，气体压降小，板上液 面落差较小，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操 作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设 计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近 年我国对筛板的应用日益增多，所以在本设计中设计该种塔型。
（1）塔附件设计 （2）换热器的面积计算及选型 （3）各种接管管径的计算及选型 （4）泵的扬程计算及选型
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6．塔设备的结构设计： （包括塔盘、裙座、进出口料管） 六、 进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 2014 年 12 月 22～2015 年 1 月 1：查找资料，初步确定设计方案及设计内容 2014 年 12 月 29～2015 年 1 月 1：根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿 2015 年 1 月 1：撰写设计说明书 2015 年 1 月 1～2015 年 1 月 3： 绘制工艺流程图及总装图 指导教师（签名） ： 学科部主任（签名） ： 七、程设计考核方式与评分方法 指导教师根据学生的平时表现、设计说明书、绘图质量及答辩情况评定成绩， 采用百分制。 其中： 平时表现 设计说明书 绘图质量 答辩 20% 40% 20% 20% 年 年 月 月 日 日
冷却水进口温度：25℃ 加热剂： 单板压降: 0.3MPa 饱和水蒸汽 ≤0.7kPa
生产方式：连续操作，泡点回流 三．设计要求： 1． 撰写课程设计说明书一份 2． 带控制点的工艺流程图一张 3． 塔设备的工艺条件图（包括部分构件）一张 四．设计说明书的主要内容： 1． 设计方案的确定
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2． 带控制点的工艺流程图的确定 3． 操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、加热剂、冷却剂、回流比） 4． 塔的工艺计算 （1） 全塔物料衡算 （2） 最佳回流比的确定 （3） 理论板及实际板的确定 （4） 塔径的计算 （5） 降液管及溢流堰尺寸的确定 （6） 浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定 （7） 塔板流动性能的校核（液沫夹带校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核， 液体在降液管内停留时间校核，严重漏液校核） （8） 塔板负荷性能图的绘制 （9） 塔板设计结果汇总表 5． 辅助设备工艺计算 （1）换热器的面积计算及选型 （2）各种接管管径的计算及选型 （3）泵的扬程计算及选型 6．塔设备的结构设计： （包括塔盘、裙座、进出口料管） 五．设计时间安排： 2014 年 12 月 22～2014 年 12 月 23：查找资料，初步确定设计方案及设计内容 2014 年 12 月 24～2014 年 12 月 26：根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿 2014 年 12 月 27～2014 年 12 月 28：撰写设计说明书 2014 年 12 月 29～2015 年 12 月 31： 绘制工艺流程图及总装图 2015 年 01 月 01～2015 年 01 月 04： 答辩