甲醇水筛板精馏塔课程设计

化学与化学工程学院

《化工原理》专业课程设计

设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计

姓名：潘永春

班级：化工101

学号：

2010054052

指导教师：朱宪

荣

课程设计时间2013、6、8——2013、6、20

化工原理课程设计任务书

专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春

学号20100054052 指导教师朱宪荣

设计日期：2013 年6月8日至2013年6月20日

一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计

二、设计任务及操作条件：

1、设计任务

生产能力（进料）413.34Kmol/hr

操作周期8000小时/年

进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同）

进料密度233.9Kg/m3 平均分子量22.65

塔顶产品组成>99%

塔底产品组成<0.04%

2、操作条件

操作压力 1.45bar （表压）

进料热状态汽液混合物液相分率98%

冷却水20℃

直接蒸汽加热低压水蒸气

塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。

3、设备形式筛板式或浮阀塔

4、厂址齐齐哈尔地区

三、图纸要求

1、计算说明书（含草稿）

2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）

一．前言 5

1.精馏与塔设备简介 5

2.体系介绍 5

3.筛板塔的特点 6

4.设计要求: 6

二、设计说明书7

三．设计计算书8 1.设计参数的确定8

1.1进料热状态 8

1.2加热方式8

1.3回流比（R）的选择 8

1.4 塔顶冷凝水的选择8

2.流程简介及流程图8

2.1流程简介8

3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9

3.1理论板数计算9

3.1.1物料衡算9

3.1.2 q线方程9

3.1.3平衡线方程10

3.1.4 Rmin和R的确定10

3.1.5精馏段操作线方程的确定10

3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定 10

3.1.7提馏段操作线方程的确定10

3.1.8逐板计算10

3.1.9图解法求解理论板数如下图: 12

3.2实际板层数的确定12

4精馏塔工艺条件计算12

4.1操作压强的选择12

4.2操作温度的计算13

4.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算13

4.3.1 密度及流量 13

4.3.2液相表面张力的确定：14

4.3.3 液体平均粘度计算15

4.4塔径的确定 15

4.4.1精馏段15

4.4.2提馏段17

4.5塔有效高度 17

4.6整体塔高17

5.塔板主要工艺参数确定18

5.1溢流装置18

5.1.1堰长lw 18

5.1.2出口堰高hw 18

5.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af 18

5.1.4降液管底隙高度h019

5.2塔板布置及筛孔数目与排列 19

5.2.1塔板的分块19

5.2.2边缘区宽度确定 19

5.2.3开孔区面积Aa计算19

5.2.4筛孔计算及其排列20

6.筛板的力学检验20

6.1塔板压降20

6.1.1干板阻力h c计算20

6.1.2气体通过液层的阻力Hl计算21

6.1.4气体通过每层塔板的液柱高h p21 6.2 筛板塔液面落差可忽略 21

6.3液沫夹带21

6.4漏液22

6.5液泛22

7.塔板负荷性能图22

7.1漏液线22

7.2液沫夹带线 23

7.3液相负荷下限线24

7.4液相负荷上限线24

7.5液泛线24

7.6操作弹性25

8. 辅助设备及零件设计26

8.1塔顶冷凝器（列管式换热器）26

8.1.1方案Ⅰ：垂直管 26

8.1.2方案Ⅱ：水平管 29

8.2各种管尺寸的确定30

8.2.1进料管30

8.2.2釜残液出料管30

8.2.3回流液管31

8.2.4再沸器蒸汽进口管31

8.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管31

8.2.6冷凝水管32

8.3冷凝水泵32

9.设计结果汇总33

10. 参考文献及设计手册35

四．设计感想35

一．前言

1.精馏与塔设备简介

蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。例如，设计所选取的甲醇-水体系，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较水为低,即甲醇挥发度较水高,故甲醇较水易从液相中汽化出来。若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。这多次进行部分汽化成部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。

在工业中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。

蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。工业中的蒸馏多为多组分精馏，本设计着重讨论常压下的双组分精馏，即苯-甲苯体系。

在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馏，萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。

塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。