填料式精馏塔设计

（14）
4、 辅助设备的选型计算
7.储槽的选型计
算…………………………………………… （15）
8.换热器的选型计算
…………………………………………（16）
9.主要接管尺寸的选型计算
…………………………………（19）
10.泵的选型计算
…………………………………………… （21）
11.流量计选取
……………………………………………… （21）
（5）
2.全塔物料衡
算…………………………………………………（5）
3.采用图解法，求解RMin，R
……………………………………(5）
4.填料塔压力降的计
算…………………………………………(6）
5.D、Z、计算…………………………………………………
（7）
6.计算结果列表 ………………………………………………
查得103℃下，甲醇密度 水
由 得：
＝956.080kg/m3 进料板 ＝915.988kg/m3
故提馏段平均液相密度
5.2.5提馏段汽相平均密度
5.2.6提馏段平均液相粘度’
查《化学工程手册》第一篇 ： 塔底 103℃
甲醇
A 555.30
水
658.25
＝0.2663cp 进料板： ℃时
=0.3182cp 则提馏段平均液相粘度 塔板效率 ET=0.17-0.616lg=0.487 N=NT/ET=22.6 实际塔板数应取23块。
化工原理 课程设计说明书
设计题目： 甲醇—水连续填料精馏塔 设计者： 专业： 学号：
指导老师：
2016年06月25日
目录
1、
前言
…………………………………………………………(3)
2、
设计条
件………………………………………………………(4)
3、 精馏塔的设计计算
1.由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率………………
8、
结束
语……………………………………………………… (25)
前言
甲醇俗称木醇，木精，是一种大宗有机化学品，它不仅容易运 输和储藏，而且可以作为很多有机化学品的中间原料。由它可以加 工成的有机化学品有100余种，广泛用于有机合成、染料、医药、 涂料和国防等工业。随着近年来技术的发展和能源结构的改变，甲 醇开辟了新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白质的原料，目前， 世界上已经有30万吨的甲醇制蛋白质的工业装置在运行。甲醇是容 易运输的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，从而开 辟了由煤转换为汽车燃料的途径。用孟山都法可以将甲醇直接合成 醋酸。随着近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二 醇、甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂 等产品，正在研究开发和工业化中。此外，甲醇在工业应用和实验 室中是十分重要的溶剂。许多反应在甲醇作为溶剂时产率非常好。 虽然有一定的毒性，但相对于其它有机溶剂来说，还是比较安全 的。
B 260.64 283.16
5.2.7液相负荷计算 5.2.8汽相负荷计算
＝ 5.3塔径计算(采用埃克特通用关联图计算)
横坐标 查《化工传质与分离过程》 图4－33可得 纵坐标
1.022 继续采用散装金属拉西环DN25填料
得uF＝3.698m/s 取安全系数0.7， 圆整塔径 取 D=0.400m
3927.9Pa
误差分析 1.56%
辅机（辅助设备）的选型计算
7.1原料储槽的选型计算
原料液的存储量是要保证生产能正常进行，主要根据原料生产情况 及供应周期而定的。
根据经验，取储槽中的原料液温度为t=25℃，此时进料液中各物料 的物性是：
甲醇：
质量浓度
水：
质量浓度
∴ 进料液体积流量
在工业中为了安全起见，储槽一般要留出一定空间。取储槽安全系
0.116532.04+(1-0.1165)18.02=19.61kg/kmol
提馏段平均分子量：
kg/kmol
=21.19kg/kmol
5.2.3操作压力’
塔釜压力＝112703Pa，则进料板压强 ＝112370Pa
＝＝111769.5Pa
5.2.4提馏段平均液相密度
塔釜 由图一得 ＝0.001127
塔顶的压力：109.5 kPa 塔釜的压力：（ =103℃）
∴ =
所以精馏塔的压力降为： =
5. D、Z、计算 5.1精馏段 5.1.1平均温度
料液泡点进料，取℃,假设℃，则精馏段平均温度 ℃ 5.1.2平均分子量 塔顶： ，由图可知0.975
0.982532.04+（1-0.99825）18.02＝31.76kg/kmol 0.97532.04+(1-0.975)18.02=31.65 kg/kmol 进料板： ， 由图可知 0.75932.04＋（1-0.759）18.02＝28.63kg/kmol 0.457732.04+(1-0.4577)18.02=24.41kg/kmol 精馏段平均分子量： 28.03kg/kmol
醇
醇
摩尔分数 摩尔分数
温度 t/℃
xA
yA
液相中甲 醇 摩尔分数
xA
汽相中甲 醇 摩尔分数
yA
100
0.0
96.4
0.02
93.5
0.04
91.2
0.06
89.3
0.08
87.7
0.10
84.4
0.15
81.7
0.20
78.0
0.30
0.0 0.134 0.234 0.304 0.365 0.418 0.517 0.579 0.665
热器两端冷、热流体温差，使投资和操作费用之和最小。
槽的设计依据是中间槽装液60％～80％能保持至少1～2个小时的流量，
该设计任务中，槽装液70％，即取安全系数为0.7，保持流量2小时。
取储槽中的料液温度为t=40℃，此时进料液中各物料的物性是：
甲醇：
质量浓度
水：
质量浓度
∴ 进料液体积流量为：
选用卧式无折边球形封头容器系列，标准号JB1427-74，选公称容 积，图号为：R22-0.7-21。 7.3塔底冷凝液储槽
主机（精馏塔）的设计计算
1.由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率：
求得各个物料的摩尔分率如下：
物料 摩尔分率
塔顶 0.9825
进料 0.4577
塔釜 0.005650
F= 则有：
解得 W=1696.1 D=1640.9 3.采用图解法，求解RMin，R
甲醇－水溶液的平衡数据及部分数据。
温度 t/℃
液相中甲 汽相中甲
12.温度计选取
……………………………………………… （22）
13.压力计选取
……………………………………………… （22）
5、
设备一览表
…………………………………………………（23）
6、
选用符号说明
………………………………………………（24）
7、
参考文献
……………………………………………………（25）
本次设计采用填料式精馏塔，因为随着填料塔技术的不断完 善，在性能上比板式塔要好很多，而且填料塔的结构比较简单，制 造、维修难度和造价比板式塔低很多，所以选用填料塔，可以减少 设计、制造、操作费用。也是符合实际生产需要的。
设计条件
生产能力：年产600吨甲醇-水溶液（年开工300天） 原料：轻组分为0.6（摩尔分率，下同）的甲醇-水混合溶液 分离要求：塔顶轻组分含量不低于99%，塔釜轻组分含量不高于 1% 建厂地区：南京
6.1.物料衡算 进料口F
进料量 （mol/s）
29.45
浓度（摩尔分 率）
0.1165
压力（Pa）
111169
温度（℃）
85
塔顶D 3.494
0.9736
109500 67
塔釜W 25.956
0.001127
112370 103
6.2.填料塔参数 塔径DN
0.40m
填料层高度 填料层压降 H
7.7m
5.4.塔高的计算 等板高度法，取HETP＝0.5m
5.4.1精馏段 取安全系数为1.4
5.4.2提馏段 取安全系数为1.4
Z=Z1+Z2＝3.5+4.2＝7.7m 5.5压降的计算 5.5.1精馏段
查埃克特通用关联图得： 5.5.2提馏段
查埃克特通用关联图得： 检验：
<0.05
所以假设成立，D＝ 6.计算结果列表
热系数K值相同的条件下，采用逆流操作效果较好。若换热介质流量一
定时，可以节省传热面积，减少设备费；若传热面积一定时，可减少换
热介质的流量，降低操作费。因而，工业上多采用逆流操作。
同时，若换热器两端冷、热流体的温差大，可使换热器的传热面积
小，节省设备投资。但要使冷、热流体温差大，冷却剂用量就要大，增
加了操作费用，故温差的取值应考虑其经济合理性，即要选择适宜的换
75.3
0.40
73.1
0.50
71.2
0.60
69.3
0.70
67.6
0.80
66.0
0.90
65.0
0.95
64.5
1.0
0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.979 1.0
由平衡数据在坐标纸上描点，画出甲醇－水溶液的x-y图
（下
图）。
由图读知N=7 ，从塔顶算起第4块塔板为进料板，塔的理论塔
℃ 5.2.2平均分子量
塔底 由图可，0.0023 0.002332.04+（1-0.0023）18.02＝18.05kg/kmol 0.00112732.04+(1-0.001127)18.02=18.04kg/kmol
进料板 0.44032.04＋（1-0.440）18.02＝24.33kg/kmol
查得℃下甲醇 水
由 得：＝817.66kg/m3
故精馏段液相平均密度
5.1.5精馏段汽相平均密度
5.1.6液体粘度
查《化学工程手册》第一篇 ：
A
B
塔顶： ℃时
甲醇 水
555.30 658.25
260.64 283.16
进料板： ℃时
则精馏段平均液相粘度 5.1.7汽相负荷计算
5.1.8液相负荷计算
仍取储槽中的料液温度为t=40℃， 进料液体积流量为：
选用立式平底平盖容器系列，标准号JB1421-74，选公称容积，图 号为：R21A-00-15。
8.换热器的选型计算
在本设计任务中，甲醇浓度都比较高，在换热时不能直接与冷流体
混合，所以应采用间壁式换热器。在冷、热流体的初、终温度相同的条
件下，逆流的平均温差较并流的大。因此，在换热器的传热量Q及总传
=30.20kg/kmol
5.1.3精馏段平均操作压力
塔顶压力＝109500Pa，取每层塔板压力降＝＝238.36Pa，则进料
板压强 ＝238.367+109500＝111169Pa
＝＝110334Pa
5.1.4液相密度
塔顶 由图一得
查得℃下甲醇 水
由 得：
＝757.58kg/m3
进料板 由图知加料板液相组成
R=2 RMin =2×0.7418=1.4836 4. 填料塔压力降的计算
各组分的饱和蒸汽压由安托尼方程 求得各组分的饱和蒸汽压的计算值：
项目
甲醇 水
安托尼方程常数
A
B
C
11.9673 3626.55 -34.29
11.6834 3816.44 -46.13
饱和蒸汽压 67℃ 103℃ 111025 387425 27171.8 112060
数为0.7（安全系数，又称装填系数，是指有效容积占储槽总容积的百
分率），按大工厂计算，取24小时进料量计算，故所需的储槽实际体积
为：
原料储槽工作于常温、常压下，甲醇是一级防爆产品。综合以上因素，
最终选用立式平底锥盖容器系列（JB1422-74），选公称容积，图号
为：R22-00-15。
7.2中间槽
中间槽是储存回流量及出料的储罐。甲醇精馏过程为连续生产，中间
板数为7。
原料泡点进料，故xq=xF=4577,从图可知yq=0.759，故有： 对于指定的物系，RMin只取决于分离要求，即设计型计算中达到一
定分离程度所需回流比的最小值，实际操作回流比应大于最小回流比。 但增大回流比，起初显著降底所需塔板层数，设备费用明显下降。再增 加回流比，虽然塔板层数仍可继续减少，但下降的非常慢。与此同时， 随着回流比的加大，塔内上升蒸气量也随之增加，致使塔径、塔板面 积、再沸器、冷凝器等设备尺寸相应增大。因此，回流比增至某一数值 时，设备费用和操作费用同时上升，回流比的采用原则是使设备费用和 操作费用的总费用最小。通常，适宜回流比的数值范围为 R=（1.1~2.0）RMin。本设计中取R＝2RMin 。
5.1.9填料选择 目前市场上规整填料价格较昂贵，且甲醇－水不属于难分离系
统，腐蚀性较小，故采用价格低、性能优良的散装金属拉西环DN25填 料，查表得填料因子257。 5.1.10塔径计算(采用埃克特通用关联图计算)
横坐标
查《化工传质与分离过程》 图4－33可得 纵坐标
1.17 故 得 ＝2.305m/s 取安全系数0.7， 圆整塔径 取D=0.400m 此时符合0.5～0.85范围,所以塔径圆整适合 5.2提馏段 5.2.1平均温度 料液泡点进料，取℃, ℃则提馏段平均温度