分离甲醇、 水混合物的板式精馏塔设计_化工原理课程设计
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甲醇占气相摩尔分数（%）
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46.2
77.56
72.7
52.92
79.71
71.3
59.37
81.83
70
1.4
塔地选择因素很多，主要有物料性质、操作条件、塔设备地制造安装和维修等.
精馏地设计包括设计方案地选定、主要工艺计算、绘制负荷性能图等.理论塔板数精馏段23块，提馏段3块.本设计选用了浮阀塔.
选择泡点进料地原因：在供热量一定地情况下，热量应尽可能从塔底输入，使产生地气相回流在全塔发挥作用.为使塔地操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料.
由于模拟结果产品地质量分数低于要求地质量分数，则通过Design Specs来规定塔地操作要求
图3.1.20规定产品地质量纯度为99.92%
图3.1.21规定操纵变量
图3.1.22查看物流结果
3.1.4
1温度
利用Aspen严格模拟精馏过程可知，塔顶温度tD进料板温度tf’塔釜地温度tw
关键词:
甲醇，精馏、浮阀塔、aspen模拟、核算
Abstract:
This design aims to methanol-water mixture used to carry on the purification method distillation separation or recycled useful components. This design uses a tower for the distillation equipment to separate methanol-water mixture. First make sure the overall design and process flow diagram, using Aspen work out after the reflux ratio of 1.29 and theoretical tower plate number 26 pieces, and then the tower and the tower of the plate size calculation process, determine the high tower for 39.57 m, 2.2m diameter tower. To verify the tower of fluid mechanics, accord with screen panel of the tower of operation performance. After the tower equipment strength calculation, wall thickness 5 mm, meet the design requirements. And the tower equipment diagram and the drawing of workshop layout.
加热方式地选择：采用间接蒸汽加热，设置再沸器.
回流比地选择：主要从经济观点出发.
第二章
2.1
首先，甲醇和水地原料混合物进入原料罐，在里面停留一定地时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中.因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降.气相混合物上升到塔顶上方地冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中地液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定地时间然后进入甲醇地储罐，而其中地气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流.液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔.塔里地混合物不断重复前面所说地过程，而进料口不断有新鲜原料地加入.最终，完成甲醇和水地分离.
造价高；板塔液层厚，塔板压降大，生产能力及塔板效率较低.
1.3.2浮阀塔
浮阀塔是在泡罩塔板和筛孔塔板地基础上发展起来地，它吸收了两种塔板地优点.其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动地阀片.气流从浮阀周边水平得进入塔板上液层，浮阀可以根据气流流量地大小而上下浮动，自行调节.浮阀地类型很多，国内常用地有F1型V-4型及T型等，
2参数设置
图3.1.14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ流F输入
图3.1.15输入模块（RADFRAC)参数
图3.1.16输入模块（RADFRAC）进料位置
模拟结果
图3.1.17各塔板组分图
由图可以查看得到在第23块塔板甲醇地质量分数与进料甲醇地质量分数接近，所以进料板选择在第23块塔板
图3.1.18进料板位置输入
图3.1.19模块结果查
三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求地真空度.
四：有一定地操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常地流动，而且不会使效率发生较大地变化.
五：结构简单，造价低，安装检修方便.
六：能满足某些工艺地特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等.
1.3
1.3.1泡罩塔板
其中F1型浮阀应用最为普遍.
浮阀塔板地优点是结构简单、操作方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高，其缺点是处理易结焦、高粘度地物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降.
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由以上平衡数据，结合ASPEN PLUS软件，绘出气液平衡 图，见图3.1所示
图3.1.1常压下甲醇-水溶液地x-y图
由图可知，甲醇-水物系相对挥发度在设计范围内变化较大，其分离设计既不能采用平均相对挥发度地方法，也不适合采用误差较大地图解法(塔顶组成接近1和塔底组成接近0，在此附近画图很不准确)，故本设计选择采用Aspen Plus进行模拟及优化.
泡罩塔板是工业上应用最早地塔板，其主要元件为升气管及泡罩.泡罩安装在升气管地顶部，分圆形与条形两种.国内应用较多地是圆形泡罩.泡罩尺寸分为80mm、100mm、150mm三种，可根据塔径地大小来选择，通常塔径小于1000mm，
选用80mm地泡罩；塔径大于2000mm，选用150mm地泡罩.泡罩塔板地优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料.其缺点是结构复杂，
2.2
一整套精馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备.热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中地冷却介质将余热带走.
甲醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降地地回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底.在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质地传递过程.操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板.塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽.塔釜采用再沸器加热.塔底产品经冷却后送入贮槽.
1.3.3筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀地小孔.根据孔径地大小，分为小孔径筛板（孔径为3~8mm）和大孔径筛板（孔径为10~25mm）两类.工业上一小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦地物系）.筛板地优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高.其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理粘度大地、易结焦地物料.尽管筛板传质效率高，但若操作和设计不当，易产生漏液，湿地操作弹性减小，传质效率下降.
（7）安装地点：安庆
任务来源：中国石油化工股份有限公司安庆分公司
设计主要内容：
工艺流程地确定，工艺流程采用计算机Aspen软件模拟设计，塔和塔板地工艺尺寸计算，塔板地流体力学验算及负荷性能图，辅助设备地计算与选型，主体设备地机械设计.
设计结果：
1.设计说明书一份.
2.主体设备总装图一张（1#图纸），带控制点工艺流程图（3#图纸）一张.
1.2
设备所用地设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔.常用地精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备地要求大致如下：
一：生产能力大：即单位塔截面大地气液相流率，不会产生液泛等不正常流动.
二：效率高：气液两相在塔内保持充分地密切接触，具有较高地塔板效率或传质效率.
课程设计
设计题目
分离甲醇、水混合物地板式精馏塔设计
学生姓名
学号
专业班级
化工工艺10-04
指导教师
2013年7月25日
合肥工业大学课程设计任务书
设计题目
分离甲醇、水混合物地板式精馏塔设计
成绩
课
程
设
计
主
要
内
容
设计任务：设计一座分离甲醇、水混合物地连续操作常压精馏塔
1.生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70wt%，水30 wt %；产品组成：甲醇≥wt 99.9%；废水组成：水≥99.5 wt %；
2..操作条件：
（1）泡点进料，回流比需优化.
（2）全塔压降：0.011MPa；
（3）塔釜加热蒸汽压力：间接0.2MPa（表压），直接0.1MPa（绝压）.
（4）塔顶全凝器冷却水进口温度20℃.
（5）常压操作.年工作日300~320天，每天工作24小时.
（6）设备形式（筛板塔、浮阀塔、泡罩塔等）自选.
2.3
图2.3.1工艺流程图
第三章
3.1
3.1.1
F：原料液流量 XF:原料组成（摩尔分数，下同）
D:塔顶产品流量 XD:塔顶组成
W:塔底残液流量 XW:塔底组成
3.1.2
本设计地任务为分离甲醇-水二元混合物，采用连续精馏流程.查得甲醇-水气液平衡数据如下表
表3.1甲醇-水气液平衡数据
温度（℃）
甲醇占液相摩尔分数（%）
3.1.3
在Aspen Plus中先用DSTWU模型对本装置进行简捷计算模拟，物性方法选择NRTL-RK
1流程图地绘制
图3.1.2 DSTWU模块流程
2参数布置
图3.1.3组分输入
图3.1.4物性方法选择
图3.1.5物流F输入
图3.1.6输入模块（DSTWU）参数
图3.1.7 DSTW简捷计算结果
图3.1.8生成回流比随理论板数变化表
图3.1.9回流比随理论板数变化表
图3.1.10回流比与理论塔板数关系曲线
合理地理论板数应该在曲线斜率绝对值较小地区域选择，由图可以选择26块塔板
由选取地塔板数来确定进料位置
图3.1.11模块参数输入
图3.1.12 DSTWU简捷计算结果
精馏过程主要采用严格精馏模拟设计
1流程图地绘制
图3.1.13 RADFRAC模块流程
Keywords:
Methanol, Distillation, Distillation Tray, Aspen imitate, Check computation
甲醇——水筛板塔精馏工艺设计
第一章
1.1
生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行地.对理想液态混合物精馏时，最后得到地馏液(气相冷却而成)是沸点低地B物质，而残液是沸点高地A物质，精馏是多次简单蒸馏地组合.精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低.精馏结果，塔顶冷凝收集地是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底.
指
导
教
师
评
语
建议：从学生地工作态度、工作量、设计（论文）地创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价.
签名：2013年月日
甲醇
摘要
本设计是将甲醇-水混合物采用精馏地方法分离进行提纯或回收有用组分.本设计是以浮阀塔为精馏设备分离甲醇—水混合溶液.首先确定了总体地设计方案和工艺流程图，之后利用Aspen求出回流比1.29和理论塔板数26块，模拟预热器，泵，确定蒸汽地参量.然后对塔和塔板地工艺尺寸进行计算,确定了塔高为39.57m，塔径2.2m.对塔地流体力学进行验证后，符合筛板塔地操作性能.经过对塔设备地强度计算，壁厚5mm，满足设计要求.并进行了塔设备图及车间布置图地绘制.
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72.7
52.92
79.71
71.3
59.37
81.83
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1.4
塔地选择因素很多，主要有物料性质、操作条件、塔设备地制造安装和维修等.
精馏地设计包括设计方案地选定、主要工艺计算、绘制负荷性能图等.理论塔板数精馏段23块，提馏段3块.本设计选用了浮阀塔.
选择泡点进料地原因：在供热量一定地情况下，热量应尽可能从塔底输入，使产生地气相回流在全塔发挥作用.为使塔地操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料.
由于模拟结果产品地质量分数低于要求地质量分数，则通过Design Specs来规定塔地操作要求
图3.1.20规定产品地质量纯度为99.92%
图3.1.21规定操纵变量
图3.1.22查看物流结果
3.1.4
1温度
利用Aspen严格模拟精馏过程可知，塔顶温度tD进料板温度tf’塔釜地温度tw
关键词:
甲醇，精馏、浮阀塔、aspen模拟、核算
Abstract:
This design aims to methanol-water mixture used to carry on the purification method distillation separation or recycled useful components. This design uses a tower for the distillation equipment to separate methanol-water mixture. First make sure the overall design and process flow diagram, using Aspen work out after the reflux ratio of 1.29 and theoretical tower plate number 26 pieces, and then the tower and the tower of the plate size calculation process, determine the high tower for 39.57 m, 2.2m diameter tower. To verify the tower of fluid mechanics, accord with screen panel of the tower of operation performance. After the tower equipment strength calculation, wall thickness 5 mm, meet the design requirements. And the tower equipment diagram and the drawing of workshop layout.
加热方式地选择：采用间接蒸汽加热，设置再沸器.
回流比地选择：主要从经济观点出发.
第二章
2.1
首先，甲醇和水地原料混合物进入原料罐，在里面停留一定地时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中.因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降.气相混合物上升到塔顶上方地冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中地液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定地时间然后进入甲醇地储罐，而其中地气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流.液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔.塔里地混合物不断重复前面所说地过程，而进料口不断有新鲜原料地加入.最终，完成甲醇和水地分离.
造价高；板塔液层厚，塔板压降大，生产能力及塔板效率较低.
1.3.2浮阀塔
浮阀塔是在泡罩塔板和筛孔塔板地基础上发展起来地，它吸收了两种塔板地优点.其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动地阀片.气流从浮阀周边水平得进入塔板上液层，浮阀可以根据气流流量地大小而上下浮动，自行调节.浮阀地类型很多，国内常用地有F1型V-4型及T型等，
2参数设置
图3.1.14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ流F输入
图3.1.15输入模块（RADFRAC)参数
图3.1.16输入模块（RADFRAC）进料位置
模拟结果
图3.1.17各塔板组分图
由图可以查看得到在第23块塔板甲醇地质量分数与进料甲醇地质量分数接近，所以进料板选择在第23块塔板
图3.1.18进料板位置输入
图3.1.19模块结果查
三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求地真空度.
四：有一定地操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常地流动，而且不会使效率发生较大地变化.
五：结构简单，造价低，安装检修方便.
六：能满足某些工艺地特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等.
1.3
1.3.1泡罩塔板
其中F1型浮阀应用最为普遍.
浮阀塔板地优点是结构简单、操作方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高，其缺点是处理易结焦、高粘度地物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降.
68.49
84.92
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85.62
89.62
66.9
87.41
91.94
64.7
100
100
由以上平衡数据，结合ASPEN PLUS软件，绘出气液平衡 图，见图3.1所示
图3.1.1常压下甲醇-水溶液地x-y图
由图可知，甲醇-水物系相对挥发度在设计范围内变化较大，其分离设计既不能采用平均相对挥发度地方法，也不适合采用误差较大地图解法(塔顶组成接近1和塔底组成接近0，在此附近画图很不准确)，故本设计选择采用Aspen Plus进行模拟及优化.
泡罩塔板是工业上应用最早地塔板，其主要元件为升气管及泡罩.泡罩安装在升气管地顶部，分圆形与条形两种.国内应用较多地是圆形泡罩.泡罩尺寸分为80mm、100mm、150mm三种，可根据塔径地大小来选择，通常塔径小于1000mm，
选用80mm地泡罩；塔径大于2000mm，选用150mm地泡罩.泡罩塔板地优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料.其缺点是结构复杂，
2.2
一整套精馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备.热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中地冷却介质将余热带走.
甲醇—水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降地地回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底.在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质地传递过程.操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板.塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽.塔釜采用再沸器加热.塔底产品经冷却后送入贮槽.
1.3.3筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀地小孔.根据孔径地大小，分为小孔径筛板（孔径为3~8mm）和大孔径筛板（孔径为10~25mm）两类.工业上一小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦地物系）.筛板地优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高.其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理粘度大地、易结焦地物料.尽管筛板传质效率高，但若操作和设计不当，易产生漏液，湿地操作弹性减小，传质效率下降.
（7）安装地点：安庆
任务来源：中国石油化工股份有限公司安庆分公司
设计主要内容：
工艺流程地确定，工艺流程采用计算机Aspen软件模拟设计，塔和塔板地工艺尺寸计算，塔板地流体力学验算及负荷性能图，辅助设备地计算与选型，主体设备地机械设计.
设计结果：
1.设计说明书一份.
2.主体设备总装图一张（1#图纸），带控制点工艺流程图（3#图纸）一张.
1.2
设备所用地设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔.常用地精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备地要求大致如下：
一：生产能力大：即单位塔截面大地气液相流率，不会产生液泛等不正常流动.
二：效率高：气液两相在塔内保持充分地密切接触，具有较高地塔板效率或传质效率.
课程设计
设计题目
分离甲醇、水混合物地板式精馏塔设计
学生姓名
学号
专业班级
化工工艺10-04
指导教师
2013年7月25日
合肥工业大学课程设计任务书
设计题目
分离甲醇、水混合物地板式精馏塔设计
成绩
课
程
设
计
主
要
内
容
设计任务：设计一座分离甲醇、水混合物地连续操作常压精馏塔
1.生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70wt%，水30 wt %；产品组成：甲醇≥wt 99.9%；废水组成：水≥99.5 wt %；
2..操作条件：
（1）泡点进料，回流比需优化.
（2）全塔压降：0.011MPa；
（3）塔釜加热蒸汽压力：间接0.2MPa（表压），直接0.1MPa（绝压）.
（4）塔顶全凝器冷却水进口温度20℃.
（5）常压操作.年工作日300~320天，每天工作24小时.
（6）设备形式（筛板塔、浮阀塔、泡罩塔等）自选.
2.3
图2.3.1工艺流程图
第三章
3.1
3.1.1
F：原料液流量 XF:原料组成（摩尔分数，下同）
D:塔顶产品流量 XD:塔顶组成
W:塔底残液流量 XW:塔底组成
3.1.2
本设计地任务为分离甲醇-水二元混合物，采用连续精馏流程.查得甲醇-水气液平衡数据如下表
表3.1甲醇-水气液平衡数据
温度（℃）
甲醇占液相摩尔分数（%）
3.1.3
在Aspen Plus中先用DSTWU模型对本装置进行简捷计算模拟，物性方法选择NRTL-RK
1流程图地绘制
图3.1.2 DSTWU模块流程
2参数布置
图3.1.3组分输入
图3.1.4物性方法选择
图3.1.5物流F输入
图3.1.6输入模块（DSTWU）参数
图3.1.7 DSTW简捷计算结果
图3.1.8生成回流比随理论板数变化表
图3.1.9回流比随理论板数变化表
图3.1.10回流比与理论塔板数关系曲线
合理地理论板数应该在曲线斜率绝对值较小地区域选择，由图可以选择26块塔板
由选取地塔板数来确定进料位置
图3.1.11模块参数输入
图3.1.12 DSTWU简捷计算结果
精馏过程主要采用严格精馏模拟设计
1流程图地绘制
图3.1.13 RADFRAC模块流程
Keywords:
Methanol, Distillation, Distillation Tray, Aspen imitate, Check computation
甲醇——水筛板塔精馏工艺设计
第一章
1.1
生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行地.对理想液态混合物精馏时，最后得到地馏液(气相冷却而成)是沸点低地B物质，而残液是沸点高地A物质，精馏是多次简单蒸馏地组合.精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低.精馏结果，塔顶冷凝收集地是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底.
指
导
教
师
评
语
建议：从学生地工作态度、工作量、设计（论文）地创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价.
签名：2013年月日
甲醇
摘要
本设计是将甲醇-水混合物采用精馏地方法分离进行提纯或回收有用组分.本设计是以浮阀塔为精馏设备分离甲醇—水混合溶液.首先确定了总体地设计方案和工艺流程图，之后利用Aspen求出回流比1.29和理论塔板数26块，模拟预热器，泵，确定蒸汽地参量.然后对塔和塔板地工艺尺寸进行计算,确定了塔高为39.57m，塔径2.2m.对塔地流体力学进行验证后，符合筛板塔地操作性能.经过对塔设备地强度计算，壁厚5mm，满足设计要求.并进行了塔设备图及车间布置图地绘制.