甲醇和水分离过程筛板精馏塔设计

新疆工业高等专科学校课程设计任务书2学年2学期2011年7月5日专业应用化工技术班级应化09—4（2）班课程名称精馏塔设计设计题目筛板精馏塔的设计指导教师李培起止时间2011/7/4—2011/7/9 周数 1 设计地点教学楼设计目的：1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。

2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。

设计任务或主要技术指标：设计一个生产能力为5000kg/h，原料中甲醇含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲醇含量不低于95%；塔底甲醇含量不高于1%；常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料的筛板精馏塔。

设计进度与要求：1拟订题目和课程设计指导书（包括课程设计目的、内容、要求、进度、成绩评定等），制定具体考核形式（一般应采用平常情况和答辩相结合方式）并于课程设计开始时向学生公布。

2完整的课程设计应由设计草稿书和任务书组成。

草稿书不上交系里，是备指导老师检查之用，以督促学生按时完成设计及防止学生间抄袭。

任务书应上交按照指定格式编排好的电子版及打印版。

7月8日前上交系里。

主要参考书及参考资料：1.陈敏恒等。

化工原理，上、下册，第三版.北京：化学工业出版社，20062.《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第一版，第一篇，第13篇.北京：化学工业出版社，19793.陈英南。

常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，20054.卢焕章。

石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，19825.祁存谦等。

化工原理，上、下册，第二版.北京：化学工业出版社，20096.张立新等。

传质与分离技术.北京：化学工业出版社，2009精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热，然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。

精馏操作应在塔设备中完成，塔设备提供气液两相充分接触的场所，有效地实现气液两相间的传热、传质，以达到理想的分离效果，因此它在石油化工生产中得到广泛应用。

该设计选用逐级接触式的筛板塔作为分离设备，一个完整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口管等部件组成，这就需要对各个部件做出选择并给出合理的工艺尺寸,因此我们对精馏塔进行物料衡算，由y-间的关系并差取相关数据，确定相对挥发度和回流比求t-x出相平衡方程和操作线方程，然后通过逐板计算法算得理论塔板数并由全塔效率确定实际塔板数，最后对塔高、塔径、溢流装置等各个部件进行计算与核算校验（如负荷性能图），最终得到符合工艺要求的精馏塔并能完成生产任务。

关键词:精馏筛板塔、相平衡方程、操作线方程、回流比、图解法21.综述--------------------------------------------- 错误！未定义书签。

1.1塔设备的化工生产中的作用和地位--------------- 错误！未定义书签。

1.2设计方案------------------------------------- 错误！未定义书签。

1.3工艺流程------------------------------------- 错误！未定义书签。

1.4设计方案简介--------------------------------- 错误！未定义书签。

2主要物性数据------------------------------------ 错误！未定义书签。

3工艺计算 --------------------------------------- 错误！未定义书签。

3.1精馏塔的物料衡算----------------------------- 错误！未定义书签。

3.2塔板数的确定--------------------------------- 错误！未定义书签。

3.3实际塔板数的求取----------------------------- 错误！未定义书签。

3.4塔和塔板的主要工艺尺寸计算------------------- 错误！未定义书签。

3.5溢流装置的设计------------------------------- 错误！未定义书签。

3.6塔板板面布置--------------------------------- 错误！未定义书签。

3.7塔板校核------------------------------------- 错误！未定义书签。

3.7.1 降液管液泛------------------------------- 错误！未定义书签。

3.7.2液沫夹带---------------------------------- 错误！未定义书签。

3.7.3 漏液------------------------------------ 错误！未定义书签。

3.8负荷性能图----------------------------------- 错误！未定义书签。

3.8.1 气液流量的流体力学上下限线--------------- 错误！未定义书签。

3.8.2 塔板工作线------------------------------ 错误！未定义书签。

4设计总结 --------------------------------------- 错误！未定义书签。

参考文献----------------------------------------- 错误！未定义书签。

11.综述1.1塔设备的化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。

在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。

据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。

因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。

1.2设计方案本设计任务为分离甲醇-水混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。

1.3工艺流程如图1所示。

原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。

操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。

塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。

并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。

为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。

产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。

且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。

以测量物流的各项参数。

图1精馏过程的工艺流程1.4设计方案简介2 设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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至储罐。

该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

具体如下：塔型的选择本设计中采用筛板塔。

筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。

处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。

塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。

压降较低。

缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。

加料方式和加料热状况的选择：加料方式采用直接流入塔内。

虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料设计的依据与技术来源：本设计依据于精馏的原理（即利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足经济上的要求，保证生产安全的基础上， 对设计任务进行分析并做出理论计算。

目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，此次设计采用精确计算与软件验算相结合的方法。

2主要物性数据 表1 甲醇、水的物理性质项目分子式 分子量 沸点℃ 甲醇A3CH OH 32 647 水B2H O 18 100 表二 不同塔径的板间距 塔径mm D /800—1200 1400—2400 2600—6600 板间距mm H T /300、350、400、450、500 400、450、500、550、600、650、700450、500、550、600、650、700、750、80033工艺计算3.1精馏塔的物料衡算甲醇的分子式为3CH OH ,千摩尔质量为32kmol kg ，水的分子式为2H O ,千摩尔质量为18kmol kg 。

原料液的平均千摩尔质量为(1)0.4532(10.45)1824.3F F A F B M x M x M kg kmol =+-=⨯+-⨯=所以5000205.7624.3F kmol h == 即采出率为: 0.450.010.4680.950.01F W D w x x D F x x --===--由上式求出塔顶馏出液量为 0.4680.468205.7696.296D F kmol h ==⨯=则塔釜残液量为 205.7696.3109.46W F D kmol h =-=-=3.2塔板数的确定 查化工手册得甲醇和水的t-x-y 关系T/℃x y 1000 0 92.90.0531 0.2834 82.30.1818 0.5775 74.20.4403 0.7659 66.90.8741 0.9194 64.5 1 1图2甲醇和水的t-x-y由可得q 线与平衡线的交点坐标（xq ，yq ）为（0.45，0.65）,则最小回流比为463.145.064.064.095.0min =--=--=q q qD x y y x R 取回流比min 1.6 1.6 1.64 2.624R R ==⨯=则精馏塔的气液负荷：精馏段：(1)(2.6241)96.296348.98kmol/h V R D =+=+⨯=2.62496.296252.68/L RD kmol h ==⨯=提馏段：由于泡点进料 1=q所以 '348.98kmol/h V V =='252.68205.76458.44kmol/h L L F =+=+=精馏段操作线方程：10.7240.26211D n n n x R y x x R R +=+=+++已知1q =，故根据提馏段和q 线方程用图解法解得理论塔板数.图3理论板数图解由x-y 画梯级可得理论板数为9（不包含塔釜），进料板为第5块板。