化工原理课程设计__分离甲醇水混合液的浮阀精馏塔设计

XX大学化学工程学院

化工原理课程设计

——分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔

设计者: 贺水流

学号：1043082025

班级：过控一班

：

： 286409969qq..

指导教师：夏素兰

设计时间：2013.1.5—2013.2.20

XX大学化学工程学院

Sichuan Institute of Chemical Technology

一、设计任务

设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔

原料液：

组成：甲醇45% 水55%

处理量：4000kg/h

温度：30˚C

馏出液：

组成：甲醇99.5%

残液：

组成：甲醇1.5%（均为质量百分数）

操作压力：常压连续操作

二、背景介绍

1 . 精馏原理

精馏过程的基础是混合液组分间挥发度的差异，而塔内的气、液“回流”则是沿塔高不断进行气、液传质实现精馏的必要条件。

沿塔流动的气、液相每经过一块塔板都将发生一次气相的部分冷凝和液相的部分气化，气、液相组成随之发生一次改变，使气相中轻组分得到一次增浓，液相中重组分得到一次增浓。其结果最终可在塔顶得到轻组分含量很高的蒸气相（馏出液）产品，而在塔底得到重组分含量很高的釜液产品，从而实现混合液体的高纯度分离。

利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图3-1所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。

2 . 板式塔作用原理

板式塔是在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动力下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。

板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内沿塔高装有若干层塔板，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。

与填料塔相比，板式塔具有压降较大；空塔气速较大；较稳定，效率较高；持液量较大；液气比适应X围较大；安装检修较容易；大直径时造价较低等优点。

3 . 浮阀塔

浮阀塔是板式塔的一种，是在泡罩塔和筛孔塔的基础上发展形成的。自20世纪50年代问世后，迅速在石油化工行业得到推广，至今仍为应用最广的塔板结构。

在塔板上按一定方式开有若干个阀孔，将浮阀本身带有的几根阀腿插入阀孔后，再将阀腿的底脚旋转90˚，用以限制浮阀开度同时防止阀片被气体吹走。阀片周边有几个冲出的略向下弯的定距片，静止时，浮阀靠定距片与塔板点接触坐落在阀孔上，可避免停工后阀片与板面间的粘连。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，可增加气液两相的接触时间；浮阀的开度随气量变化，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，可避免漏液现象的发生；在高气量时，阀片自动浮动，开度较大，使气速不致过大，从而可避免过量液沫夹带现象的发生。

浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。因此，浮阀塔具有性能稳定、操作弹性大、塔板效率高的优点。

浮阀主要有V型和T型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大20%～40%；气体两个极限负荷比为5～6，操作弹性大；板效率比泡罩塔高10%～15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。

三、工艺流程图

四、精馏塔的设计

1 . 全塔物料衡算

（1）原料液、馏出液及残液的摩尔分数和平均摩尔质量的计算

原料液的质量百分率：45%F a = 馏出液的质量百分率： 99.5%D a =

残液的质量百分率： 1.5%W a = 甲醇的摩尔质量：kmol kg M A /32= 水的摩尔质量：kmol kg M B /18= 则原料液的摩尔分数： /32

/32(1)/18

F F F F a z a a =

+-

平均摩尔质量：()32118F F F M z z =⨯+-⨯ 馏出液的摩尔分数：/32

/32(1)/18

D D D D a x a a =

+-

平均摩尔质量：()32118D D D M x x =⨯+-⨯ 残液的摩尔分数： /32

/32(1)/18

W W W W a x a a =

+-

平均摩尔质量：()32118W W W M x x =⨯+-⨯ 计算得到：0.3152F z =0.9912D x =0.0085W x =

22.413/F M kg kmol =31.876/D M kg kmol =18.119/W M kg kmol =

（2) 原料液、馏出液及残液的摩尔流率计算

40004000

178.472/22.413

F F kmol h M =

== 178.472F D W =+= (1)

0.99120.0085178.4720.3152F D W Fz Dx Wx D W =+=+=⨯ (2)

(1)、（2）联立，解出D=55.701kmol /h ， W=122.772kmol/h

2 . 加料热状态参数q 值的确定 （1）进料液、馏出液、残液的温度确定

因为是冷液进料，所以塔顶温度即为塔顶组成的泡点温度，塔底温度即为塔底组成的露点温度。