甲醇-水体系化工原理课程设计
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冷凝器位置 – 自然回流 – 强制回流
2018/10/13
14
1.2 精馏塔的工艺计算
目标
– 要求精馏塔系统的年总费用最小
精馏塔系统的年总费： C=0.33×(CD+CF)+(CS+CW) CD为塔体费用： CD =13290· D1.2· N CF为换热器费用： CF =2000· A CS为蒸汽费用 CW为冷却水费用
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1.2 精馏塔的工艺计算
物料衡算(确定进料、塔顶、塔釜的量及
浓度) 经济费用计算(求R=1.5Rmin时精馏塔费用) 根据经济衡算确定Ropt
2018/10/13
16
1.2.1 物料衡算
已知：xD、xW、xF、W
Q7
求解D、F F=D+W F xF=D xD +W xW 要求
1.2.2.1 最小回流比Rmin计算
Baidu Nhomakorabea相平衡数据
1)可以查相关参考书 2)对于理想体系可采用相对挥发度α 全塔：
顶 釜
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19
1.2.2.1 最小回流比Rmin计算
进料热状况参数q – 设进料处压力P进=(P顶+P釜)/2 – 据Antonine方程求出进料处的泡点温度T泡点 – 设计进料温度TF – 根据甲醇、水的物性数据求算q值
– 需考虑降低塔釜热负荷及加热能位， 同时要求的热状态比较稳定，一般要 在单相状态
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12
1.1 精馏流程
塔顶冷凝状态 – 全凝器 – 分凝器
塔釜加热方式 – 再沸器间接加热方式 (计算辅助设备) – 直接加热方式
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13
1.1 精馏流程
塔顶产品出料状态 – 甲醇出料后要贮存，所以需冷却(例如40℃ ~50 ℃) 塔底产品出料状态
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课程设计的目的
总体目标： – 培养学生综合运用所学知识，特别是本门课 程的有关知识解决化工实际问题的能力，使 我们学到进行化工设计的基本步骤和方法， 得到一次进行化工设计的初步训练，为今后 从事设计工作打下基础。
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7
课程设计的目的
培养和训练学生的能力 – 查阅资料，选用公式和数据的能力 – 从技术上的可行性与经济上的合理性 两方面树立正确的设计思想，分析和 解决工程实际问题的能力 – 应用计算机的能力 – 运用简洁文字、图表表达设计思想的 能力
ET f 0.49( )
注：
0.245
• 相对挥发度为全塔平均温度下的相对挥发度 • 粘度为进料温度下进料组成的摩尔平均粘度 • f为系数，根据塔板种类而定，如筛板为1.1、泡 罩为1、浮阀为1.2
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1.2.2.3 求ET及实际板数NT
实际板数NT
NT=N/ET – 求出全塔总实际板数 – 进料口位置
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设计准则
经济性
先进性 可靠性和稳定性 可行性
2018/10/13
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1 精馏塔工艺优化设计
建立精馏流程
精馏塔的工艺计算
2018/10/13
10
1.1 精馏流程
2018/10/13
11
1.1 精馏流程
加料方式 – 高位槽 – 加料泵
进料料液状态
y
3
curve
4
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xw
x
xF
xD
22
1.2.2.2 求理论塔板数N
逐板计算法 – 通过Excel计算可以省很多计算时间
注意： – 理论板上精确到小数点后一位 – 进料前后方程的过渡
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1.2.2.3 求ET及实际板数NT
总板效率ET – O‘Connell公式
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25
1.2.2.4 塔径估算
以塔顶第一块板计算对象 基本数据：气液组成、体积流量、密度， 液体表面张力σ 计算过程：
Vs D 0.785u
u (0.6 ~ 0.8)uF
注：塔径D要圆整
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1.2.2.4 塔径估算
L G uF C G
C C20 20
0.2
注： 1、σ根据参考书《石油化工基础数据手册》查得并计算 2、具体计算过程可参考设计资料P133或《化原》第十章
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1.2.2.5 费用计算
化工原理课程设计
设计任务
课程设计的目的 课程设计内容
一、精馏塔工艺优化设计 二、精馏塔设备优化设计 三、辅助设备设计
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课程设计任务
设计题目 – 甲醇-水混合液精馏装置的设计
2018/10/13
2
课程设计任务
设计原始条件 – 原料液： 甲醇水双组分混合液 – 原料液处理量 1-3万吨/年 – 原料液初温 30 ℃ – 原料液含甲醇 20-90 % (质量) – 馏出液含甲醇 99.0-99.8 % (质量) – 甲醇回收率≥ 99.5 % (质量) 蒸汽压力（绝）：5kgf/cm2 每年实际生产时间：8000小时 冷却水温度：30℃ 冷却水温升：5℃
iV iF q iV iL
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1.2.2.1 最小回流比Rmin计算
根据平衡关系和q求得Rmin
a
Equilibrium curve y e
q line
f
45° line
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xF
x
xD
21
1.2.2.2 求理论塔板数N
设R=1.5Rmin求算理论塔板数N Equilibrium – 平衡线方程 – 精馏段操作线方程 1 – 提馏段操作线方程 2 – q线
Distillate
Feed
– 单位一致 , kg/h or kmol/h – 采用质量、摩尔两种单位都有
Bottoms
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Q1
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1.2.2 经济费用计算
最小回流比Rmin计算
求理论塔板数N 求总板效率ET及实际板数NT
塔径估算
费用计算
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3
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4
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课程设计任务
设计任务
– 完成精馏工艺设计，运用最优化方法确定最 佳操作参数 – 选用板式塔进行精馏塔设备工艺设计和有关 附属设备设计和选用 – 编写设计说明书和设计计算书 – 绘制工艺流程图、塔板结构简图、塔板负荷 性能图
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1.2 精馏塔的工艺计算
目标
– 要求精馏塔系统的年总费用最小
精馏塔系统的年总费： C=0.33×(CD+CF)+(CS+CW) CD为塔体费用： CD =13290· D1.2· N CF为换热器费用： CF =2000· A CS为蒸汽费用 CW为冷却水费用
2018/10/13 15
1.2 精馏塔的工艺计算
物料衡算(确定进料、塔顶、塔釜的量及
浓度) 经济费用计算(求R=1.5Rmin时精馏塔费用) 根据经济衡算确定Ropt
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1.2.1 物料衡算
已知：xD、xW、xF、W
Q7
求解D、F F=D+W F xF=D xD +W xW 要求
1.2.2.1 最小回流比Rmin计算
Baidu Nhomakorabea相平衡数据
1)可以查相关参考书 2)对于理想体系可采用相对挥发度α 全塔：
顶 釜
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1.2.2.1 最小回流比Rmin计算
进料热状况参数q – 设进料处压力P进=(P顶+P釜)/2 – 据Antonine方程求出进料处的泡点温度T泡点 – 设计进料温度TF – 根据甲醇、水的物性数据求算q值
– 需考虑降低塔釜热负荷及加热能位， 同时要求的热状态比较稳定，一般要 在单相状态
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1.1 精馏流程
塔顶冷凝状态 – 全凝器 – 分凝器
塔釜加热方式 – 再沸器间接加热方式 (计算辅助设备) – 直接加热方式
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1.1 精馏流程
塔顶产品出料状态 – 甲醇出料后要贮存，所以需冷却(例如40℃ ~50 ℃) 塔底产品出料状态
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课程设计的目的
总体目标： – 培养学生综合运用所学知识，特别是本门课 程的有关知识解决化工实际问题的能力，使 我们学到进行化工设计的基本步骤和方法， 得到一次进行化工设计的初步训练，为今后 从事设计工作打下基础。
2018/10/13
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课程设计的目的
培养和训练学生的能力 – 查阅资料，选用公式和数据的能力 – 从技术上的可行性与经济上的合理性 两方面树立正确的设计思想，分析和 解决工程实际问题的能力 – 应用计算机的能力 – 运用简洁文字、图表表达设计思想的 能力
ET f 0.49( )
注：
0.245
• 相对挥发度为全塔平均温度下的相对挥发度 • 粘度为进料温度下进料组成的摩尔平均粘度 • f为系数，根据塔板种类而定，如筛板为1.1、泡 罩为1、浮阀为1.2
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1.2.2.3 求ET及实际板数NT
实际板数NT
NT=N/ET – 求出全塔总实际板数 – 进料口位置
2018/10/13 8
设计准则
经济性
先进性 可靠性和稳定性 可行性
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1 精馏塔工艺优化设计
建立精馏流程
精馏塔的工艺计算
2018/10/13
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1.1 精馏流程
2018/10/13
11
1.1 精馏流程
加料方式 – 高位槽 – 加料泵
进料料液状态
y
3
curve
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xw
x
xF
xD
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1.2.2.2 求理论塔板数N
逐板计算法 – 通过Excel计算可以省很多计算时间
注意： – 理论板上精确到小数点后一位 – 进料前后方程的过渡
2018/10/13
23
1.2.2.3 求ET及实际板数NT
总板效率ET – O‘Connell公式
2018/10/13
25
1.2.2.4 塔径估算
以塔顶第一块板计算对象 基本数据：气液组成、体积流量、密度， 液体表面张力σ 计算过程：
Vs D 0.785u
u (0.6 ~ 0.8)uF
注：塔径D要圆整
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1.2.2.4 塔径估算
L G uF C G
C C20 20
0.2
注： 1、σ根据参考书《石油化工基础数据手册》查得并计算 2、具体计算过程可参考设计资料P133或《化原》第十章
2018/10/13
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1.2.2.5 费用计算
化工原理课程设计
设计任务
课程设计的目的 课程设计内容
一、精馏塔工艺优化设计 二、精馏塔设备优化设计 三、辅助设备设计
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课程设计任务
设计题目 – 甲醇-水混合液精馏装置的设计
2018/10/13
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课程设计任务
设计原始条件 – 原料液： 甲醇水双组分混合液 – 原料液处理量 1-3万吨/年 – 原料液初温 30 ℃ – 原料液含甲醇 20-90 % (质量) – 馏出液含甲醇 99.0-99.8 % (质量) – 甲醇回收率≥ 99.5 % (质量) 蒸汽压力（绝）：5kgf/cm2 每年实际生产时间：8000小时 冷却水温度：30℃ 冷却水温升：5℃
iV iF q iV iL
2018/10/13 20
1.2.2.1 最小回流比Rmin计算
根据平衡关系和q求得Rmin
a
Equilibrium curve y e
q line
f
45° line
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xF
x
xD
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1.2.2.2 求理论塔板数N
设R=1.5Rmin求算理论塔板数N Equilibrium – 平衡线方程 – 精馏段操作线方程 1 – 提馏段操作线方程 2 – q线
Distillate
Feed
– 单位一致 , kg/h or kmol/h – 采用质量、摩尔两种单位都有
Bottoms
2018/10/13
Q1
17
1.2.2 经济费用计算
最小回流比Rmin计算
求理论塔板数N 求总板效率ET及实际板数NT
塔径估算
费用计算
2018/10/13
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3
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课程设计任务
设计任务
– 完成精馏工艺设计，运用最优化方法确定最 佳操作参数 – 选用板式塔进行精馏塔设备工艺设计和有关 附属设备设计和选用 – 编写设计说明书和设计计算书 – 绘制工艺流程图、塔板结构简图、塔板负荷 性能图
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