甲醇精馏课程设计

化工原理课程设计

课程设计题目：年产10万吨废甲醇溶媒回收精馏塔的设计院系名称：化学与环境工程学院

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社会实践时间：

指导老师：

二O一二年一月

目录

一、概述

1.1 设计依据 (1)

1.2技术来源 (1)

1.3 设计任务及要求 (1)

二、计算过程

1. 塔型选择 (2)

2. 操作条件的确定

2.1 操作压力 (3)

2.2 进料状态 (3)

2.3 加热方式 (3)

2.4 热能利用 (4)

三、有关的工艺计算

3.1 最小回流比及操作回流比的确定 (5)

3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 (5)

3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 (5)

3.4 热能利用 (6)

3.5 理论塔板层数的确定 (6)

3.6 全塔效率的估算 (7)

N (8)

3.7 实际塔板数

P

四、精馏塔主题尺寸的计算

4.1 精馏段与提馏段的体积流量 (9)

4.1.1 精馏段 (9)

4.1.2 提馏段 (10)

4.2 塔径的计算 (11)

4.3 塔高的计算 (12)

五、塔板结构尺寸的确定

5.1 塔板尺寸 (13)

5.2 弓形降液管

5.2.1 堰高 (14)

5.2.2 降液管底隙高度h0 (14)

5.2.3 进口堰高和受液盘 (14)

5.3 浮阀数目及排列

5.3.1 浮阀数目 (14)

5.3.2 排列 (15)

5.3.3 校核 (15)

六、流体力学验算

h (16)

6.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)

p

h (16)

6.1.1 干板阻力

c

h (16)

6.1.2 板上充气液层阻力

1

6.1.3 由表面张力引起的阻力h (16)

6.2 漏液验算 (16)

6.3 液泛验算 (17)

6.4 雾沫夹带验算 (17)

七、操作性能负荷图

7.1 雾沫夹带上限线 (18)

7.2 液泛线 (18)

7.3 液体负荷上限线 (18)

7.4 漏液线 (18)

7.5 液相负荷下限线 (19)

7.6 操作性能负荷图 (19)

八、各接管尺寸的确定

8.1 进料管 (19)

8.2 釜残液出料管 (20)

8.3 回流液管 (20)

8.4 塔顶上升蒸汽管 (20)

8.5 水蒸汽进口管 (21)

一、概述

甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。熔点－97.8度，沸点64.8度，闪点12.22度，自燃点47度，相对密度0.7915(20度/4度)，爆炸极限下限6%，上限36.5%，能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多数有机溶剂相混溶。它是重要有机化工原料和优质燃料。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇亦可代替汽油作燃料使用。甲醇是假酒的主要成分，过多食用会导致失明，甚至死亡！

塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程

中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。

1.1 设计依据

本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。

1.2 技术来源

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，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。

1.3 设计任务及要求

原料：甲醇~水溶液，年产量12000吨

甲醇含量：42%(质量分数)，原料液温度：45℃

设计要求：塔顶的甲醇含量不小于99.7%(质量分数)

塔底的甲醇含量不大于0.5%(质量分数)

表1 甲醇~水溶液体系的平衡数据

二：计算过程 1. 塔型选择

根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为6667/kg h ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。

2. 操作条件的确定 2.1 操作压力

由于甲醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压

其中塔顶压力为33.010Pa ⨯ 塔底压力3[3.010(265~530)]N Pa ⨯+

2.2 进料状态

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

2.3 加热方式

精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于甲醇~水体系中，甲醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。

2.4 热能利用

精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。

3. 有关的工艺计算

由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。