甲醇回收塔结构设计说明
化工原理课程设计甲醇填料吸收塔设计
投资估算及经济效益分析
投资估算
根据甲醇填料吸收塔的设计方案，对设备、材料、安装、调试等各方面的费用进行详细估算，以确保投资预算的 准确性。
经济效益分析
通过对比不同设计方案的经济效益，包括投资回报率、净现值、内部收益率等指标，评估甲醇填料吸收塔的经济 效益，为决策提供依据。
环保法规遵守情况说明
在甲醇吸收塔周围设置防火墙或 防火带，防止火灾蔓延。同时， 塔体上应设置明显的安全警示标 志和灭火器材。
防爆措施
对于可能存在爆炸危险的区域， 应采取相应的防爆措施，如设置 防爆门、防爆窗等。此外，还应 对塔体进行定期检查和维修，确 保设备完好无损。
防毒措施
甲醇具有一定的毒性，因此在设 计过程中应采取相应的防毒措施 。例如，在塔体上设置排风口和 通风设备，确保空气流通；工作 人员在操作时应佩戴防毒面具和 防护服等个人防护用品。
化工原理课程设计甲 醇填料吸收塔设计
目录
• 课程设计背景与目的 • 甲醇填料吸收塔基本原理 • 设计方案制定与参数选择
目录
• 工艺流程设计与优化 • 设备布置与管道设计 • 控制系统设计与实现 • 经济评价与环保考虑
01
课程设计背景与目的
化工原理课程设计意义
01 02
理论与实践结合
化工原理课程设计是连接化工理论学习与工程实践的重要桥梁，通过课 程设计，学生可以将所学的化工原理知识应用于实际工程问题中，加深 对理论知识的理解和掌握。
塔内件设计与优化
通过对塔内件（如分布器、收集器、再分布器等）的设计和优化，实现气液均匀分布、减少返混和降低压降等目标， 从而提高吸收效率和降低能耗。
操作条件优化
通过对操作条件（如温度、压力、流量等）的优化，使吸收塔在最佳工况下运行，提高吸收效率和产品 质量，降低能耗和废弃物排放。
填料塔毕业设计--甲醇回收填料精馏塔设计(含外文翻译)
目录摘要 (Ⅲ)Abstract (Ⅳ)第1章前言 (1)第2章流程确定和说明 (2)2.1加料方式 (2)2.2进料状况 (2)2.3塔顶冷凝方式 (2)2.4回流方式 (2)2.5加热方式 (2)2.6加热器 (3)第3章精馏塔设计计算 (4)3.1操作条件与基础数据 (4)3.2精馏塔工艺计算 (6)3.3精馏塔主要工艺设计 (11)3.4填料的选择 (15)3.5塔径设计计算 (16)3.6填料层高度计算 (17)第4章塔附件的选型与设计 (19)4.1冷凝器 (19)4.2加热器 (19)4.3塔内管径的计算及选择 (19)4.4液体分布器 (20)4.5填料支承板的选择 (21)4.6塔釜设计 (21)4.7裙座设计 (22)4.8吊柱 (22)4.9人孔 (22)4.10法兰 (22)4.11除沫器 (23)第5章塔总体高度设计 (25)5.1塔顶部空间高度 (25)5.2进料部位空间高度 (25)5.3塔立体高度 (25)第6章塔设备的机械设计 (26)6.1设计条件 (26)6.2按压力计算筒体和封头厚度 (26)6.3塔的质量计算 (27)6.4塔的自振周期计算 (28)6.5地震载荷计算 (29)6.6风载荷计算 (30)6.7各种载荷引起的轴向应力 (32)6.8筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 (34)6.9筒体和裙座水压试验应力校核 (35)6.10基础环设计 (37)6.11地脚螺栓计算 (38)6.12开孔补强 (40)参考文献 (42)致谢 (43)附录1 (44)附录2 (47)甲醇回收填料精馏塔设计摘要精馏是借助回流技术来实现高纯度和高回收率的分离操作，在抗生素药物生产中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，然后对甲醇溶媒进行精馏，从而将甲醇进行回收利用。
精馏操作一般在塔设备中进行，塔设备分为两种，板式塔和填料塔。
填料塔结构简单、装置灵活、压降小、持液量少、生产能力大、分离效率高、耐腐蚀，且易于处理易起泡、易热敏、易结垢物系。
甲醇合成塔介绍
来??源：百川资讯更新时间：2011-09-0116:17【打印】【收藏】
关键字：甲醇?合成塔
摘??要：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量。
甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇
热性和热稳定性较好，反应温度接近等温，易于控制，一氧化碳与二氧化碳的单程转化率和气相产物中的甲醇百分含量高于传统的气-固相催化法。
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甲醇回收塔设计优化
图 2 甲醇回收塔滴盘式分配器
滴盘式分配器在直径较小的塔中经常采用。通过 改变盘内孔径的尺寸和数目，可以适用于不同的液体 流率。该分配器固定在塔壁的支耳上，升气管可以是 圆形的，也可以是矩形的或方形的，气相向上流经立 式的升气管。液相通过盘上的小孔实现均匀的分布。
冲功能有限，而且由于汽液混合返回口朝下，直接冲
再循环式热虹吸重沸器有水平式，也有立式。水 击塔底液面，几方面不利因素综合作用造成液位的波
平式重沸器通常采用壳程沸腾，而立式的通常采用管 动。所以对于小直径分馏塔底的重沸器设计时应优先
程沸腾。在化工生产中，受尺寸限制一般采用水平式 选用一次通过式或其他形式。必须选用水平式再循环
滴盘式分配器从结构上来看，存在一个小的缺 点。滴盘式分配器液体分配的小孔在分配器的最底 端，而且孔径一般都较小，为 ２～５ ｍｍ 左右，甲醇回收 塔设计时孔径为 ３ ｍｍ。当处理介质清洁时，该分配器 能实现很好的汽液分配；但当系统中存在污垢时，分 配器底部的小孔非常容易发生堵塞，而引起液体分配 的不均。在某次设计的 ＭＴＢＥ 装置刚开工的过程中，由 于系统吹扫得不彻底，导致管路的部分污垢进入甲醇 回收塔，造成进料及回流入口的分配器堵塞，影响了 装置的开车。所以对于此类填料塔的设计，可以考虑 在进料及回流的管路上，在靠近塔处设置过滤设施， 防止不可预见的污垢进入塔内，影响分配器的正常工 作。
如果采用常压操作条件，则塔顶每小时约有
５０ ｋｇ 的放空，放空的组分一般都进入了装置的火炬
系统白白烧掉，对于年产 ４ 万 ｔ 的 ＭＴＢＥ 装置，每年大
约达到 ４２０ ｔ 左右 Ｃ４ 损失掉，按 ３ ０００ 元 ／ｔ 估算， 损失大约达到 １２６ 万元。ＭＴＢＥ 装置甲醇回收塔放空
甲醇合成塔介绍
甲醇合成塔介绍2011-09-01 16:17 【打印】【收藏】百川资讯更新时间：来源：甲醇合成塔关键字：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量。
摘要：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量。
甲醇合成反应器根据反应热回收方式不同有许多不同的类型，下面将应用较广的几种合成器分别予以简单介绍。
一、I.C.I反应器英国ICI公司低压法甲醇合成塔采用多层冷激式绝热反应器，内设3-6层催化剂，催化剂用量较大，合成气大部分作为冷激气体由置于催化剂床层不同高度平行设立的菱形分布器喷入合成塔，另一部分合成气由顶部进入合成塔，反应后的热气体与冷激气体均匀混合以调节催化床层反应温度，并保证气体在催化床层横截面上均匀分布。
反应最终气体的热量由废热锅炉产生低压蒸汽或用于加热锅炉给水回收。
该法循环气量比较大，反应器内温度分布不均匀，呈锯齿形。
ICI冷激塔结构简单、用材省且要求不高、并易于大型化。
单塔生产能力大。
但由于催化剂床层各段为绝热反应，使催化剂床层温差较大，在压力为8.4MPa和12000h-1空速下，当出塔气甲醇浓度为4%时，一、二两段升温约50℃，反应副产物多，催化剂使用寿命较短，循环气压缩功耗大，用冷原料气喷入各段触媒之间以降低反应气温度。
因此在降温的同时稀释了反应气中的甲醇含量，影响了触媒利用率，而且反应热只能在反应器出口设低压废锅回收低压蒸汽。
为了防止触媒过热，采用较大的空速，出塔气中甲醇含量不到4%。
最大规模3000t/d，全世界现有40多套。
二、德国林德Lurgi管壳式反应器水冷型。
图２Lurgi甲醇合成反应器是管壳式的结构。
管内装催化剂，管外充满中压沸腾水进行换热。
合成反应几乎是在等温条件下进行，反应器能除去有效的热量，可允许较高CO含量气体，采用低循环气流并限制最高反应温度，使反应等温进行，单程转化率高，杂质生成少，循环压缩功消耗低，而且合成反应热副产中压蒸汽，便于废热综合利用。
合成甲醇回收塔操作规程
合成甲醇回收塔操作规程600#合成甲醇回收塔操作规程一岗位（设备）简述：1、岗位任务：本甲醇回收塔是用以回收甲醇分离器设有冷凝分离下来的甲醇气体（含1.0%左右）。
2、工艺原理：利用甲醇极易溶于水的原理，用除盐水从顶部进，循环气从下部进，通过规整填料增大传质面积，逆流接触达到回收循环气中的甲醇，达到增产、节能、降耗，提高经济效益的目的。
水吸收甲醇是一个混溶的物理过程。
甲醇属低级醇，低级醇易溶于水，主要是因为水分子和醇分子间也能形成氢键的缘故：H-O………H-O………H-O 或 H-O……H-O……H-OCH3 H CH3 H CH3 H甲醇水甲醇水甲醇水随着碳链的增长，醇的羟基（OH）在整个分子中的影响减弱，在水中的溶解度减低以至不溶于水。
二、工艺流程：（见附图）三、工艺指标1、回收塔压力≤5.3MPa。
2、泵出口压力≤5.4MPa3、回收塔液位40～60%4、甲醇水溶液浓度40～50%（暂定）5、除盐水压力3.5～4.5MPa（满足系统需要）6、除盐水加水量≤2.5吨/时（泵一开一备）7、泵电机温升≤45℃+室温四、正常操作要点：1、严格控制各项工艺指标，将压力、液位、浓度控制在指标范围内。
2、保证往复式水泵的正常运转，用“看、听、摸、闻”的方法，注意电机、机器响声，温度是否正常。
注意克服跑冒滴漏，尤其是柱塞填料的泄漏要经济检查（一小时一次）。
3、注意调节流量：根据负荷的大小，调节甲醇水溶液浓度，如负荷降低，甲分出口气体中CH3OH含量低，回收浓度低，可部份打循环或全打循环。
即关小（或关死）溶液出口调节阀，开（或开大），回收塔出口至泵进口阀门循环，在一般正常生产，为保证足够的喷啉密度，应部份打循环。
即一边进水，一边循环一边放料（甲醇水溶液）入闪蒸槽。
保证水溶液的浓度，保证精馏系统水不过剩（水平衡）。
即回收塔加入水量不得超过（最好相等）在相同负荷下精馏加的萃取水量。
4、注意泵的压力在正常生产中，不必人为控制，泵的压力是随回收塔或系统压力的升降而升降。
MTBE装置甲醇回收塔再沸器出口管系的柔性设计
用
ｌ Ｉ Ｎ Ｓ Ｔ Ａ Ｌ Ｌ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
朱林英
徐义 明
徐 阳
（ 中建安装工程有 限公 司 南京 ２ １ ０ ０ ４ ６）
摘
要 ：本文 以 甲醇回收塔 再沸器 出口管线 的不同配管方案 为例 ，运 用应力分析软件Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ Ｉ Ｉ ５ ． ０ 进行一次应 力、 二 次应 力和管 １ ： ２ 受 力分析 。通 过不断优 化调整方案 ，找 出满足操作 安装条件和符合管 口受 力规 范要求 的最
高效工作 。因此决 定修改 再沸器 的设备管 口设计条件 ，
将再沸器管 口法 兰压力等级 由２ ． ０ ＭＰ 等级提高到５ ． ０ ＭＰ 等 级 ，其余 均不改变 。通过再沸器设备管 口条件 的改进， 以 满足Ｓ Ｈ ￣３ ０ ７ ４ — ２ ０ ０ ７ 的规定 （ 管 口允许 受力见表６），同
准 。管道应 力校核一般包 括一次应力校核和二次应力校
核 （ 同时对 临时荷 载的校核 ）。设备管 口受力要求一般
满足Ｓ Ｈ ／ ３ ０ ７ ４ — ２ ０ ０ ７ 石 油化工钢制压力容器 的规定 。本次
应力分析软 件为美国Ｃ Ｏ Ｄ Ｅ 公 司的Ｃ Ａ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ Ｉ Ｉ ５ ． ０ 。
的的材质 均为 Ｑ ３ ４ ５ Ｒ ， 属 于普通 的低合 金钢 。根据 内插 法 ，在 １ ３ ５ ｏ Ｃ 时 ，金 属线膨胀 系数为 １ ． ３ ４ ｍ ｍ ／ ｍ［ 。管 口
的附加位移见表 １ 。
表 １设备管 口附加位移
１ ． 管道设计基本条件
本 装置 的 甲醇 回收 塔再 沸器 为热 虹 吸式 卧式再 沸
图１再沸器 出口管道配管方案一
甲醇回收成套装置之甲醇填料回收塔设计
甲醇回收成套装置之甲醇填料回收塔设计甲醇回收装置⼯艺流程⽅框图信阳市某制药⼚酸性废⽔回收甲醇之填料精馏塔设计1 设计条件：1.1 设计压⼒: 1.0MPa；1.2 设计温度:200℃；1.3 设计处理能⼒:5000（6000；8000）kg/h;1.4 要求达到技术指标:塔顶产品: 回收甲醇≥99% ，⽔份≤0.4%;塔底稀酸中含甲醇≤100ppm（wt）。
1.6 蒸汽：压⼒0.4～0.7Mpa温度151℃～170℃2 技术要求:2.1 进料量：5000（6000；8000）kg/h2.2 回收甲醇≥99% ，⽔份≤0.4%；稀酸中含甲醇≤100ppm（wt）。
2.3 系统蒸汽消耗保证值：每⼩时处理吨酸性废⽔消耗0.6Mpa压⼒的饱和蒸汽1.28吨。
2.4 装置负荷可调范围为30% 120%，并装置确保蒸汽在0.4Mpa压⼒、151℃的⼯况下，满⾜上述装置能⼒与负荷可调范围。
3 设计内容：3.1.设计⽅案的确定及流程说明3.2.塔的⼯艺计算3.3.塔和填料主要⼯艺尺⼨的设计计算3.4.设计结果概要或设计⼀览表3.5.塔附属设备的选型与计算3.6.图纸及技术资料的提供：带控制节点的⽣产⼯艺流程图、回收塔⼯艺条件图3.7.对设计的评述或有关问题的分析讨论3.8.编制设计说明书信阳市某制药⼚酸性废⽔回收甲醇之板式精馏塔设计。
1 设计条件：1.1 设计压⼒: 1.0MPa;1.2 设计温度:200℃;1.3 设计处理能⼒: 5000（6000；8000）kg/h;1.4 要求达到技术指标:塔顶产品: 回收甲醇≥99% ，⽔份≤0.4%;塔底稀酸中含甲醇≤100ppm（wt）。
1.6 蒸汽：压⼒0.4～0.7Mpa温度151℃～170℃2技术要求:2.1 进料量：5000（6000；8000）kg/h 。
2.2 回收甲醇≥99% ，⽔份≤0.4%；稀酸中含甲醇≤100ppm（wt）。
2.3 系统蒸汽消耗保证值：每⼩时处理吨酸性废⽔消耗0.6Mpa压⼒的饱和蒸汽1.28吨。
【说明书】甲醇精馏塔设计说明书
【关键字】说明书设计条件如下：操作压力：105.325 Kpa(绝对压力)进料热状况：泡点进料回流比：自定单板压降：≤0.7 Kpa塔底加热蒸气压力：Kpa(表压)全塔效率：ET=47%建厂地址：武汉[设计计算](一)设计方案的确定本设计任务为分离甲醇-水混合物。
对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，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。
塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
(二)精馏塔的物料衡算1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量：MA=/Kmol 水的摩尔质量：MB=/KmolxF=32.4%xD=99.47%xW=0.28%2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF= 32.4%*32+67.6%*18=/KmolMD= 99.47*32+0.53%*18=/KmolMW= 0.28%*32+99.72%*18=/Kmol3、物料衡算原料处理量：F=(3.61*103)/22.54=160.21 Kmol/h总物料衡算：160.21=D+W甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28%得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h(三)塔板数的确定1、理论板层数MT的求取甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y图(附表)②求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e(0.324，0.324)作垂线ef即为进料线(q线)，该线与平衡线的交战坐标为(xq=0.324,yq=0.675)故最小回流比为Rmin= (xD- yq)/( yq - xq)=0.91取最小回流比为：R=2Rmin=2*0.91=1.82③求精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/hV=(R+1)D=2.82*51.88=146.30 Kmol/hL′=L+F=94.42+160.21=254.63 Kmol/hV′=V=146.30 Kmol/h④精馏段操作线方程为：y =(L/V)x + (D/V)xD =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30)*99.47%=0.6454x+0.3527提馏段操作线方程为：y′=(L′/V′)x′ + (W/V′)xW=(254.63/146.30) x′-(108.33/146.30)*0.28%=1.7405 x′-0.0021⑤图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数(附图)，求解结果为：总理论板层数：NT=13(包括再沸器)进料板位置：NF=10精馏段实际板层数：N精＝9/47%=20 N提＝4/47%=9(四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1、塔顶操作压力：P D＝101.3 Kpa每层塔板压降：△P＝0.7 Kpa进料板压力：P F＝105.3+0.7*20＝119.3 Kpa精馏段平均压力：（105.3+119.3）/2＝112.3 Kpa2、操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中甲醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略，计算结果如下：塔顶温度：t D＝64.6℃进料板温度：t F＝76.3℃精馏段平均温度：t M＝70.45℃3、平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：由x D=y1=0.9947,查y-x曲线（附表），得x1＝0.986M VDm=0.9947*32+(1-0.9947)*18=31.93M LDm=0.9860*32+(1-0.9860)*18=31.80进料板平均摩尔质量计算由图解理论板（附图），得y f=0.607 x F=0.229M VFm=0.607*32+(1-0.607)*18=26.50M LFm=0.229*32+(1-0.229)*18=21.21所以精馏段平均摩尔质量：M Vm=（31.93+26.50）/2=29.22M Lm= (31.80+21.21)/2=26.514、 平均密度计算 ⑴气相密度计算由理想气体状态方程计算，即 ⑵液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得， 进料板液相平均密度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得， 进料板液相的质量分量 ⑶精馏段液相平均密度为： 5、 液体平均表面张力计算⑴液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由t D ＝64.6℃，查手册得⑵进料板液相平均表面张力的计算 由t F ＝76.3℃，查手册得 ⑶精馏段液相平均表面张力为： 6、 平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即∑=iiL x m μμlg lg⑴塔顶液相平均粘度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得， ⑵进料板液相平均粘度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得 ⑶精馏段液相平均表面张力为（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为：取板间距H T ＝0.4m ，板上液层高度h L =0.06m ，则H T -h L =0.40-0.06＝0.34m 查史密斯关联图得，C 20＝0.074 取安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔径圆整后，为D=1.0m 塔截面积为22785.04m D A T ==π实际空塔气速为u=1.033/0.785=1.316s m / 2、 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精＝（N 精－1）H T ＝（20-1）*0.4＝7.6m 提馏段有效高度为Z 提＝（N 提－1）H T ＝（9-1）*0.4＝3.2m 在进料板上方开2人孔，其高度为0.8m故精馏塔有效高度为Z ＝N 精+N 提+0.8*2＝12.4m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1、 溢流装置计算因塔径D ＝1.0m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下：⑴塔长l W =0.66D=0.66m⑵溢流堰高度h W 由h W ＝h L -h OW选用平直堰，堰上液层高度h OW 近似取E ＝1，则取板上清液层高度h L ＝60mm故m h w 33310*07.5210*93.710*60---=-=⑶弓形降液管宽度W d 和截面积A f由l w /D=0.66,查图得 A f /A T =0.0722 W d /D=0.124 验算液体在降液管中停留时间 故降液管设计合理⑷降液管底隙高度h 0 故降液管底隙设计合理选用凹形受液盘，深度wh '=50mm 2、 塔板布置⑴塔板的分块因D ≥800mm ，故塔板采用分块式，且分为3块⑵边缘区宽度确定取m W m W W C S S 035.0065.0=='= ⑶开孔面积A a⑷筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用δ＝3mm 碳钢板，取筛孔直径d 0=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为 t ＝3d 0＝15 mm筛孔数目n 为个2731015.0532.0*155.1155.122===t A n a 开孔率为%1.10)015.0005.0*907.0)907.0220==（（＝t d ϕ气体通过阀孔的气速为（七）筛板的液体力学验算1、 塔板压降⑴干板阻力h c 计算 干板阻力 )()(051.0200LVc C u h ρρ= 由d 0/δ＝3/5=1.667, 得C 0＝0.772 故液注0448.0)81215.1()772.023.19(051.02==c h ⑵气体通过液层的阻力h l 计算 h l ＝βh L查图得，β=0.59故液柱m h h h h ow w L l 0354.0)10*93.710*07.52(59.0)(33=+=+==--ββ⑶液体表面张力的阻力σh 计算液体表面张力所产生的阻力σh 由下式计算 气体通过每层塔板的液柱高度h P 可按下式计算，即 h P =h c +h l +h σh P =0.0448+0.0354+0.00359=0.084m 液柱 气体通过每层塔板的压降为设计允许值）(7.045.66781.9*812*084.0h P p KPa g L <===∆ρ2、 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。
甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计
化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计设计者：专业：化学工程和工艺学号：指导老师：2013 年12 月27 日目录一前言---------------------------------------------------------4二.工艺流程确定和说明------------------------------------------5三.工艺计算和主体设备设计--------------------------------------61.工艺条件----------------------------------------------------62.汽液平衡关系及平衡数据--------------------------------------63.塔的物料衡算------------------------------------------------7 4．物料性质计算----------------------------------------------105.气液负荷计算-----------------------------------------------156.塔和塔板主要工艺尺寸计算-----------------------------------16四.配套设备选型-----------------------------------------------191.换热器-----------------------------------------------------192.储槽计算---------------------------------------------------213.接管的选型-------------------------------------------------224.泵---------------------------------------------------------245.温度计-----------------------------------------------------266.压力计-----------------------------------------------------267.液位计-----------------------------------------------------268.流量计-----------------------------------------------------269.设备一览表-------------------------------------------------27五.选用符号说明-----------------------------------------------28六.参考文献---------------------------------------------------29七.后记-------------------------------------------------------29八.附录(工艺流程简图)-----------------------------------------30 一.前言甲醇,又名木醇,分子式为CH3OH,分子量:32.04.本品为有特殊气味的易挥发、易燃烧的液体.有毒,人饮后能致盲.比重0.791（20℃）,沸点64.50℃,能和水和多数有机溶剂混溶.三.工艺计算及主体设备设计1．工艺条件系统进料：25ºC处理量：15,000吨/年进料浓度：20%（质量）处理要求：塔顶浓度≧98%（质量）塔底浓度≦0.2%（质量）塔顶压强：109.5kPa（绝压）塔釜压强：115kPa塔顶冷凝全凝器.塔底再沸器间壁加热.进塔物料状态：泡点进料冷却水温：28ºC加热蒸汽：0.2 Mpa年工作：7200小时年工作日：300天,连续操作2．汽液平衡关系及平衡数据温度t/℃液相中甲醇摩尔分数x A汽相中甲醇摩尔分数y A100 0.0 0.0 96.4 0.02 0.134 93.5 0.04 0.23491.2 0.06 0.304 89.3 0.08 0.365 87.7 0.10 0.418 84.4 0.15 0.517 81.7 0.20 0.579 78.0 0.30 0.665 75.3 0.40 0.729 73.1 0.50 0.779 71.2 0.60 0.825 69.3 0.70 0.870 67.6 0.80 0.915 66.0 0.90 0.958 65.0 0.95 0.979 64.5 1.0 1.0 表1：甲醇－水汽液平衡数据Tx/y C E图2:甲醇-水体系t-x-y相平衡曲线图3.塔的物料衡算3.1由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率：()()/0.20/32.040.1233/1/0.20/32.0410.20/18.02F A F F A F B a M x a M a M ===+-+-()()/0.98/32.040.9650/1/0.98/32.0410.98/18.02D A D D A D B a M x a M a M ===+-+-()()/0.002/32.040.001126/1/0.002/32.0410.002/18.02W A W W A W B a M x a M a M ===+-+-3.2.全塔物料衡算 F=平均分子量总生产时间年处理量1⨯15000100017200606032.040.123318.020.8767s ⨯=⨯⨯⨯⨯+⨯ =29.3s mol /则有：F D W F D W D W 29.3Fx Dx Wx 0.9650D 0.001126W 29.30.1233=++=⎧⎧⎨⎨=+⨯+⨯=⨯⎩⎩ 解得 W=25.58s mol / D=3.71s mol / 3.3求解R Min ,R,N Min ,N T采用图解法求解最小理论塔板数,作图(a)图解法求解最小理论塔板数-全图(b)图解法求解最小理论塔板数-局部放大图图3:图解法求解最小理论板数由图读知Nmin=6.9-1=5.9原料泡点进料,故x q=x F=0.1233,从图可知y q=0.4653,故有：D q Min q q 0.96500.46531.41680.46530.1126x y R y x -=--==-对于指定的物系,R Min 只取决于分离要求,即设计型计算中达到一定分离程度所需回流比的最小值,实际操作回流比应大于最小回流比.但增大回流比,起初显著降底所需塔板层数,设备费用明显下降.再增加回流比,虽然塔板层数仍可继续减少,但下降的非常慢.和此同时,随着回流比的加大,塔内上升蒸气量也随之增加,致使塔径、塔板面积、再沸器、冷凝器等设备尺寸相应增大.因此,回流比增至某一数值时,设备费用和操作费用同时上升,回流比的采用原则是使设备费用和操作费用的总费用最小.通常,适宜回流比的数值范围为R=（1.1~2.0）R Min .本设计取R=1.4116 R Min =1.4116R Min =2所以精馏段操作线方程方程为1121×0.96501133n n D n R y x x x R R +=+=+++因为泡点进料,所以q 线方程为f x x ==0.1233 采用图解法求解理论塔板数(a)图解法求解理论塔板数-全图(b)图解法求解理论塔板数-局部放大图4:图解法求解理论塔板数由图可得,理论塔板数为N T =13.3-1=12.3 或采用吉利兰图(R-Rmin)/(R+1)=(2-1.4168)/3=0.1944在0.1到0.9范围内 X=(R-Rmin)/(R+1) Y=(N-Nmin)/(N+2)Y=0.545827-0.591422X+0.002743/X=0.445 Nmin=5.9N=12.2和图解法近似,证明计算无误. 4．物料性质计算 4.1平均温度m t 由安托尼方程;lg CT BA P +-=︒(︒P 5,10;Pa T ⨯,K )查表得: 表2:安托尼方程参数)1(D BD D AD D x P x P P -⋅︒+⋅︒=列方程式得0.965*Exp[11.9643-3626.55/(T-34.29)]+0.035*Exp[11.6834-3816.44/(T-46.13)=1.095由mathmatic 解得塔顶温度D t =67.2℃⋅︒=AW W P P (1)w BW w x P x +︒⋅-列方程式得0.001126*Exp[11.9643-3626.55/(T-34.29)]+0.998874*Exp[11.6834-3816.44/(T -46.13)]=1.15参数物种ABC甲醇 11.9673 3626.55 -34.29 水11.68343816.44-46.13由mathmatic 由解得塔釜温度W t =103.5℃F AF P P =︒⋅(1)F BF F x P x +︒⋅-列方程式得0.1123*Exp[11.9643-3626.55/(T-34.29)]+0.8877*Exp[11.6834-3816.44/(T-46.13)]=(1.095+1.15)*6.2/12.2 由mathmatic 解得进料温度F t =96℃(9667.2)/281.6t =+=精馏段℃(96103.5)/299.5t =+=提馏段℃4.2平均分子量 塔顶 x =0.917y =0.965M l =0.917*32.04+0.083*18.02=30.88kg/kmol M v =0.965*32.04+0.035*18.02=31.55kg/kmol进料板 x =0.1233y =0.0986M l =0.1233*32.04+0.8767*18.02=19.75kg/kmol M v =0.0986*32.04+0.9014*19.02=20.30kg/kmol塔釜 x =0.000282 y =0.001126M l =18.02kg/mol M v =18.02kg/mol精馏段 x =(0.1233+0.917)/2=0.520y =(0.0986+0.9650)/2=0.531M l =0.520*32.04+0.480*18.02=25.31kg/kmol M v =0.531*32.04+0.469*18.02=25.46kg/kmol提馏段 x =0.061y =0.049M l =0.061*32.04+0.939*18.02=18.88kg/kmol M v =0.049*32.04+0.951*18.02=18.71kg/kmol4.3平均液相密度 塔顶0.98D a = 进料板0.2F a = 塔釜0.002a = 精馏段0.59a = 提馏段0.101a =查得81.6℃下甲醇3744/kg m ρ= 水3970.8/kg m ρ= 由1ABLm LA LBa a ρρρ=+10.5910.59744970.5Lmρ-=+ 得： 精馏段液体平均密度Lm ρ＝823kg/m 3查得99.5℃下甲醇3716/A Kg m ρ= 水3958.4/B Kg m ρ= 由10.10110.101716958.4LFmρ-=+ 得: 提馏段液体平均密度LFm ρ＝927kg/m 3 4.4塔的压力塔顶的压力：109.5 kPa塔釜的压力：101.3kPa+13.7kPa=115.0kPa 所以精馏塔的压力降为：D W P P P -=∆=5.5kPa 塔顶压力D P ＝109.5kPa,取每层塔板压力降P ∆＝5.512＝0.46kPa 精馏塔平均压强P=111.1kPa 提馏塔平均压强P=113.85kPa 4.5平均气相密度3m Vm Vm P M 111.125.460.976/RT 8.31475.5273.2kg m ρ⨯⨯（精馏）（精馏）（精馏）＝＝＝（精馏）（＋）3m Vm Vm P M 113.8518.71/RT 8.31493273.2kg m ρ⨯⨯（提馏）（提馏）（提馏）＝＝＝0.700（提馏）（＋）4.6液体粘度L A ALn T Bμ=- 查得A B 甲醇 555.30 260.64 水658.25283.16塔顶： 67.2℃时555.30555.300.499267.2273.15260.64LA Log μ=-=-+658.25658.250.390967.2273.15283.16LB Log μ=-=-+ln ln (1)ln LD A LA A LB x x μμμ⨯+-＝0.6094LD cp μ= 进料板： 96℃时 555.30555.300.626596273.15260.64LA Log μ=-=-+658.25658.250.541796273.15283.16LBLog μ=-=-+ ln ln (1)ln LF A LA A LB x x μμμ⨯+-＝0.5362LF cp μ= 塔釜： 103.5℃时 555.30555.300.6564103.5273.15260.64LA Log μ=-=-+658.25658.250.5772103.5273.15283.16LB Log μ=-=-+ln ln (1)ln LW A LA A LB x x μμμ⨯+-＝0.5202LW cp μ=精馏段平均液相粘度 0.53620.6094(0.5728cp 2Lm μ+精馏）＝＝提馏段平均液相粘度 0.53620.5202(0.5282cp 2Lm μ+精馏）＝＝4.7液体表面张力计算t=67.2℃,查甲醇表面张力16.0mN/m 水表面张力0.65mN/m, 塔顶液体表面张力160.9650.6530.03515.46/D mN m σ=⨯+⨯= t=81.6℃, 查甲醇表面张力17.2mN/m 水表面张力0.64mN/m, 进料板液体表面张力17.20.12330.640.8767 2.682/F mN m σ=⨯+⨯= t=103.5℃, 查甲醇表面张力14.6mN/m 水表面张力0.59mN/m, 进料板液体表面张力0.59/F mN m σ=精馏段液体表面张力15.46 2.689.07/2mN m σ+== 提馏段液体表面张力0.59 2.681.65/2mN m σ+==4.8塔的工艺条件和物料性质列表系统进料： 25ºC 处理量： 15000吨/年 进料浓度： 20%（质量）处理要求： 塔顶浓度≧98%（质量） 塔底浓度≦0.2%（质量） 塔顶冷凝 全凝器. 塔底再沸器 间壁加热. 进塔物料状态： 泡点进料 回流比： 2 冷却水温： 28ºC 加热蒸汽： 0.2 Mpa 年工作： 7200小时 年工作日：300天连续操作 表3：工艺条件列表物料性质 提馏段 精馏段 平均温度 81.6℃ 99.5℃ 平均液相分子量 18.88kg/kmol 25.31kg/kmol 平均气相分子量 18.71kg/kmol 25.46kg/kmol 平均液相密度 927kg/m 3 823kg/m 3 平均气相密度 0.700kg/m 3 0.976 kg/m 3 液体粘度0.5728cp0.5282cp液体表面张力 9.07mN/m 1.65mN/m 平均压力 111.1kPa 113.85kPa(a)物料性质 塔顶 进料 塔釜 平均温度 67.2℃96℃ 103.5℃ 平均液相分子量 30.88 kg/mol 19.75 kg/mol 18.02kg/mol 平均气相分子量 31.55 kg/mol 20.30 kg/mol 18.02 kg/mol 平均压力 109.5kPa 112.7kPa 115.0kPa 液体粘度 0.6094cp 0.5362cp 0.5202cp 液体表面张力15.46mN/m2.682mN/m 0.590mN/m(b)表4:物料性质列表5.气液负荷计算 5.1精馏段汽相负荷计算(1)(21) 3.7111.1/V L D R D mol s =+=+=+⨯=3(11.125.46100.283/V Vm W V M kg s -=⨯⨯⨯精馏）＝＝5.2精馏段液相负荷计算2 3.717.42/L RD mol s ==⨯＝3(7.4225.31100.188/L Lm W L M kg s -=⨯⨯⨯精馏）＝＝ 5.3提馏段汽相负荷计算'11.1/V V mol s =='3(11.118.71100.208/V Vm W V M kg s -=⨯⨯⨯提馏）＝＝5.4提馏段液相负荷计算 '36.57/L L F mol s =+=''3(36.5718.88100.690/L Lm W L M kg s -=⨯⨯⨯提馏）＝＝ 6.塔和塔板主要工艺尺寸计算 6.1填料选择甲醇－水不属于难分离系统,腐蚀性较小,采用金属阶梯环DN38填料,查表得填料因子=Φ160. 6.2塔径计算 6.2.1精馏段塔径计算横坐标0.50.50.1880.976()0.0230.283823V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 查埃克特通用关联图得 纵坐标20.2()0.205V F Lu g ρψμρΦ= L 974.5826.8ρψρ===水 1.179 20.2*160*1.1790.976()0.57280.2059.81823u =f u =3.169m/s对于不同填料,所采用的泛点率（操作空塔和泛点气速之比）不同.对于散装填料： U/U f =0.6~0.85 对于规整填料： U/U f =0.6~0.95因设计的填料塔采用的是散装填料,加压操作应取较高泛点率,故取泛点率为0.85即 u=0.85f u =2.693m/s Vs=nRT/P=11.1*8.3145*348.7/167500=0.1929m 3/s 440.19290.3022.693S V m u ππ⨯==⨯ 6.2.2提馏段塔径计算 横坐标0.50.5''0.6900.700()0.091''0.208927V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 纵坐标20.2()0.149V F Lu g ρψμρΦ=L 963.2 1.028937.0ρψρ===水 20.2*160*1.0280.700()0.52820.1499.81927.0u =f u =3.624m/su=0.85f u =3.080m/sVs=nRT/P=7.428*8.3145*348.7/167500=0.1286m 3/s 440.19290.2823.080S V m u ππ⨯==⨯ 6.2.3圆整计算圆整,取D=0.32m224'40.193' 2.400/3.140.32' 2.4000.7573.169'0.50.85S F FV u m s D u u u u π⨯===⨯==<< 6.3塔高H 计算等板高度法,取HETP ＝0.4m Z=HETP*N T =12.2*0.4=4.88m对于计算出的填料层高度,还应留出一定的安全系数.根据设计经验,填料层的设计高度一般为()Z Z 5.1~3.1=',取 1.385 6.759Z Z m '== 6.4压降P ∆的计算 6.4.1精馏段220.20.22.4160 1.1790.976()()0.57280.1189.81823V F L L u g ρψμρΦ⨯⨯=⨯⨯= 0.50.50.1880.976()0.0230.283823V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 查埃克特通用关联图得：1009.81/PPa m Z∆=⨯ (09.8170.554P Pa ∆⨯⨯⨯精馏）＝10＝3804.36.4.2提馏段220.20.22.4160 1.0280.700()()0.52820.0669.81927.0V F L L u g ρψμρΦ⨯⨯=⨯⨯= 0.50.5''0.6900.700()0.091''0.208927.0V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 查埃克特通用关联图得：609.81/PPa m Z∆=⨯ (609.81 5.20.5541695.6P Pa ∆⨯⨯⨯提馏）＝＝6.4.3P P '∆∆与检验：'()()P P P ∆=∆+∆精馏提馏＝3804.3+1695.6=5499.9kPa'55005499.90.000020.055500P P P ∆-∆-==<∆所以假设成立,D ＝0.32m 6.5计算结果列表进料口F 塔顶D 塔釜W 进料量（mol/s ） 29.29 3.71 25.58 浓度（摩尔分率） 0.1233 0.9650 0.001126 压力（KPa ） 112.3 109.5 115 温度（℃） 9667.2 103.5 表5:物料衡算表 塔径D N 塔高H 填料层压降P ∆ 误差分析E ∆ 0.32m6.759m5.499KPa0.002%表6: 填料塔参数表1.1原料液换热器根据《化工设计》书可知K 的取值范围一般在400-600W/m 2℃,由于换热器在使用过程中会形成污垢,导致K 的减小, 故取K=450 W/m 2℃ 查《化学工程手册》可得：原料液25C ︒,进料温度96C ︒,原料液的质量分率为=F a 0.2 25C ︒时,)/(2.4),/(5.211K kg kJ C K kg kJ C PB PA ⋅=⋅= 96C ︒时, 222.85/(), 4.24/()PA PB C kJ kg K C kJ kg K =⋅=⋅原料液于25C ︒预热至87C ︒的平均热容12122.5 2.852.67/()2.5ln ln2.85PA PA PA PA PA C C C kJ kg k C C --===⋅ 12124.2 4.24 4.22/()4.2ln ln42.4(1)0.2 2.67(10.2) 4.22 3.91/()PB PB PB PB PB P F PA F PB C C C kJ kg k C C C a C a C kJ kg k --===⋅=+-=⨯+-⨯=⋅15000000/7200/36000.579/F m kg s ==则预热器原料液吸收的热量为:Q=0.579 3.9171160.74/F P m C t kJ s ⋅⋅∆=⨯⨯= 预热器采用120℃的过热蒸汽预热 水蒸气 120℃ → 120℃ 甲醇水 25℃ ← 96℃Δt 95℃ 24℃ 平均温差2121952451.695ln ln24m t t t C t t ∆-∆-∆===︒∆∆ 传热面积A=32160.7410 6.9245051.6m Q m K t ⨯==∆⨯选用浮头式换热器,选用型号为：F B 325－5－40－2,公称直径325mm,公称压力402/cm kgf ,2管程,排管数32根,管子为5.225⨯Φ,换热面积为5m,计算传热面积7.4m.标准图号为：JF001.计算值大于所需的实际传热面积,故符合要求.1.2塔顶冷凝器假设冷流体从25℃升至40℃,热流体从气体冷凝为液体 甲醇的沸点在60摄氏度度左右, 67℃时,查得甲醇、水的汽化潜热：1074/107432.041634412.7/A r KJ Kg KJ Kmol ==⨯= 1850/185018.014833327.4/B r KJ Kg KJ Kmol ==⨯=KmolKJ x r x r r D B D A /34375)9650.01(4.333279650.07.34412)1(=-⨯+⨯=-+=⨯⨯逆流换热,采用水冷却(6725)(6740)33.956725ln6740m t ---∆==--℃取2400/()K W m K =⋅ 11.1/V mol s = 据热量衡算可得： 211.13437528.0940033.95m V r S m K t ⨯⨯===∆⨯ 查《化工工艺设计手册》上册（第一版） 选取U 型管式换热器 型号为YA 325-25-64/64-4图号为JY006 1.3塔底再沸器103℃时 查得甲醇、水的汽化潜热：998/99832.041631977.5/A r KJ Kg KJ Kmol ==⨯= 2250/225018.014840533.3/B r KJ Kg KJ Kmol==⨯=KmolKJ x r x r r w B w A /66.40523001127.013.40533001127.05.31977)1）＝（－（-⨯+⨯=⨯+⨯=逆流换热, 采用130℃的水蒸气加热130********W t t ∆=-=-=℃取2400/()K W m K =⋅ s mol V V /03.8'==2''11.140531.441.6640027V r S m K t ⨯⨯===⨯∆⨯ 查《化工工艺设计手册》上册（第一版）,选用立式虹吸式重沸器,型号为：GCH600－16－30,公称直径600mm,公称压力162/cm kgf ,管子数32根,标准图号为：JB1146－71.计算值大于所需的实际传热面积,故符合要求. 2 储槽选型在本设计任务中的储槽有原料液储槽和中间槽两种,而储槽的存储量是储槽设计及选型的主要参数.故应从储槽的存储量来设计. 2.1原料液储槽原料液的存储量是要保证生产能正常进行,主要根据原料生产情况及供应周期而定的.一般说来,应保证在储槽装液60％～80％,如不进料仍能维持运作24小时.取装料60％～80％是因为在工业中为了安全,储槽一般要流出一定的空间.该设计任务中,取储槽装料70％,即装填系数为0.7.原料液温度为t=25℃,此时进料液中各物料的物性是：甲醇：3/3.797m kg A =ρ 质量浓度0.2A a = 水： 3/9.996m kg B =ρ 质量浓度0.8B a =进料液体积流量:BBA A S a a V ρρ⨯⨯+⨯=7200100010000720010001000031000010000.21000010000.81.463/7200797.37200996.9m h ⨯⨯⨯⨯=+=⨯⨯所需的储槽体积：32424 1.46350.0750.70.7S V V m ⨯===进料槽原料储槽工作于常温、常压下,甲醇是一级防爆品, 综合以上因素,最终选用选用卧式椭圆形封头容器（JB1422-74）,选图号为：R28-2.5-32的卧式椭圆形封头容器, 公称容积Vg=63m 3,计算计算值V=63.9m 3,筒体公称直径Dg=3000mm,筒体壁厚S=8mm,筒体长度L=8000mm,封头厚度S 1=12mm,材质A 3F,允许腐蚀裕度1.5,设备重量8150Kg.4.2.2 中间槽：中间槽是储存回流量及出料的储罐.甲醇精馏过程为连续生产,中间槽的设计依据是中间槽装液60％～80％能保持至少1～2个小时的流量,该设计任务中,槽装液70％,即取安全系数为0.7,保持流量2小时. 进料槽的体积流量：()31(21) 3.71 3.631.55 1.623/777.434D S D R DM V m h ρ++⨯⨯⨯'===中间槽实际体积322 1.6234.6370.70.7S S V V m '⨯===中间槽的工作压力取常压,根据文献,可用立式平底锥盖容器系列（JB1422-74）.选取图号为：R23A-00-16公称容积,43m V g =计算体积309.4m V =计,工作体积384.3m V =工,筒体公称直径g D =1400mm,壁厚5mm,高度2400mm,材质F A 3,设备重量672Kg. 3.接管的选型管径的设计是根据流体的特性、工艺要求及基建费用和运转、维修费用的经济比较确定,因为管径大,则壁厚,重量增加,阀门、管件尺寸也增加,使基建费用增加；管径小,则管内流速增加,流体阻力增加,动力消耗即运转费用增加.在设计过程中,对所有的管道都进行这样的经济比较是不可能的,一般用常用流速的经验值来计算管径.初步选定流体的流速后,通过计算或查管径算图来确定管径,最后圆整到符合公称直径的要求. 3.1 进料管的设计 进料量流量 731.510/72000.000609/950.6023600FS LFmm V m s ρ⨯===⨯ 一般液体流速经验值为1.5～31-⋅s m ,现取进料管中流速13u m s -=⋅, 则进料口管径D 为:440.0006090.016116.13SV D m mm uππ⨯====⨯选用为管道为冷扎无缝钢管（YB231—64）,外径20mm,壁厚2.2mm,管内径15.6mm 大于D,满足要求. 3.2 塔顶气体出口管 塔顶气体摩尔流量为 V=(R+1)D=11.1mol/s31.55g/VD M k kmol =3109.531.551.103/D VD VD D DP M kg m RT RT ρ⨯=== 311.131.550.317/1.103VMVD Vs m s VDρ⨯=== 管内气体流速的经验值u=15 1-⋅s m 管径440.0003175.1915SV d mm uππ⨯===⨯选用管道为冷扎无缝钢管(YB231-64),外径6mm,壁厚0.25mm,管内5.5mm, 大于d 满足要求 3.3回流进口管回流液的摩尔流量为L=RD=7.42mol/s 回流液的平均密度3/434.777m kg LDm =ρ 回流液的体积流量37.4231.550.000301/777.434LDLDmLM Vs m s ρ⨯===取回流液流速为u=1.5m/s,回流管内径为 440.0003010.016016.01.5Vsd m mm uππ⨯====选用管道为冷扎无缝钢管(YB231-64),外径20mm,壁厚0.5mm,管内16mm 大于d,满足要求. 3.4 再沸器出口管V '=V=11.1mol/skmolkg M VWm /0385.18=311518.03850.902/8.314(103.5273.15)W VWmVW W P M kg m RT ρ⨯===⨯+ 311.118.03850.222/0.902VWmVmV M Vs m s ρ'⨯===取管内气体流速u=15 1-⋅s m ,则再沸器所需管内径:440.2220.1373137.315SV d m mm uππ⨯====⨯选用管道为热扎无缝钢管(YB231-64),外径150mm,壁厚6mm,管内径138 mm大于d,满足要求. 3.5 釜液输出管h kmol L /5921.86='336.5718.020.0006897/955.537LWmLWmL M Vs m s ρ'⨯===取釜液流速u=1.5m/s,则釜液输出管所需内径为:440.00068970.024224.21.5Vsd m mm uππ⨯====选用管道为冷扎无缝钢管(YB231-64),外径28mm,壁厚1mm,管内径26mm 大于d,满足要求. 4.泵 4.1 进料泵进料液在25℃下,各物料的密度为:甲醇：39.795-⋅=m Kg A ρ 水： 395.996-⋅=m Kg B ρ 进料液的平均密度3602.95085.996193.0189.795193.0111-⋅=-+=-+=m kg a a LBF LA FL ρρρ 进料液的流量 731.510/72000.000609/950.6023600L FQ m s ρ⨯===⨯取泵的安全系数为1.1,进料泵的设计流量31.10.00067/Q Q m s '===2.4123/m h进料液由进料泵打到进料板处,提馏段理论板数5.2,提馏段填料层高度：5.2 1.3850.4 2.88TZ N HETP m ''=⨯=⨯⨯= 进料泵最小扬程=提馏段填料层高度+塔底预留空间及裙座高,本次设计任务中,塔底预留空间及裙座高可取1.5m.进料泵扬程 H=2（提馏段填料层高度+1.5m ）=2(2.88 1.5)⨯+=8.76m 选用IS65-50-125,转速1450r/min, 流量15m 3/h,扬程8.8m,轴功率0.21kw,泵重50kg,效率53%. 4.2回流泵料液在67℃下冷凝回流,前已算得 3/434.777m kg LDm =ρ回流流量30.1880.8712/777.434LLDmW Q m s ρ===取安全系数为1.2,则回料泵的设计流量311.10.9583Q Q m h -'==⋅ 回流泵扬程 H=2（总填料层高度+1.5m ）=)5.19.6(2+⨯=16.6m选用IS50-32-125离心泵,转速2900r/min,流量15m 3/h,扬程18.5m,轴功率1.26kw,泵重32kg,效率55%. 5 温度计根据该设计任务,温度范围在150℃内.根据文献（4）,可选用镍铬－铜镍(WRKK)型热电偶,分度号为E,套管材料1Cr18Ni9Ti,外径d=2mm,测量范围0~300℃,允差值±3℃.最高使用温度700℃,公称压力P ≤500kgf/cm 2.也可选用WRK －240型隔爆镍铬－铜镍热电偶,分度号E,结构特征:固定螺纹安装,测温范围0~600℃,公称压力P100kgf/cm 2. 6 压力计选用压力测量仪表时,要考虑其量程、精度及介质性质和使用条件因素,该设计任务压力不高,变动不大,工业用精度要求为1.5至2.5级,介质无腐蚀性不易堵塞.压力表安装的地方,应力求避免振动和高温的影响.取压管的内墙面和设备或管道的内壁应平整.无凸出物或毛刺以保证正确取得静压力.被测介质温度超过60℃时,取压口至阀门见或阀门至压力表间应有冷凝管.根据该设计任务,查阅文献（4）,选用电接点压力表.电接点压力表有触点装置,在被测压力逾出上下限时能实现自动控制,发讯和报警.适合在周围环境适度为－40～60℃,相对湿度不大于80%下使用.根据该设计任务,查阅文献（１）选用防爆型电接点压力表YX －160－B 3C,精度等级 1.5级,测温范围2.5kgf/cm 2. 7 液位计 7.1 原料槽液位计该设计任务中,原料槽采用卧式椭球形封头容器,筒体公称直径3m,故所选液位计测量范围大致在0～3m,希望实现自动控制, 查阅文献（4）,可选用ULF-2型电远传翻板式液位计,该液位计能就地指示和远传液位,可和ULFX-2型液位数字显示报警仪配套使用.ULF-2-H ⅢC 防爆远传翻板液位计和ULF-2-H ⅢC 防爆液位数字显示报警仪配套使用,可用于爆炸危险场合的液位测量.ULFX-2,ULF-2-H ⅢC 适合在环境温度－10℃～40℃和相对湿度不大于80%下使用,电源电压为220V,50Hz. 8.1进料管流量计根据该设计任务,选用LZJ－40A型,测量比1：10,测量范围250～2500(L/h),单机精度1.5,互换精度2.5,转子材料不锈钢,允许被测介质状况：-20～120℃,压力≤6kgf/cm2.8.2 回流管流量计根据该设计任务,选用LZJ－25A型,测量比1：10,测量范围100～1000(L/h),单机精度1.5,互换精度2.5,转子材料不锈钢,允许被测介质状况：-20～120℃,压力≤6kgf/cm2.9.设备一览表五.选用符号说明英文希腊文A 安托尼方程系数ρ密度 kg/m3B 安托尼方程系数μ粘度 Pa·sC 安托尼方程系数热容 kJ/(kg.℃)Φ填料因子 m-1D 直径 m塔顶产品摩尔流量kmol/h Ψ液体密度校正系数上下标说明F 进料摩尔流量 kmol/h A 甲醇g 重力加速度 m/s2 B 水HETP 填料层等板高度 m D 塔顶产品K 传热系数 w/(m2·℃) F 进料M 物料质量流量 kg/h摩尔质量 kg/kmolf 泛点N 理论板数i 纯组分P 压力 Pa L 液体Q 传热量 kJ/h Min 最小量r 汽化潜热 kJ/kg m 平均值S 换热器面积 m2 s 饱和蒸汽T 绝对温度 K V 气体或蒸汽t 摄氏温度℃平均u 流体流速 m/s '提馏段V 容器体积 m塔内蒸汽量 mol/s体积流量 m3/sW 塔釜产品摩尔流量kmol/hx 物料摩尔分率Z 理论填料层高度 m六.参考文献1．《化工传质和分离过程》贾绍义，柴诚敬化学工业出版社2．《化工流体流动和传热》柴诚敬，张国亮化学工业出版社3．《化工热力学》陈钟秀，顾飞燕，胡望明化学工业出版社4．《化工设计》黄璐，王保国化学工业出版社5．《化工工艺设计手册》国家医药管理局上海医药设计院化学工业出版社7.《中国化工机械设备大全》蔡源众，成都科技大学出版社8．《甲醇工学》房鼎立，宋维端，肖任坚，朱炳辰审定化学工业出版社9.《化工设备机械基础》董大勤化学工业出版社10．《化工设备机械基础课程设计指导书》詹长福机械工业出版社11．《化工设备机械基础课程设计指导书》蔡纪宁，张秋翔化学工业出版社七.后记。
甲醇合成塔的设计(最新整理)
规格（mm） δ=46(包括冲压减薄量)
δ=42 δ=60+5
φ38X2 δ=90+7
1
补强管锻件 法兰锻件
20MnMoⅢ 20MnMoⅢ
4.3 筒体与管板的焊接结构的设计 根据甲醇合成塔工作程序，在操作反应前
先要将催化剂颗粒装填在每根换热管内，催化剂 需要定期更换，从操作工艺条件上讲管，箱筒体与 管板之间采用法兰连接比较合理，但是由于其 直径较大，如果采用法兰连接将存在以下不利 因素：1）大直径法兰的密封性较难保证，若操作 失误易造成严重泄漏且，大直径法兰的成本造价2；高） 大直径法兰的密封垫片加工困难。为了防止设备 工作过程中的密封泄漏，减少法兰力矩对管板的 影响，降低制造成本，采用不兼做法兰的管板 结构最为合理。 4.4 在设计时将管箱封头处开设人孔并适当增 大管箱空间结构形式, 为了方便安装维修人员进入合成塔内进行催化剂的装填和对 合成塔的检查与维修，同时也节省了设备制造费用。 4.5 为使壳程进入时均匀且稳定地分布，脱盐水入口采用了环形管路和圆扁管入口设 计；同时，在反应管的指定位置上设置安装了防膜弹性挡圈以破坏沸腾液膜，提高传 热膜系数以利于传热。 4.6 反应管与管板的连接结构设计
高不会很高。
6.结束语 甲醇合成塔自设备投产后，运行情况一直良好，说明其选材、设计强度和结构完
全满足产品的工艺要求和生产能力，为同类产品设计提供了参考经验。
参考文献
1 GB150-1998 《钢制压力容器》国家技术监督局 1998-03-20 发布 2 GB151-1999 《管壳式换热器》国家技术监督局 中国标准出版社
头合成气入口处设置气体分布器，在管板的上部装填一层 200mm 高的绝热层催化剂， 绝热层催化剂上部填装耐火球φ8mm。下管板下面装填耐火球φ25mm。
甲醇回收塔
浦江学院《化工原理》课程设计设计题目甲醇回收塔学生姓名班级、学号指导教师姓名课程设计时间2013年6月17日-2013年6月28日课程设计成绩指导教师签字南京工业大学化工原理课程设计任务书专业：班级：姓名：设计日期：2013 年 6 月17 日至2013 年 6 月28 日设计题目：甲醇回收塔设计条件：进料量：F = 150 吨/天进料组成：X f = 9.5% (w%)进料状态：25℃回收率: η= 99%操作条件：直接蒸汽加热指导教师：年月日目录一、前言---------------------------------------------------------------------3二、设计说明书符号表---------------------------------------------------5三、流程设计---------------------------------------------------------------7四、物性参数---------------------------------------------------------------8五、工艺计算--------------------------------------------------------------11六、塔径的计算-----------------------------------------------------------13七、填料层高度计算-----------------------------------------------------14八、填料塔的流体力学性能--------------------------------------------15九、塔设计计算参数总汇-----------------------------------------------21十、辅助设备的选择-----------------------------------------------------21 十一、参考资料-------------------------------------------------------------24一前言甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。
回收甲醇精制塔HAZOP分析
回收甲醇精制塔HAZOP分析引言：甲醇精制塔是甲醇生产工艺中的重要设备之一，主要用于将原始合成气中的甲醇提炼出来，并通过精细操作使其达到所需的纯度。
在甲醇精制塔的运行过程中，由于操作失误、设备故障或其他意外事件，可能会发生一系列危险的场景，危及人员安全和环境。
因此，进行HAZOP（危险与操作研究）分析对于确保甲醇精制塔的安全运行至关重要。
1.HAZOP分析的目标HAZOP分析旨在识别可能的危险和事故场景，评估其潜在风险，并提出相应的控制和改进措施。
通过HAZOP分析，可以增强对甲醇精制塔的理解，并针对性地开展安全管理和控制。
2.HAZOP分析的流程（1）选择HAZOP审议专家小组，包括操作人员、工艺工程师、安全专家等。
确保审议小组的专业背景和知识较为全面。
（2）明确定义HAZOP分析的范围，包括甲醇精制塔的输入、输出、操作条件、设备故障、工艺变化等。
（3）通过HAZOP表格对甲醇精制塔的各个参数逐一进行审议和分析。
根据HAZOP表格中的不同标记，包括无、低、中、高，对每个参数的危险程度进行评估。
（4）识别可能的危险场景和事故，并分析潜在的影响和后果。
对于高和中高危险的场景，进行深入分析，并制定相应的应急措施和安全控制。
（5）整理HAZOP分析结果，并编制报告。
报告中应包括HAZOP表格和详细的分析结果，同时提出改进措施和控制建议。
3.HAZOP分析的案例分析以甲醇精制塔的加热系统为例，进行HAZOP分析。
（1）参数：加热温度危险标记：高可能的危险场景：加热温度过高导致塔内物料过热，产生剧烈反应，引发爆炸或火灾。
潜在的影响和后果：严重的人员伤亡、设备损坏、火灾蔓延至其他区域。
应急措施和安全控制：安装温度控制器，设定报警温度和自动断电保护，用于监测和控制加热温度。
（2）参数：加热介质流量危险标记：中可能的危险场景：加热介质流量过大导致塔内物料无法充分吸收热量，使甲醇精制效果降低。
潜在的影响和后果：甲醇纯度下降，产品质量下降。
化工原理课程设计说明书——(甲醇-水)
目录一．概述 (3)1.设计原始条件 (3)2.板式塔类型 (3)3.工艺流程选定 (4)二．精馏塔物料衡算 (4)三、经济费用估算 (5)1.最小回流比Rmin计算（图解法） (5)2.精馏塔气、液相负荷 (7)3.精馏、提镏段操作方程 (7)4.理论塔板数N (8)5.总板效率ET和实际板数NT (8)6.塔径估算 (9)7.年总费用估算 (11)四．精馏塔塔体工艺尺寸计算 (14)1.最适回流比Ropt的求取 (14)2.精馏塔气、液相实际负荷 (15)3.精馏、提镏段操作方程 (15)4.理论塔板数N (15)五、塔板主要工艺尺寸及流体力学性能计算 (16)1.塔径初选 (16)2．塔径初步核算 (17)3.堰及降液管设计（选用齿形堰） (18)4.孔布置 (19)5.干板压降h和塔板压降P h (19)c6.漏液计算并验其稳定性 (20)7.校核液泛情况 (20)8.雾沫夹带 (21)9.计算结果整理 (21)六．描绘负荷性能图（第一块塔板） (22)1.漏液线 (22)2.过量雾沫夹带线 (22)3.液泛线 (22)4.液相上限线 (23)5.液相下限线 (23)6.操作线 (23)七描绘负荷性能图 (24)第一块板(精馏段第一块板) (24)八附属设备的设计 (29)1.塔高计算 (29)2.泵的设计和选型 (29)4.冷却器选用 (32)5.塔底再沸器的选用 (33)6.全凝器选用 (33)(图一) 由图一查得，x F =0.3152时，泡点进料t b =77.1℃ 此时进料状况 参数q=1， 所以q 线方程为：f x x用图解法，在图二上做q 线，与相平衡线交与e 点（0.3152， 0.6758），所以，最小回流比为： 8889.03152.06758.06758.09964.0min =--=--=e e e D x y y x R取操作回流比为：33.18889.05.15.1min =⨯=⨯=R R2.精馏塔气、液相负荷精馏段：)/(26.4269.3133.1h kmol D R L =⨯=⨯= ())/(95.7369.3133.21h kmol D R D L V =⨯=+=+= 提镏段：)/(65.14239.10026.42h kmol qF L L =+=+=')/(95.7370.6865.142h kmol W L V =-=-'='3.精馏、提镏段操作方程换热器费用)/(1645002000年元==A C F 7.3冷却水费用30℃时，)/(174.4,K kg kJ C pc ⋅=水 5=∆t ℃ s kg t C Q Q m pc /296.375174.413.1724.76132=⨯+=∆⋅+=冷)/(44.3222371000/3.080003600296.37年元=⨯⨯⨯=Cw 7.4蒸气费用150.9℃时，水的潜热kg kj r /4.21159.150=s kg r Q Q m /4647.0)(9.15041=+=蒸年）（元/22.29442421000/220800036004647.0s =⨯⨯⨯=C7.5 年总费用年）（元/368065805.1)(33.0=+++⨯=w s F D C C C C C 四．精馏塔塔体工艺尺寸计算1.最适回流比Ropt 的求取通过对R/Rmin 与费用关系的优化计算，选取Ropt=1.1Rmin总费用与R/Rmin 的关系如图所示。
甲醇合成塔设计说明书
甲醇合成塔设计说明书目录第一章：设计方案的确定与说明- 3一、设计方案的确定 (3)二、方案说明 (3)第二章：设计计算与校核 (4)一、工艺计算 (4)二、主要接管尺寸计算 (6)三、合成塔的总体结构 (7)第三章：设计计算结果 (9)第一章：设计方案的确定与说明一、设计方案的确定传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③ I.C.I 四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi 式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。
单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。
Lurgi 式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。
综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi 式合成塔作为甲醇合成的设备。
二、方案说明Lurgi 式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306 型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。
冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。
第二章：设计计算与校核一、工艺计算甲醇合成塔各物流流量和摩尔分率由前期采用Aspen Plus 软件进行的流程模拟计算得到。
1、合成塔主要工艺参数根据Aspen 模拟，进出甲醇合成塔的反应物和所生成物的物流表如下：上述反应所释放的反应热5167773kJ/h。
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甲醇回收塔结构设计第一章概述1.1前言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。
它的应用面广、量大。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收（气提）、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。
因此对塔设备的研究一直是工程界所关注的热点。
塔器按其结构可分为两大类：板式塔和填料塔。
板式塔的研究起步较早，其流体力学和传质模型比较成熟，数据可靠，因而70年代以前的很长一段时间里，板式塔的研究处于领先地位。
70年代，由于性能优良的新型填料相继问世，特别是规整填料及新型塔内件的不断开发应用和基础理论研究的不断深入，使填料塔的放大技术有了新的突破，改变了以板式塔为主的局面，填料塔也进入了一个崭新的时期。
本次设计任务是分离甲醇水的混合液，以回收甲醇，塔径DN400已定，且处理量不算很大，故采用填料塔。
1.2甲醇回收塔的设计背景本次任务设计的甲醇回收塔是针对工厂废液等的进行甲醇提纯回收，不仅能有效的保护环境，还能回收有用产品，节约能源，是一件大有裨益的事。
二十多年来，填料塔以其优良的综合性能不断推广应用于工业生产中，改变了板式塔长期占据统治地位的局面。
与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：（1）生产能力大板式塔与填料塔的流体流动和传质机理不同。
板式塔的传质通过上升的蒸汽穿过板上的液池来实现。
塔板的开孔率一般占塔板截面积的8~15%，其优化设计要考虑塔板面积与降液管面积的平衡，否则即使开孔率大也不会使生产能力提高。
填料塔的传质是通过上升蒸汽的与靠重力沿填料表面下降的液体逆流接触实现。
填料塔的开孔率通常在50%以上，其空隙率则超过90%，一般液泛点都较高，其优化设计主要考虑与塔内件的匹配，若塔设计合理，填料塔的生产能力一般均高于板式塔。
（2）分离效率高塔的分离效率决定于分离物系的性质、操作状态（压力、温度、流量等）以及塔的类型及性能。
一般情况下下，填料塔具有较高的分离效率，但其效率会随着操作状态的变化而变化。
（3）压力降小填料塔由于空隙率较高，故其压降远远小于板式塔。
一般情况下，塔的每个理论级的压降，板式塔为0.4~1.1kPa；散装填料为0.013~0.27kPa；规整填料为0.01~1.07kPa。
压降低，对于新塔可以大幅度降低塔高，减小塔径；对于老他可以减小回流比以求节能或提高产量与产品质量。
（4）操作弹性大操作弹性是指塔对符合的适应性。
塔正常操作负荷的变动范围越宽，则操作弹性越大。
由于填料本身对负荷变化的适应性很大，故填料塔的操作弹性决定于塔内件的设计，特别是液体分布器的设计，因而可以根据实际需要确定填料塔的操作弹性。
而板式塔的操作弹性则受到塔板液泛、雾沫夹带及降液管能力的限制，一般操作弹性较小。
（5）持液量小持液量是指塔在正常操作时填料表面、内件或塔板上所持有的液量，它随操作负荷的变化而有增减。
对于填料塔，持液量一般小于6%，而板式塔则高达8%~12%。
持液量大，会加长开工时间。
填料塔较板式塔优点很多，但造价通常高于板式塔。
1.3回收塔主要工艺流程（1）进料状况进料状况一般有泡点进料、露点进料、气-液混合物进料、过冷液体进料、过热蒸汽进料。
此次设计采用泡点进料。
采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节气候温度影响。
泡点进料时基于恒摩尔流假定精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。
（2）塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝，甲醇和水不反应，且容易冷凝，故采用全凝器。
塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却。
此次分离是要得到液体甲醇，故选用全凝器符合要求。
（3）回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。
对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。
其优点是回流冷凝器无需支撑结构，缺点是回流冷凝器回流控制较难。
本次任务是针对小型塔，采用重力回流。
（4）加热方式加热方式可分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。
直接蒸汽加热是用蒸汽直接由塔底进入塔内。
由于重组分是水，故省略加热装置。
间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化，上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质。
本次任务用间接蒸汽加热，由于塔径较小，采用内置盘管再沸器，用水蒸气作加热介质。
1.4基础数据及设计内容（1）基础数据：进料流量 2500kg/h ； 料液组成含甲醇50%，塔顶组成含甲醇99.5%，残液含甲醇2%；精馏塔直径400Φ，设计压力0.65MPa ，设计温度105℃；再沸器直径1000Φ，管内压力0.6MPa ，设计温度158℃。
（2）设计方案根据设计要求，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备及其材料的选取等进行叙述。
（3）精馏塔工艺计算。
物料衡算，能量衡算，理论塔板数的计算，工艺条件和相关物性数据的查阅及计算（4）塔体的主要工艺尺寸的设计计算。
塔径的计算，填料层高度的计算，填料层压降的计算以及塔内件的设计计算，塔的附属设备的计算。
（5）精馏塔设备设计及选型塔体材料材料选取，壁厚计算，封头的选型，精馏塔各部分高度、质量的计算及塔体的连接形式，地震载荷、风载荷的计算校核及应力校核，手孔、接管及开孔补强的计算，裙座和基础环的设计。
第二章 精馏塔工艺计算2.1精馏塔的物料衡算（1）原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 32.04/A M kg kmol = 水的摩尔质量 18.02/B M kg kmol = 进料含甲醇 50%（w ） 塔顶含甲醇 99.5%（w ） 塔底含甲醇 2%（w ） 摩尔分数：0.5/32.040.3600.5/32.040.5/18.02F x ==+0.995/32.040.9910.995/32.040.005/18.02D x ==+0.02/32.040.0110.02/32.040.98/18.02W x ==+（2）原料液及塔顶、塔底的平均摩尔质量0.36032.04(10.360)18.0223.07/F M kg kmol =⨯+-⨯=0.99132.04(10.991)18.0231.91/D M kg kmol =⨯+-⨯= 0.01132.04(10.011)18.0218.17/W M kg kmol =⨯+-⨯=（3）物料衡算已知进料流量为2500/kg h ，换算成摩尔处理量 2500108.366/23.07F kmol h == 全塔物料衡算：WD F Wx Dx Fx W D F +=+=，38.592/D kmol h =，69.774/W kmol h =2.2理论塔板数2.2.1相对挥发度由()()11A A A A x y x y α-=-，再根据表1[]2数据可得到不同温度下的挥发度，见表2 表2.1 水—甲醇体系的平衡数据表2.2所以 4.20m α==2.2.2最小回流比及操作回流比泡点进料：0.360q F x x == ()()4.200.3600.703111 4.2010.360m F q m F x y x αα⨯===+-+-⨯故最小回流比为 min 0.9910.7030.8400.7030.360D q q qx y R y x --===--取操作回流比为min 220.840 1.680R R ==⨯=2.2.3精馏塔的气、液相负荷精馏段： 1.86038.59271.781/L R kmol h ==⨯= ()1 2.86038.592110.373/V R D kmol h =+=⨯= 提馏段：71.781108.366180.147/L L F kmol h '=+=+= 110.373/V V kmol h '==2.2.4操作线方程精馏段操作线方程：()10.6500.34711D n n n x Ry x x a R R +=+=+++提馏段操作线方程：1 1.6320.007nn m L Wy x x V V +''=-=-''2.2.5逐板法求理论塔板数由()11q q qx y x αα=+-，得()()1yx b y αα=--将 4.20α=代入得相平衡方程：()()1 4.20 3.20yyx c yyαα==---联立（a ）、（b ）、（c ）三式，可至上而下逐板计算所需理论板数。
因为塔顶为全凝，则10.991D y x == 由（c ）式求的第一块板下降液体组成1110.9910.9634.20 3.20 4.20 3.200.991y x y ===--⨯同理得表2.3精馏塔理论塔板数： 10T N = （包括再沸器） 进料板位置： 6F N =2.3实际塔板数2.3.1 液相平均粘度(1)进料粘度：根据表1，用内插法求得 79.8F t C =o查手册[]2得 0.278A u mPa s =⋅ 0.365B u mPa s =⋅()()lg 0.251lg 0.2780.749lg 0.365LF u =+ 0.341F u mPa s =⋅(2)塔顶物料粘度：根据表1，用内插法求得 64.6D t C =o查手册得 0.329A u mPa s =⋅ 0.438B u mPa s =⋅()()lg 0.991lg 0.3290.009lg 0.438LD u =+0.330F u mPa s =⋅(3)塔釜物料粘度：根据表1，用内插法求得 98.0W t C =o查手册得 0.233A u mPa s =⋅ 0.289B u mPa s =⋅()()lg 0.011lg 0.2330.989lg 0.289LD u =+0.288F u mPa s =⋅精馏段液相平均粘度：0.3410.3300.33622LD LF u u u mPa s ++===⋅精 提馏段液相平均粘度：0.2880.3300.31522LW LF u u u mPa s ++===⋅提2.3.2 精馏段和提馏段的相对挥发度查表2得： 5.055F α=， 2.397D α=，7.720W α=精馏段的平均挥发度： 3.481α==精精馏段的平均挥发度： 6.247α==提2.3.3 全塔效率T E 和实际塔板数全塔效率可用奥尔康公式：()0.2450.49T L E u α-=精馏段：()0.2450.493.4810.3410.470T E -=⨯= 提馏段：()0.2450.496.2470.3150.415T E -=⨯=精馏段实际板层数：5110.47T T N N E ==≈精块 精馏段实际板层数：5130.415T T N N E '==≈提块2.4精馏塔的工艺条件及物性数据2.4.1 工艺条件塔顶压力：101.3P kPa =操作温度：塔顶 64.6D t C =o塔釜 98.0W t C =o进料 79.8F t C =o精馏段平均温度：64.679.872.222D F t t t C ++===o 精 提馏段平均温度：98.079.888.922W F t t t C ++===o 精2.4.2 平均摩尔质量(1)塔顶平均摩尔质量10.991D x y ==，10.963x =()0.99132.0410.99118.0231.91/VD M kg kmol =⨯+-⨯= ()0.96332.0410.96318.0231.52/LD M kg kmol =⨯+-⨯=(2)进料板层平均摩尔质量0.584F y =，10.251x =()0.58432.0410.58418.0226.21/VF M kg kmol =⨯+-⨯= ()0.25132.0410.25118.0221.54/LF M kg kmol =⨯+-⨯=(3)塔底层平均摩尔质量0.045W y =，0.011W x =()0.04532.0410.04518.0218.65/VW M kg kmol =⨯+-⨯=()0.01132.0410.01118.0218.17/LW M kg kmol =⨯+-⨯=(4)精馏段平均摩尔质量()31.9126.21/229.06/VJ M kg kmol =+= ()31.5221.54/226.53/LJ M kg kmol =+=(5)精馏段平均质量流量/71.78126.531904.35/J LJ A L DRM M kg h ==⨯=()1/110.37329.063207.44/J VJ A G D R M M kg h =+=⨯=(6)提馏段液体平均摩尔组成()()/20.2510.011/20.131T F W x x x =+=+= (7)提馏段中液体平均摩尔质量()(),132.040.13118.0210.13119.86/x T A T B T M M x M x kg kmol=⨯+-=⨯+⨯-=(8)提馏段中液体平均质量流量,,//71.78119.86108.36619.863577.72/T x T A x T BL L M M F M M kg h=⨯+⨯=⨯+⨯= (9)提馏段蒸汽平均摩尔组成()()/20.5840.045/20.3145T F W Y Y Y =+=+= (10)提馏段中液体平均摩尔质量()(),132.040.314518.0210.314522.43/y T A T B T M M y M y kg kmol=⨯+-=⨯+⨯-=(11)提馏段中液体平均质量流量 ,110.37322.432475.67/T y T L V M kg h'=⨯=⨯=2.4.3 平均密度(1)气相平均密度计算72.2t C =oJ 88.9t C =oT(a)精馏段蒸汽密度()(),003/22.4/29.06/22.4273.15/273.1572.21.03/T J J M T T t kg m ρ=⨯+⎡⎤⎣⎦=⨯+=Y,J (b)提馏段的蒸汽密度()(),003/22.4/22.43/22.4273.15/273.1588.90.76/T T T M T T t kg m ρ=⨯+⎡⎤⎣⎦=⨯+=Y,T (2)液相平均密度计算液相平均密度依下列式计算1iLmiαρρ=∑表2.4 不同温度下甲醇和水的密度(3)塔顶液相平均密度计算64.6D t C =o根据表3得，3755.65/A kg m ρ=，3981.41/B kg m ρ=()31/0.991/755.650.009/981.41756.52/LDm kg m ρ=+= (4)进料板液相平均密度计算79.8F t C =o根据表3得，3737.64/A kg m ρ=，3971.91/B kg m ρ=0.25132.040.3730.25132.040.74918.02A α⨯==⨯+⨯()31/0.373/737.640.627/971.91868.97/LFm kg m ρ=+=(5)塔底液相平均密度接近水的密度，98.0W t C =o ，3959.79/B kg m ρ=精馏段液相平均密度：()3756.52868.97/2812.75/LJ kg m ρ=+= 提馏段液相平均密度; ()3868.97959.79/2962.40/LT kg m ρ=+=2.4.4 液体平均表面张力液相平均表面张力依下式计算：Lm i i x δδ=∑ (1) 塔顶液相平均表面张力计算64.6D t C =o查手册[]2得16.803/A mN m δ=，65.361/B mN m δ=0.99116.8030.00965.36117.24/LDm mN m δ=⨯+⨯= (2)进料板液相平均表面张力计算79.8F t C =o查手册[]2得15.063/A mN m δ=，62.636/B mN m δ=0.25115.0630.74962.63650.695/LDm mN m δ=⨯+⨯=(3)釜底液相平均表面张力接近水的表面张力，98.0W t C =o，查得59.270/B mN m δ=精馏段液相平均表面张力：()17.2450.695/233.968/LJ mN m δ=+=提馏段液相平均表面张力; ()59.27050.695/254.983/LT mN m δ=+=2.4.5精馏塔各段物性参数汇总（1）塔顶、进料板、塔釜数据结果汇总： 表2.5 塔顶、进料板、塔釜的物性参数(2)精馏段、提馏段数据结果：表2.6 精馏段、提馏段的物性参数2.5热量衡算2.5.1加热介质和冷却剂 (1)加热介质的选择常用的加热介质有饱和水蒸气和烟道气。