食品工程原理课程设计

食品工程原理课程设计说明书

甲醇、水填料精馏塔的设计

姓名：

学号：

班级：

指导老师：

目录

一、设计任务书 (3)

二、设计方案简介 (3)

三、工艺计算 (5)

1．基础物性数据 (5)

（1）液相物性的数据 (5)

（2）气相物性数据 (5)

（3）气液相平衡数据 (5)

（4）物料衡算 (6)

2．填料塔的工艺尺寸的计算 (7)

（1）塔径的计算 (7)

（2）填料层高度计算 (9)

（3）填料塔附属高度及总高计算 (11)

（4）填料层压降计算 (11)

（5）液体分布器简要设计 (12)

（6）吸收塔接管尺寸计算 (13)

四、设计一览表 (13)

五、主要符号说明 (14)

六、参考文献 (15)

七、附图……………………………………………………………………………

食品工程原理课程设计任务书

设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔

第一章流程的确定和说明

一、加料方式

加料方式有两种，高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节省一笔动力费用。但由于多了高位槽，建设费用相应增加，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。本次实验采用高位槽加料。

二、进料状况

进料状况一般有冷夜进料、泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加料费用。但冷液进料受环境影响较大，对于沈阳地区来说，存在较大温差，冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，股精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。

三、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，故使用全凝器。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，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。

四、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，回流冷凝器一般装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处理量或板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。而且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。

在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。

五、加热方式

加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使理论塔板数增加，费用增加。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，其优点是使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板

数，缺点是增加加热装置，本次设计采用间接蒸汽加热。

六、加热器

采用U形管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。因为塔较小，可将加热器放在塔即再沸器。这样釜液部分汽化，维持了原有浓度，减少理论塔板数。

第二章精馏塔的设计计算

第一节操作条件及基础数据

一、操作压力

精馏操作按操作压力可分为常压、加压和减压操作。精馏操作中压力影响非常大。当压力增大时，混合液的相对挥发度减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增大，对分离有利。但当压力太低时，对设备要求较高，设备费用增加。因此再设计时一般采用常压精馏。甲醇-水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。

二、气液平衡时x、y、t数据

气液平衡时，x、y、t数据如表1所示

表1 气液平衡关系表

温度t/℃甲醇摩尔分数温度t/℃甲醇摩尔分数

液相x/% 气相y/% 液相x/% 气相y/%

100 0 0 73.8 46.20 77.56

92.9 5.31 28.34 72.7 52.92 79.71

90.3 7.67 40.01 71.3 59.37 81.83

88.9 9.26 43.53 70.0 68.49 84.92

85.0 13.15 54.55 68.0 85.62 89.62

81.6 20.83 62.73 66.9 87.41 91.94

78.0 28.18 67.75 64.7 100 100

76.7 33.33 69.18

注：摘自《化工工艺设计手册》下册P710 表19-38（2）

第二节精馏塔工艺计算

一、物料衡算

1.物料衡算图

95%

15000kg/h,20%

0.2%

2.物料衡算

已知：F '=15000kg/h,质量分数：F x '=20%,D x '=95%,W

x '=0.2% 甲醇M =30.04kg/kmol,水M =18.02kg/kmol

进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为F x 、D x 、W x ：

123.002

.18/8004.32/2004

.32/20=+=

F x

914.002

.18/504.32/9504

.32/95=+=D x

00113.002

.18/89.904.32/2.004

.32/2.0=+=W x

进料平均相对分子质量：4.71902.18)123.01(04.32123.0=⨯-+⨯=M kg/h 原料液：88.759kg/mol

98.25kg/h

15000==

F kmol/h

总物料：W D F +=

易挥发组分：W D F Wx Dx Fx += 代入数据解得：⎩

⎨

⎧==kmol/h 34.4658kmol/h

46.4101W D

塔顶产品的平均相对分子质量：

834.30)914.01(02.18914.004.32=-⨯+⨯=D M kg/kmol

塔顶产品质量流量：

986.3127446.101834.30=⨯=='D M D D kg/kmol

塔釜产品平均相对分子质量：

036.18)00113.01(02.1800113.004.32=-⨯+⨯=W M kg/kmol

塔釜产品质量流量：

11875052036.18434.658=⨯=='W M W W kg/h

3.物料衡算结果

表2 物料衡算结果表

塔顶出料 塔底出料 进料 质量流量/(kg/h)

3127.986

11875.52

15000