甲醇与水

南京工业大学

《化工原理》专业课程设计

设计题目 甲醇-水体系浮阀精馏塔的设计

学生姓名 高辰珏 班级、学号 化工081004

指导教师姓名 冯晖

课程设计时间2010年 12月 14日-2010年12月 30日

课程设计成绩

指导教师签字

化学化工学院

课程名称：化工原理课程设计

设计题目：甲醇-水体系浮法精馏塔的设计学生姓名：高辰珏专业：化学工程与工艺班级学号：化工081004

设计日期：2010-12-14至2010-12-30

设计任务：乙醇-水体系

设计条件及任务：

进料流量：F＝210kmol/h

进料组成：X f=（摩尔分率）

进料热状态：泡点进料

要求塔顶产品浓度X D=

易挥发组分回收率η≥

目录

概述 (7)

第一章总体操作方案的确定

◆操作压强的选择 (9)

◆物料的进料热状态 (9)

◆回流比的确定 (10)

◆塔釜的加热方式 (10)

◆回流的方式方法 (10)

第二章精馏的工艺流程图的确定 (11)

第三章理论板数的确定

◆物料衡算 (12)

◆物系相平衡数据 (12)

◆确定回流比 (13)

◆理论板数N T的计算以及实际板数的确定 (13)

第四章塔体主要工艺尺寸的确定

◆各设计参数 (16)

◆精馏段塔径塔板的实际计算 (22)

4.2.1精馏段汽、液相体积流率

4.2.2塔径塔板的计算

4.2.3塔板流体力学的验算

4.2.4塔板负荷性能图及操作弹性

◆提馏段塔径塔板的实际计算 (35)

4.3.1精馏段汽、液相体积流率

4.3.2塔径塔板的计算

4.3.3塔板流体力学的验算

4.3.4塔板负荷性能图及操作弹性

第五章浮阀塔板工艺设计计算结果 (47)

第六章辅助设备及零件设计

◆塔顶全凝器的计算及选型 (49)

◆塔底再沸器面积的计算及选型 (53)

◆其他辅助设备计算及选型 (54)

第七章设计感想 (60)

第八章致谢 (61)

第九章参考文献 (61)

图1 浮阀（F1型）图2 浮阀（a）V-4型，（b）T型

一．总体操作方案的确定

操作压强的选择：

精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。

对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度液会下降。对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。本次任务是甲醇和水体系，甲醇-水这一类的溶液不是热敏性物料，且沸点又不高，所以不需采用减压蒸馏。这类溶液在常压下又是液态，塔顶蒸气又可以用

普通冷却水冷凝，因而也不需采用加压蒸馏。所以为了有效降低设备造价和操作费用对这类溶液可采用常压蒸馏。

∴操作压强:P=1atm==×103KPa

物料的进料热状态：

进料热状态有五种。原则上，在供热一定的情况下，热量应尽可能由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷也进料。但为使塔的操作稳定，免受季节气温的影响，常采用泡点进料。这样，塔内精馏段和提留段上升的气体量变化较小，可采用相同的塔径，便于设计和制造。但将原料预热到泡点，就需要增设一个预热器，使设备费用增加。综合考虑各方面因素，决定采用泡点进料，即q=1 。

回流比的确定：

对于一定的分离任务，采用较大的回流

比时，操作线的位置远离平衡线向下向对角

线靠拢，在平衡线和操作线之间的直角阶梯

的跨度增大,每层塔板的分离效率提高了，

所以增大回流比所需的理论塔板数减少，反之理论塔板数增加。但是随着回流比的增加，塔釜加热剂的消耗量和塔顶冷凝剂的消耗量液随之增加，操作费用增加，所以操作费用和设备费用总和最小时所对应的回流比为最佳回流比。本次设计任务中，综合考虑各个因素，采用回流比为最小回流比的倍。

即：R= R

min

塔釜加热方式：

塔釜可采用间接蒸汽加热或直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是，可利用压强较低的加热蒸汽，并省掉间接加热设备，以节省操作费用和设备费用。但直接蒸汽加热，只适用于釜中残液是水或与水不互溶而易于分离的物料，所以通常情况下，多采用间接蒸汽加热。

回流的方式方法:

液体回流可借助位差采用重力回流或用泵强制回流。采用重力回流可节省一台回流泵，节省设备费用，但用泵强制回流，便于控制

回流比。考虑各方面综合因素，采用重力回流。

二. 精馏的工艺流程图的确定

甲醇—水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。

3. 理论板数的确定

物料衡算：

∵η=DX

D

FX

f

∴D=ηFX

f

/X

D

=×210×=42 kmol/h

∵F=D+W ∴W=F- D=210-42=168 kmol/h

∵FX

f = DX

D

+WX

w

∴X

w =(FX

f

-DX

D

)/W=(210××/168=

物系相平衡数据

a. 基本物性数据

b. 常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)