甲醇—水分离过程填料精馏塔设计

甲醇—水分离过程填料精馏塔设计

摘要：本设计对甲醇—水分离过程填料精馏塔装置进行了设计，主要进行了以下工作：1、对主要生产工艺流程进行了选择和确定。2、对生产的主要设备—填料塔进行了工艺计算设计,其中包括：①精馏塔的物料衡算；②塔板数的确定；

③精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；④精馏塔的塔体工艺尺寸计算；⑤填料层压降的计算。3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。4、对设计过程中的有关问题进行了讨论和评述。本设计简明、合理，能满足生产工艺的需要，有一定应用价值。

关键字：甲醇—水；分离过程；精馏塔

目录

前言 (1)

1设计方案的确定 (1)

2精馏塔的物料衡算 (2)

2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (2)

2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3)

2.3物料衡算 (3)

3塔板数的确定 (3)

3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数 (3)

3.2全塔效率E (5)

4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (5)

4.1工艺条件 (5)

4.2平均摩尔质量 (5)

4.3平均密度计算 (7)

4.4液体平均表面张力计算 (7)

4.5液体平均粘度计算 (8)

5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)

5.1 塔径的计算 (9)

5.2填料层高度计算 (10)

6填料层压降计算 (10)

7设计过程的评述 (11)

参考文献 (12)

前言

填料塔结构简单，压降小，填料易用耐腐蚀材料制造。过去，由于填料本体及塔内构件不够完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不适宜安装塔板的小直径塔。近年来，由于填料结构的改进和新型高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效率，又保持了压力降小及性能稳定的特点，因此，填料塔已经被推广到许多大型气液传质的操作中。

填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀淋洒于填料层上，继而沿填料表面缓慢下流。气体自塔下部进入，穿过栅板沿着填料间隙上升。这样,气液两相沿着塔高在填料表面与填料自由空间连续逆流接触，进行传质和传热。

甲醇-水属于难分离物系，选用填料精馏塔的分离效率较高，容易满足生产要求

1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，一般采用连续精馏流程。精馏是分离液体混合物最常用的一种操作，它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。精馏对塔设备的要求大致包括：

一：生产能力大：即单位塔截面可通过较大的汽、液相流率，不会产生液泛等不正常流动。二：效率高：汽、液两相在塔内流动时能保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或较大的传质速率。三：流动阻力小：流体通过塔设备的阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作时易于达到要求的真空度。四：有一定的操作弹性：当汽、液相流率有一定的波动时，两相均能维持正常的流动，且不会使效率产生较大的变化。五：结构简单，造价低，安装检修方便。六：能满足

物性每些工艺特性，如腐蚀性、热敏性、气泡性等特殊要求。

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。甲醇常压下的沸点为64.7℃，故可采用常压操作。用30℃的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。甲醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中。

设计中选用金属散装阶梯环D n38填料。因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便定期拆卸和清洗。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少一半，并在一端增加了一个锥型翻边。由于高经比减少，使的气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥型翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环型填料中最为优良的一种。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低，根据计算故选用D n38规格的。

2精馏塔的物料衡算

2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

甲醇的摩尔质量：M A =32.04kg/kmol

水的摩尔质量: M B=18.02kg/kmol

x F=(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324

x D=(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995

x W =(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.0028

2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

M F =0.324*32.04+(1-0.327)*18.02=22.56kg /kmol

M D=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmol

M W=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kg/kmol

2.3物料衡算

废甲醇溶液的处理量为3吨/h.。

原料处理：F=3000kg/h/25.56kg/kmol=132.98kg/kmol

总物料衡算: 132.98=D+W

甲醇物料衡算: 132.98*0.327=0.995D+0.0028W

解得: D=43.05kmol/h

W=89.93kmol/h

3塔板数的确定

3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数.

3.1.1由以知的甲醇-水物系的气液平衡数据,绘出x-y图.

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

00.51 1.5