甲醇水精馏塔的设计副本.doc

目录一、概述 1二、设计方案的确定及流程说明 1 2.1装置流程的确定 12.2流程图 12.3操作条件 1三、塔的工艺计算 2 3.1精馏塔的物料衡算 23.1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 23.1.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 23.1.3物料衡算 3 3.2塔板数的确定 3 3.2.1相对挥发度的求取 33.2 .2求最小回流比及操作回流比 43.2.3求精馏塔的气、液相负荷 43.2.4求操作线方程 43.2.5采用逐板法求理论板层数 53.3实际板层数的求取 53.3.1液相的平均粘度 53.3.2精馏段和提馏段的相对挥发度 63.3.3精馏塔的工艺全塔效率ET 和实际塔板数 6四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 74.1操作压力的计算 74.2操作温度计算 74.3平均摩尔质量计算 74.4平均密度计算 84.4.1气相平均密度计算 84.4.2液相平均密度计算 84.5液体平均表面张力的计算 94.6液体平均粘度 9五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 105.1塔径的计算 105.2精馏塔有效高度的计算 11六、塔板主要工艺尺寸的计算 116.1溢流装置计算 116.1.1堰长 116.1.2溢流堰高度 116.1.3弓形降液管宽度和截面积 126.1.4降液管底隙高度 126.2塔板布置 136.2.1塔板的分块 136.2.2开孔区面积计算 136.2.3筛孔计算及排列 13七、塔板的流体力学验算 147.1塔板压降 147.1.1干板阻力计算 147.1.2气体通过液层的阻力计算 147.1.3液体表面张力的阻力计算 147.2液面落差 157.3液沫夹带 157.4漏液 157.5液泛 16八、塔板负荷性能图 168.1漏液线 168.2液沫夹带线 178.3液相负荷下限线 188.4液相负荷上限线 188.5液泛线 18九、筛板塔设计计算结果 20十、精馏塔接管尺寸计算 2210.1塔顶蒸气出口管的直径 2210.2回流管的直径 2210.3进料管的直径 2210.4塔底出料管的直径 23十一、对设计过程的评述和有关问题的讨论 23十二、参考文献 23十三、主要符号说明 233一、概述精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。

化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作二、设计方案的确定及流程说明2.1装置流程的确定精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程时应考虑余热的利用，注意节能甲醇—水混合液（原料）经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程操作时，连续的从再沸器取出部分液体气化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热塔底产品经冷却后送入贮槽。

2.2流程图如右图所示：2.3操作条件操作压力：精馏操作可在常压、减压和加压下进行塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关根据所处理的物料性质，本设计中已制定为塔顶压力为101.3kPa进料热状态：进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示本设计中已制定为饱和液体进料即q=1加热方式：蒸馏一般采用间接蒸汽加热，设置再沸器，但也可采用直接蒸汽加热但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需在提留段增加塔板以达到生产要求回流比的选择：对于一定的生产能力，即馏出量D一定时，V的大小取决于回流比一般取操作回流比为最小回流比的1.1～2倍，即＝三、塔的工艺计算已知参数：甲醇—水混合液处理量，F＝5000kg/h； （摩尔分数）；回流比R（自选）；进料热状况；塔顶压强（常压） 分子式分子量M(g/mol)相对密度熔点沸点甲醇32.040.7915-97.864.8 水18.02916.8100数据来源于《有机化学》第三版（醇的物理性质）3.1精馏塔的物料衡算3.1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 =32.04kg/kmol水的摩尔质量 =18.02kg/kmol3.1.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量=0.36032.04+(1-0.360) 18.02=23.07kg/kmol=0.91432.04+(1-0.914) 18.02=30.83kg/kmol=0.00632.04+(1-0.006) 18.02=18.10kg/kmol3.1.3物料衡算原料处理量 总物料衡算 216.73=D+W苯物料衡算 联立解得 D=84.49kmol/h W=132.24kmol/h3.2塔板数的确定3.2.1相对挥发度的求取由，再根据表1[1]数据可得到不同温度下的挥发度，见表2表1温度/℃xy温度/℃ x y1000.000.0075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.001.0078.00.300.665表2温度/℃挥发度温度/℃挥发度96.47.582784.63293.57.332 75.34.03591.26.843 73.13.52589.36.61071.23.14387.76.464 69.32.86884.46.06667.62.69181.75.501 662.534所以3.2.2求最小回流比及操作回流比泡点进料： 故最小回流比为==取操作回流比为R=2=20.561=1.1223.2.3求精馏塔的气、液相负荷 3.2.4求操作线方程精馏段操作线方程为=+=+=0.529+0.431 （a）提馏段操作线方程 （b）3.2.5采用逐板法求理论板层数由 得 将 =4.45 代入得相平衡方程 （c）联立（a）、（b）、（c）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。

因塔顶为全凝则由（c）式求得第一块板下降液体组成利用（a）式计算第二块板上升蒸汽组成为交替使用式（a）和式（c）直到，然后改用提馏段操作线方程，直到为止，计算结果见表3表3板号123456789y0.9140.8040.6840.5640.3870.2120.0950.0360.009x0.7050.4790.327≤xF0.2250.1240.0570.0230.0080.002≤xW 精馏塔的理论塔板数为 =9（包括再沸器）进料板位置 3.3实际板层数的求取3.3.1液相的平均粘度进料黏度：根据表1，用内插法求得查手册[2]得 求得塔顶物料黏度：用内插法求得，查手册[2]得 求得塔釜物料黏度：用内插法求得，查手册得 求得精馏段液相平均黏度：提馏段液相平均黏度：3.3.2精馏段和提馏段的相对挥发度根据表2，用内插法求得 则精馏段的平均挥发度 提馏段的平均挥发度 3.3.3精馏塔的工艺全塔效率ET 和实际塔板数全塔效率可用奥尔康公式：计算所以精馏段 提馏段精馏段实际板层数 块提馏段实际板层数 块四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.1操作压力的计算 塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 4.2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。

计算结果如下：塔顶温度 进料板温度 精馏段平均温度 4.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算由，进料板平均摩尔质量计算 精馏段平均摩尔质量4.4平均密度计算4.4.1气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即 4.4.2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，查手册[2]得 进料板液相平均密度的计算由，查手册得 进料板液相的质量分率 精馏段液相平均密度为 4.5液体平均表面张力的计算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，查手册[2]得 进料板液相平均表面张力为 由，查手册[2]得 精馏段液相平均表面张力为4.6液体平均粘度计算见3.3.1精馏段液相平均黏度五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 5.1塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为由 式中的C由式计算，其中由史密斯关联图查取，图的横坐标为 取板间距，板上液层高度，则查史密斯关联图[3]得=0.068取安全系数为0。