甲醇和水的浮阀塔课程设计.docx

学生姓名教学院系 专业年级 指导教师 单位完成日期2012 年 7 月 5 日化工原理课程设计浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计学号化学化工学院2009职称目录一 设计任务 错误!未定义书签1.设计题目 浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计 错误!未定义书签2.工艺条件 错误!未定义书签二 设计内容 错误!未定义书签1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图（见附图） 错误!未定义书签2.工艺参数的确定 错误!未定义书签2.1基础数据 错误!未定义书签2.2全塔的物料衡算 错误!未定义书签2.3塔板数的确定 错误!未定义书签2.4实际塔板数的确定 错误!未定义书签2.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 错误!未定义书签3.主要设备的工艺尺寸计算 错误!未定义书签3.1塔径计算 错误!未定义书签3.2板间距 错误!未定义书签3.3精馏塔有效高度的计算 错误!未定义书签3.4 溢流装置计算 错误!未定义书签3.5 塔盘布置 错误!未定义书签4.流体力学计算 错误!未定义书签4.1流体力学验算 错误!未定义书签4.2 塔板操作负荷性能图 错误!未定义书签5 主要附属设备设计计算及选型 错误!未定义书签5.1塔顶全凝器的计算及选型 错误!未定义书签5.2接管尺寸的计算 错误!未定义书签5.3进料管线管径 错误!未定义书签5.4进料泵的选择 错误!未定义书签三 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 错误!未定义书签四 主要符号 错误!未定义书签五 参考文献 错误!未定义书签一 设计任务1. 设计题目 浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计2.工艺条件生产能力：31200吨/年（料液）年工作日：300天原料组成：50%甲醇，50%水（质量分率，下同）产品组成：馏出液 98%甲醇，釜液0.8%甲醇 操作压力：塔顶压强为常压进料温度：泡点进料状况：泡点 加热方式：直接蒸汽加热 回流比： 自选二设计内容1 确定精馏装置流程，绘出流程示意图、塔器设备图（见附图）。

2 工艺参数的确定2.1基础数据表1-1组分分子式分子量沸点熔点水HO218.020373.15K273.15K甲醇CHOH332.040337.85K176 ・15K表1-2常压下甲醇和水的气液平衡表（t—x—y）tXytXy1000077.829.0968.0192.95.3128.3476・733.3369.1890.37.6740.0176・235.1369.1888.99.2643.5373.846.2077.5686.612.5748.3172.752.9279.7185.013.1554.5571・359.3781.8383.216. 7455.8570・068.4984.9282.318.1857.7568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9480.223.1964.8564.710010078.028.1867.75表1-3 不同温度下甲醇和水的密度物质密度kg/m3温度厂C 5060708090100甲醇750741731721713704水988983978972965958表1-4 查图整理得甲醇-水粘度物质「粘度mPa • s温度/C20406080100甲醇0.5800.4390.3440.2770.228水1.0020.6530.4660.3540.282表1-5查图整理得甲醇-水表面张力物质表面张力mN/m温度/C20406080100甲醇22.0719.6717.3315.0412.80水72.7569.5666.1862.6058.902.2全塔的物料衡算2.2.1物料衡算已知：甲醇的摩尔质量水的摩尔质量M =32.040 Kg/kmol AM =18.02 Kg/kmolB0.008 / 32.040S _ 0.008 / 32.040 + 0.992 /18.020 -皿04520.50/32.040耳 _ 0.50/32.040 + 0.50/18.020 — 0.3600.98 / 32.040XQ _ 0.98 / 32.040 + 0.02 /18.02 — 0.965平均摩尔质量M =0.360x32.040+ (1-0.360) x 18.020=23.067 kg/kmolFMD= 0.965x32.040+ (1-0.965) x18.020=31.549 kg/kmolM =0.00452x32.040+(1-0.00452) x18.020=18.083 kg/kmolW_ 31200000/(300 x 24)23.067 全塔物料衡算：kmol/hq=1F + S = D+W, S = V=V- (1-q)x F,W=L=L+q x FFx = Dx + WxF D Wx — xD = F x f w— = 68.810 Kmol / hx + RxDWV=(R+1)D=152.524Kmol /hS = V=(R + 1)D- (1-q)x F = 152.524Kmol / hL = RD = 83.714 Kmol /hW = RD + qF = 271.574Kmol / h2・2・2根据气液平衡表(x-y-t表)利用内插法求塔顶温度t , t，塔釜温度LD VDt，进料温度tFWa塔顶温度t , tLD VD96.5 - 87.41 t - 66.9二—LD—100 - 87.41 64.7 - 66.9可得：t =65.31 ocLD100 -96.5 64.7 -t二 VD100 - 91.94 100 - 92.9可得： t =61.62 0cVDb. 塔釜温度tW0 - 0.452 _ 100 -10 - 5.31 一 100 - 9*9可得：tw=99.40 0cc. 进料温度tF46.2 -35.13 _ 73.8 -76.236.0 - 35.13 — tF - 76.2可得：tF=76.010c2.2.3回流比确定由表1的数据绘制x-y图(略)由图(图略)可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比R 。

由点a(x , x )向平衡线作切线，交轴于b(0,0.6),即精馏 min D D段操作线截距x /(R+1)=0.6,所以R =0.6083D min操作回流比可取为最小回流比的1.1~2.0倍,所以取 R=2 R =1.2166 min2.3塔板数的确定精馏段操作线方程：Rxy 二 x + a = 0.549x + 0.435 n+1 R +1 n R +1 n提留段操作方程：WWy 二 x - x = 1.781x - 0.0080n+1 S n S W n根据甲醇—水气液平衡组成表和相对挥发度公式ya = xi - y a = na1*a 2* a 3 an1 - x , m '■求得：算得相对挥发度a =4.83ax平衡线方程为：y=i+(a-i)x =4.83x/(l+3.83x) x=y/(a-(a-l)y)由上而下逐板计算，自X =0.965开始到X首次超过X =0.36时止0 i q操作线上的点平衡线上的点X=0.965,Y=0.965)01X=0.851,Y=0.902)12X=0.656,Y=0.795)23X=0.446,Y=0.680)34(X=0.851, Y=0.965)11X=0.656,Y=0.902)22X=0.446,Y=0.795)31X =0. 305,Y =0. 680)44因为X时首次出现X

4 i q提馏段理论板数.已知X =0.305,由上而下计算，直到X首次越过X =0.00452时为止4 i w操作线上的点平衡线上的点X=0.305,Y=0.535)45X=0.193,Y=0.335)56X=0.094,Y=0.160)67X=0.038,Y=0.060)78X=0.013,Y=0.015)89X=0.193,Y=0.535)55X =0. 094, Y =0. 335)66X=0.038,Y=0.160)77X=0.013,Y=0.060)88X=0.00316,Y=0.015)99由于到X首次出现X < X ，故总理论板数不足9块9 i w总的理论板数N=8+ (X-X ) / (X-X ) =8.862(包括再沸器)T 8 w 8 92.4实际板数的确定实际塔板数N=N/ Ep T T2.4.1总板效率E的计算T根据汽液平衡表，由内插法求得塔顶温度t ,t,塔釜温度tLD VD wt =(t +t )/2=(65.31+61.62)/2=63.465°CD LD VD平均温度= (t +t ) /2= (63. 465+99. 40) /2=81. 4325 CDw又由奥克梅尔公式：E=0.49(a 口 )-o.245，其中a =6.15, 口 =0.342mPa・s,代入T L L上式得:E=0.4084T2.4.2实际塔板层数•・•算得 E =0.4084T・•・实际塔板数 N =N /E =8.862/0.4084=21.699 块=22 块pTT其中：精馏段：3/0.4084=7.346^8块提馏段：5. 862/0. 4084=14.354"15 块提馏段不算塔釜：15-1=14块2.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.5.1操作压力塔顶压强：PD=100 kpa取每层塔板压降：AP=0. kpa则 进料板压力：P =100 + 0.7x7 = 104.9kpaF塔釜 压力：P 二 100 + 0.7 ><17=111.9kpaW精馏段的平均操作压强：P二m1100 + 104.92=102.45kpa提馏段的平。