华东理工大学精馏课件.

化工原理课程设计题目：聚乙烯醇生产中的甲醇回收工艺和设备设计一、设计的特点：技术与经济相结合的科学有多种解，多种方案，选优二、设计的规模：1.以工厂(产品)为单位；2.以工段(工序)为单位；3.以设备(单元)为单位三、设计的程序和内容：1.工艺设计：工艺流程图(PFD)，并作物料衡算、能量衡算2.系统设计：管道和仪表图(PID)，计算管道规格、汇总成表格定控制方案并选仪表3.设备设计：选定型设备，设计非定型设备(工艺设计、机械设计)4.总图设计：各单元的平、立面布置，管道布置图施工图5.公用工程设计：制冷、水、电、汽、气、真空等施工图6.土建设计：房屋、地基等等施工图四、本课程设计的工业背景：聚乙烯醇生产工艺：1.聚合反应甲醇作溶剂，防止聚合溶液的粘度上升，反应放热可由溶剂的蒸发除去。2.皂化反应碱触媒3.回收皂化废液中含有醋酸甲酯、甲醇、醋酸钠、水水解反应CH3OCOCH3+H2O→CH3OH+CH3COOH置换反应2NaOCOCH3+H2SO4→Na2SO4+2CH3COOH精馏方案的选定操作压力：常压、加压、减压进料状态：热在塔釜、冷在塔顶气相负荷塔釜负荷加热方式：间接蒸汽加热、直接蒸汽加热中间再沸器、中间冷凝器塔板型式的选定：筛板、浮阀、泡罩、舌型等等筛板塔优点：1。结构简单，造价低2。处理能力大3。塔板效率高4。板压降低5。安装容易，清理检修方便。液流程数选定：溢流装置的选定：降液管：垂直，倾斜受液盘：平型，凹型溢流堰：平直，齿形塔板分块五、精馏塔设计要求：图纸：带控制点的工艺流程图3号图纸设备总装图3号图纸报告：精馏塔设计部分目录：设计任务书一、前言二、精馏塔设计内容2.1物料衡算2.2塔板数计算2.2.1相平衡计算2.2.2逐板计算2.2.3实际板数的确定2.3筛板塔工艺计算2.3.1塔径计算2.3.2塔板详细设计2.3.3塔板流体力学校核1．板压降校核2．液沫夹带量校核3．溢流液泛条件校核4．液体在降液管内停留时间校核5．漏液点的校核2.3.4负荷性能图1．液相下限线2．液相上限线3．漏液线4．过量液沫夹带线5．溢流液泛线6．精馏线和提馏线2.4塔高及接管尺寸2.5辅助设备的选型三、控制点说明1．精馏段灵敏板温度控制2．塔釜液位控制3．进料流量控制4．塔釜加热蒸汽温度控制四、数据汇总表五、符号说明六、参考文献参考文献：1．陈英南.常用化工单元设备的设计.华东理工大学出版社.20052．中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册(第三版).化学工业出版社.20033．江体乾等.化工工艺手册.上海科学技术出版社.19924．化学工程手册编委.化学工程手册(第1篇)化工基础数据.化学工业出版社.19805．魏兆仙等.塔设备设计.化学工业出版社.19886．陈敏恒等.化工原理(第三版).化学工业出版社.2006一、前言工业背景、详细描述回收工段流程(方块图，流程说明)、项目意义(提高物质利用率，降低单耗环保需要)产品性质(用途，物理性质，毒性)聚乙烯醇为白色粉状物，具有水溶性。可作维尼纶的原料；作粘合剂、分散剂；制造耐油薄膜，光敏印刷板……甲醇为无色透明液体，能与水和大多有机溶剂混溶。容易挥发、燃烧，其蒸汽与空气形成爆炸性混合物。用于生产甲醛、丙烯酸甲酯、等等…二、精馏塔设计内容2.1物料衡算例：生产任务：处理量：10万吨/年（年工作日以330天计，每天24小时）其中含：甲醇60wt%，水40wt%分离要求：常压连续精馏操作；回收甲醇组成为：含甲醇97wt%；残液组成为：含甲醇0.5wt%hkmolF/3.517)184.0326.0(2433010107458.018/4.032/6.032/6.0Fx980.018/03.032/97.032/97.0Dx00282.018/995.032/005.032/005.0WxhkmolxxxxFDWDWF/0.24100282.0980.000282.0458.03.517hkmolDFW/3.2760.2413.5172.2.1相平衡计算由[4]或[6]可查A,B,C平衡数据、马古斯方程A12、A21[6]p55，已知x求y已知x，A12、A21求γ，设泡点t，算f(t)0,t↓(Excel)2.2.2逐板计算算Rmin，Nmin，R~N图(吉利兰)，定R(费用核算)、V、L、、操作线方程，从xW算到xDAspen,ProIILV2.2.3实际板数的确定定性温度(tD+tW)/2查μA,μB,μL=Σxiμi加料x,(tD+tW)/2下，计算α=PA0γA/PB0γB,2.3.1塔径计算需要σ，Vs,Ls,ρV,ρL(取提馏段的)σ计算[1]p25，有机物水溶液例：30℃，水VW=M/ρ=18/1=18cm3/mol甲醇VO=M/ρ=32/0.780=41cm3/mol甲醇q=1A=B+Q,,)/(WWOOOOOVxVxVx)/(WWOO)/lg(OqWB))(/(441.03/23/2WOOVqVTqQASOqSW)/lg(1SOSWmN/mMV=32y+18(1-y)ML=32x+18(1-x)Vh=V[yMA+(1-y)MB]/ρVLh=L[xMA+(1-x)MB]/ρLVs=Vh/3600,Ls=Lh/3600两相流动参数44/14/1)(SOOSWWRTPMVV5.0)(VLSSLVVLFBALaa11费尔关联设HT,选泛点百分率60~80%，如0.8u’n=0.8uf5.02.020)()20(VVLffCu选lW/D确定A’f/A’T,''nSnuVATfnTAAAA'/'1''圆整，得D，验HT算AT，Af，An，un，lW，un/ufTAD'4'2.3.2塔板详细设计选溢流堰型式：平直，齿型选堰高hW，与板压降有关选底隙h0,h0hW,且20~25mm选安定区Ws,W’s,边缘区Wc算Wd算鼓泡区rxrxrxAa1222sin2选d0,3~8mm选孔的排列方式：三角，菱形选t=(2.5~5)d0选板厚δ，222907.060sin21421tdtdAAooaoaAA02004dAN孔2.3.3塔板流体力学校核1．板压降校核须how6mm否则，修改lW/D,堰型式，液流程数20021cughlvd3/231084.2whowlLEh须否则，hW↓,φ↑fTSaAAVu25.0vaauF)(owwlhhhldfhhhfhNp实总允许总pp2．液沫夹带量校核须eV0.1kg液/kg气否则，D↑,HT↑,lw/D↓vSlSVVLe13．溢流液泛条件校核b=(D+lW)/2,Z=D-2WdHf=2.5β(hW+how)选相对泡沫密度Φ，一般0.5，易发泡0.3~0.4须HfdHT+hW，否则ho↑,HT↑，lw↑20153.0hlLhwSfdfdHHffowwdhhhhH)()()4(0476.032vlfSlfbHZLHb4．液体在降液管内停留时间校核τ=AfHd/Ls3~5s，否则Af↑，hw↑5．漏液点的校核设漏液点的孔速uow须两者基本相等，原设成立k=u0/uow1.5~2.0，否则Ao↓5.005.02vfTowvaAAAuuFwSwclLFhh23.1006.0725.00061.05.0202vldowCghu2.3.4负荷性能图1．液相下限线how=6mm,设E验证E2．液相上限线取τ=5秒，Ls=AfHT/τ3．漏液线点1，取Lh1=Lh,uow1=uow,Vh1=uow1A0点2，取Lh2=2Lh1,设漏液点的孔速uow2,2/331084.2EhlLowwh5.005.02vfTowvaAAAuuF须两者基本相等，原设成立Vh2=uow2A04．过量液沫夹带线eV=0.1kg液/kg干气点1，FLV1=FLVwSwclLFhh23.1006.0725.00061.05.0202vldowCghuVhLhVLVLWWVVLVeWWe查泛点百分率Bun=B•ufVh1=3600un•An点2，如取hhhhVLVL11VhLhVLVLWW2225.0222)(LVVLLVWWFVVLVeWWe22查泛点百分率B查泛点un=B•ufVh2=3600un•AnLVVLhhWWVL225.02.020)()20(VVLffCu5．溢流液泛线点1，取Lh1，取β=0.57，Δ=0，取Ehl=β(hW+how)Vh1=3600uow•A0)(WTdhHH3/2131084.2whowlLEh20153.0hlLhwSf)(lfowwddhhhhHh5.0202vldowCghu点2，取Lh2，取β=0.57，Δ=0，取Ehl=β(hW+how)Vh2=3600uow•A03/2231084.2whowlLEh20153.0hlLhwSf)(lfowwddhhhhHh5.0202vldowCghu6．精馏线和提馏线将L,V换算成Ls,Vs即精馏段负荷将换算成Ls,Vs即提馏段负荷VL,2.4塔高及接管尺寸人孔(塔径D0.8m，每隔8~10块板)，手孔顶部蒸汽管、回流管、加料管、底部蒸汽管、出液管液封，2.5辅助设备的选型加料泵、冷凝器、再沸器热负荷计算不需要详细计算α，选合适K三、控制点说明控制什么、调节什么1．精馏段灵敏板温度控制灵敏板位置2．塔釜液位控制3．进料流量控制4．塔釜加热蒸汽温度控制控制点的表示和安排1．控制参数：T温度，P压力，G流量，H液位2．仪表功能：Z指示，T调节，J记录，S积算，L联锁例子：压力指示、调节仪表，编号为3号，表装在控制室里无横线为就地仪表，有横线为表头集中安装于控制室