填料式精馏塔设计

1化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇—水连续填料精馏塔设计者：专业：学号：指导老师：2016年06月25日2目录一、前言…………………………………………………………(3)二、设计条件………………………………………………………(4)三、精馏塔的设计计算1.由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率………………（5）2.全塔物料衡算…………………………………………………（5）3.采用图解法，求解RMin，R……………………………………(5）4.填料塔压力降的计算…………………………………………(6）5.D、Z、P计算…………………………………………………（7）6.计算结果列表………………………………………………（14）四、辅助设备的选型计算7.储槽的选型计算……………………………………………（15）8.换热器的选型计算…………………………………………（16）9.主要接管尺寸的选型计算…………………………………（19）10.泵的选型计算……………………………………………（21）11.流量计选取………………………………………………（21）12.温度计选取………………………………………………（22）13.压力计选取………………………………………………（22）五、设备一览表…………………………………………………（23）六、选用符号说明………………………………………………（24）七、参考文献……………………………………………………（25）八、结束语………………………………………………………(25)3前言甲醇俗称木醇，木精，是一种大宗有机化学品，它不仅容易运输和储藏，而且可以作为很多有机化学品的中间原料。由它可以加工成的有机化学品有100余种，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。随着近年来技术的发展和能源结构的改变，甲醇开辟了新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白质的原料，目前，世界上已经有30万吨的甲醇制蛋白质的工业装置在运行。甲醇是容易运输的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。用孟山都法可以将甲醇直接合成醋酸。随着近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。此外，甲醇在工业应用和实验室中是十分重要的溶剂。许多反应在甲醇作为溶剂时产率非常好。虽然有一定的毒性，但相对于其它有机溶剂来说，还是比较安全的。本次设计采用填料式精馏塔，因为随着填料塔技术的不断完善，在性能上比板式塔要好很多，而且填料塔的结构比较简单，制造、维修难度和造价比板式塔低很多，所以选用填料塔，可以减少设计、制造、操作费用。也是符合实际生产需要的。4设计条件生产能力：年产600吨甲醇-水溶液（年开工300天）原料：轻组分为0.6（摩尔分率，下同）的甲醇-水混合溶液分离要求：塔顶轻组分含量不低于99%，塔釜轻组分含量不高于1%建厂地区：南京主机（精馏塔）的设计计算1.由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率：4577.002.18/60.0104.32/60.004.32/60.0/1//BFAFAFFMaMaMax9825.002.18/99.0104.32/99.004.32/99.0/1//BDADADDMaMaMax005650.002.18/01.0104.32/01.004.32/01.0/1//BWAWAWWMaMaMax求得各个物料的摩尔分率如下：2.全塔物料衡算F=平均分子量总生产时间年处理量131574.002.186.004.321243000000001006hghmol/则有：4577.03157W0.005650D9825.03157WDWxDxFxWDFWDF物料塔顶进料塔釜摩尔分率0.98250.45770.0056505解得W=1696.1hmol/D=1640.9hmol/3.采用图解法，求解RMin，R甲醇－水溶液的平衡数据及部分数据。温度t/℃液相中甲醇摩尔分数xA汽相中甲醇摩尔分数yA温度t/℃液相中甲醇摩尔分数xA汽相中甲醇摩尔分数yA1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665由平衡数据在坐标纸上描点，画出甲醇－水溶液的x-y图（下图）。由图读知N=7，从塔顶算起第4块塔板为进料板，塔的理论塔板数为7。6原料泡点进料，故xq=xF=4577,从图可知yq=0.759，故有：7418.04577.0759.0759.09825.0qqqMinxyyxRD对于指定的物系，RMin只取决于分离要求，即设计型计算中达到一定分离程度所需回流比的最小值，实际操作回流比应大于最小回流比。但增大回流比，起初显著降底所需塔板层数，设备费用明显下降。再增加回流比，虽然塔板层数仍可继续减少，但下降的非常慢。与此同时，随着回流比的加大，塔内上升蒸气量也随之增加，致使塔径、塔板面积、再沸器、冷凝器等设备尺寸相应增大。因此，回流比增至某一数值时，设备费用和操作费用同时上升，回流比的采用原则是使设备费用和操作费用的总费用最小。通常，适宜回流比的数值范围为R=（1.1~2.0）RMin。本设计中取R＝2RMin。R=2RMin=2×0.7418=1.48364.填料塔压力降的计算各组分的饱和蒸汽压由安托尼方程CTBALnps求得各组分的饱和蒸汽压的计算值：塔顶的压力：109.5kPa塔釜的压力：（wt=103℃）PaPA3874250PaPB1120600565000.0Ax435099.0Bx∴BBAAWxPxPP00项目安托尼方程常数饱和蒸汽压ABC67℃103℃甲醇11.96733626.55-34.29111025387425水11.68343816.44-46.1327171.81120607=Pa361611435099.0112060565000.0387425所以精馏塔的压力降为：DWPPP=Pa41161095003616115.D、Z、P计算5.1精馏段5.1.1平均温度mt料液泡点进料，取85Ft℃,假设67Dt℃，则精馏段平均温度8567()762mt精℃5.1.2平均分子量mM塔顶：8259.01yxD，由图可知1x0.975mVMD0.982532.04+（1-0.99825）18.02＝31.76kg/kmolmLMD0.97532.04+(1-0.975)18.02=31.65kg/kmol进料板：4577.0Fx，由图可知759.0FyVFmM0.75932.04＋（1-0.759）18.02＝28.63kg/kmolLFmM0.457732.04+(1-0.4577)18.02=24.41kg/kmol精馏段平均分子量：＝＝＋精馏）＝224.4165.312MM(LFmLDmLmM28.03kg/kmol＝＋精馏）＝2MM(VFmVDmVmM28.63276.31=30.20kg/kmol5.1.3精馏段平均操作压力mP塔顶压力DP＝109500Pa，取每层塔板压力降P＝112622＝238.36Pa，则进料板压强FP＝238.367+109500＝111169PamP＝21111691095002FDPP＝110334Pa85.1.4液相密度Lm塔顶由图一得759.0Ax869.002.18579.0104.32759.004.32759.0Mx1BA＝）（＝）－＋（AAAAAMxMxa查得67℃下甲醇3/755mkgA水3/4.979mkg由1ABLmLALBaa4.979869.01755869.01Lm得：Lm＝757.58kg/m3进料板由图知加料板液相组成4577.0Fx600.002.184577.0104.324577.004.324577.0Mx1BF＝）（＝）－＋（AFAFAMxMxa查得85℃下甲醇3741/AKgm水3968.6/BKgm由6.968600.01741600.01LFm得：LFm＝817.66kg/m3故精馏段液相平均密度3/787.62kg2817.6657.587(mLm＝精馏）＝5.1.5精馏段汽相平均密度mV33VmmmV/064.127376108.31427.9895110334RTMPmkg＝）＋（＝（精馏）（精馏）＝5.1.6液体粘度查《化学工程手册》第一篇：LAALogTB塔顶：67℃时555.30555.300.498067273.15260.64LALog0.3177LAcp＝658.25658.250.389567273.15283.16LBLog0.4079LBcpAB甲醇555.30260.64水658.25283.1694079.0ln759.013177.0ln759.0ln)1(lnln）＋（＝LBALAALDxxcpLD0725.0进料板：85℃时555.30555.300.580185273.15260.64LALog0.2630LAucp658.25658.250.486785273.15283.16LBLog0.3260LBucp3260.0ln4577.012630.0ln4577.0ln)1(lnln）＋（＝进LBALAALxxcpL0604.0进则精馏段平均液相粘度0664cp.020604.00725.0(＝精馏）＝Lm5.1.7汽相负荷计算smolDRDLV/6.8576.2)11.4826()1(skgMVWVmV/583.01030.2086.11(3＝精馏）＝5.1.8液相负荷计算smolRDL/4.09567.21.4836＝skgMLWLmL/0.115108.0324.095(3＝精馏）＝5.1.9填料选择目前市场上规整填料价格较昂贵，且甲醇－水不属于难分离系统，腐蚀性较小，故采用价格低、性能优良的散装金属拉西环DN25填料，查表得填料因子257。5.1.10塔径计算(采用埃克特通用关联图计算)横坐标0268.0604.839055.13.0227.0)(5.05.0＝）（LVVLWW查《化工传质与分离过程》图4－33可得纵坐标21.0)(2.02LVFgu604.8394.979L水1.1710故258.03182.0)604.839055.1(81.917.1257)(2.022.02FLLVFFugu得Fu＝2.305m/s取安全系数0.7，smuuF/614.17.0305.27.0＝sVVS/m192.0055.110265.2503.8M33VmVm＝＝（精馏）（精馏）muVDS347.003.214.3192.044圆整塔径取D=0.400m此时700.0305.2614.1'/53.140.014.3192.044'22FSuusmDVu符合0.5～0.85范围,所以塔径圆整适合5.2提馏段5.2.1平均温度mt料液泡点进料，取85Ft℃,103Wt℃则提馏段平均温度94210385)(＝＝提馏mt