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新疆工程学院课程设计说明书题目名称：甲醇-水筛板塔工艺设计专业班级：学生姓指导教师：完成日期：2014.7.4新疆工程学院课程设计评定意见设计题目：甲醇—水筛板塔工艺设计学生姓名：评定指标：序号评分指标具体要求分数范围得分1学习态度努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。0—10分2能力与质量设计论证能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。0—15分综合能力设计能运用所学知识和技能，正确的完成任务。0—25分设计质量论证、分析、计算逻辑合理，条理清晰。0—20分3工作量内容充实，工作饱满，符合规定要求。0—15分4撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图、表、排版等符合要求。0—15分合计0—100分评定成绩：指导教师（签名）：年月日新疆工程学院课程设计任务书12/13学年下学期13年6月15日专业石化班级12-7(1)课程名称化工原理设计题目甲醇-水筛板塔工艺设计指导教师起止时间2014.6.19-2014.67.2周数2周设计地点化工系机房设计目的：作为本专业的专业基础课，化工原理是设备专业学生对专业课综合学习与运用的基础，为学生今后进行毕业设计工作奠定基础，是设备专业技术人员必要的基础训练。设计任务或主要技术指标：生产能力：87600吨/年（年工作日360天，每天开动设备24小时计算）进料中甲醇含量：41%+0.003X(质量分数，X为学号的后两位）设计要求：塔顶甲醇的含量不低于98%(摩尔分数)塔底甲醇的含量不高于2%(摩尔分数)操作压力常压进料热状况q=1.0回流比自选单板压降≤0.8Kpa设计进度与要求：1.查阅资料1天，计算2天，说明书撰写1天，整理半天，课程设计答辩半天2.本课程设计一律要求用A4稿主要参考书及参考资料：[1]张浩勤、陆美娟主编化工原理第二版下册北京：化学工业出版社，2006.10[2]付家新、王为国、肖稳发主编化工原理课程设计北京：化学工业出版社社，2010.11[3]叶庆国主编分离工程北京：化学工业出版社，2009.1教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日甲醇-水筛板塔工艺设计学号:姓名：摘要::本计为分离甲醇－水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。筛板塔优点：结构简单、造价低；气流压降小、板上液面落差小；板效率高。缺点：操作弹性小、筛孔小易堵塞。关键词:筛板塔,精馏，计算，绘图,1.概述52.设计任务书63.设备形式的选择64工艺计算74.1确定塔顶、塔底物料量及组成74.2确定塔板数和进料位置74.2.1确定操作回流比84..2.2理论塔板数94.2.3实际板层数的求取104.3.1塔的精馏段101塔径的计算122溢流装置133塔板布置及阀数排列144塔板上的流体力学验算155塔板负荷性能图154.3.2提馏段171塔径的确定192溢流装置203塔板布置204.塔板上的流体力学验算215塔板负荷性能图22表4-4精馏塔的设计计算结果汇总一览表24参考文献24设计心得25*-1.概述精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度）的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。本设计题目是：甲醇—水醇精馏塔工艺设计及附属设备选型。筛板塔是一种能耗较低的湿式除尘装置，广泛应用于气体吸收、除尘、降温等操作。气体进入塔体后从底部向上流动通过筛板层，通过筛板孔径以及孔间距离的合理设计，以实现最高效率和最小压降。板式塔通常由圆柱状的塔体及按一定间距水平设置的若干塔板构成，塔内气体在压差作用下由下而上，液体在自身重力作用下由上而下总体呈逆流流动。板式塔可分为有溢流堰式和无溢流堰式（又称穿流式）两大类。对于有溢流式板式塔，在这类塔中塔板上由溢流堰维持一定液层，实际气液接触过程是在一块块塔板上逐级进行的，总体逆流，但在每块塔板上气液呈错流流动，即从上方降液管流下的液体横向流过塔板，翻过溢流堰进入降液管再流向下层塔板，而气体则由下而上穿过板上横流的液层，在液层中实现气液相密切接触然后离开液层，在塔板上方空间汇合后进入上层塔板，每一块塔板相当于一个混合分离器，既要求上升气流与下降气流在板上充分接触，又要求经传质后的气液两相完全分离，各自进入相邻塔板。因此，塔板上的主要部件是气液接触部件和溢流部件，在有的塔型中还设置了促进气液分离的部件。气液接触部件的任务是引导气流进入液层，并保证气液充分、均匀而良好的接触，形成大量的又是不断更新的气液传质界面，而且要使气液间最后能够较易分离。不同类型的塔板具有不同的气液接触部件，溢流部件主要是维持液体在板上和板间顺序而均匀地流动，保持板上一定的液层，为气液接触提供场所。不同类型塔板的溢流部件基本一致。塔板上有组织的气液流动应当使气液两相间保持充分、均匀、有效而良好的接触。这是指：相间接触面积要大且具有较强的湍动；气液分布要均匀且能按总体逆流、板上错流的原因保持最大的传质推动力；理论和实践又指出传质表面的不断更新也有利于降低传质阻力，提高传质速率。努力达到这种理想状态是塔板设计和操作改进的下一个方向。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适应的塔递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。2.设计任务书（1）设计题目:甲醇-水筛板塔工艺设计(2)生产能力：87600吨/年（年工作日360天，每天开动设备24小时计算）进料中甲醇含量：0.422设计要求：塔顶甲醇的含量不低于98%(摩尔分数)塔底甲醇的含量不高于2%(摩尔分数)操作压力常压进料热状况q=1回流比自选单板压降≤0.8Kpa3.设备形式的选择本设计选择板式精馏塔，塔板为筛板塔筛板主要部件由筛孔、溢流装置和降液管。筛孔分布在上下降液管之间的踏板有效面积上，作为气体接触的部件。一般情况下孔径是3-8mm的圆孔，在选择中选择合适的孔径，此外根据气流速度选择合适接触方式。筛板塔优点：结构简单、造价低；气流压降小、板上液面落差小；缺点：操作弹性小、筛孔小易堵；4工艺计算4.1确定塔顶、塔底物料量及组成甲醇的摩尔质量水的摩尔质量进料摩尔分数塔顶摩尔分数塔釜摩尔分数M=0.9832.04+0.0218.01=31.76kg/kmolM=0.02032.042+0.9818,01=18.29kg/kmol总物料衡算易挥发组分物料衡算由上式联立得到4.2确定塔板数和进料位置常压下甲醇-水系统的t-x(y)数据表4-1常压下甲醇和水的气液平衡数据温度T（℃）甲醇液相摩尔分数x甲醇气相摩尔分数y1000096.42%13.40%93.54%23.40%91.26%30.40%89.38%36.50%87.710%41.80%84.415%51.70%81.720%57.90%7830%66.50%75.340%72.90%73.150%77.90%71.260%82.50%69.370%87%67.580%91.50%6690%95.80%6595%97.90%64.5100%100%据此可得甲醇-乙醇系统的x-y图塔顶进口塔釜4.2.1确定操作回流比由相对挥发度公式，根据常压下甲醇-水系统的y-x数据得该体系相对挥发度的算术平均值为故相平衡线方程为相平衡线方程为得因为q=1最小回流比：最小回流比回流比4..2.2理论塔板数精馏段：下降液体的摩尔流量为上升蒸汽的摩尔流量为提馏段:下降液体的摩尔流量为:上升蒸汽的摩尔流量为:精馏段操作线方程提镏段操作线方程：用逐板计算法，计算精馏塔内理论板数如下：第一块塔板上升的蒸汽组成：算结果列于表4-2由计算可知，所需理论塔板数为8块板，第6块板为加料版，精馏段为5块板。表4-2计算结果得蒸汽组成和塔板数123456789101112Y0.980.960.9480.9120.870.820.750.420.260.140.070.030X0.950.930.870.800.720.6410.360.220.120.060.0280.0117xw精馏塔内理论塔板数为13-1=12块，其中精馏段5块板，提馏段为7块板，第六块为进料板。4.2.3实际板层数的求取⑴全塔效率塔的平均温度为,在此温度下查得，，液体的平均粘度如下：相对挥发度为故全塔效率⑵实际塔板数精馏段实际塔板数：块，提馏段实际塔板数：，块总塔板数块。4.3.1塔的精馏段①平均压力取每层塔板压降为塔顶压降：加料板压降：平均压降②平均温度由插值法得塔顶温度为，加料板温度为③平均相对分子质量塔顶：加料板：精馏段气相相平均分子量：精馏段液相平均分子量：④质量分数塔顶甲醇的质量分数：进料板甲醇的质量分数：⑤平均密度塔顶：查得时甲醇和水的密度分别为和加料板：查得温度为时甲醇和水的密度分别为和精馏段液相平均密度气相平均密度⑥液相平均表面张力塔顶液相平均表面张力的计算。由，查得甲醇和水的液体表面张力分别为进料板液相平均表面张力的计算。由，查得甲醇和水的液体表面张力分别为精馏段平均表面张力为：⑦液体的平均粘度塔顶：查得时甲醇和水的粘度分别为，故塔顶液体的平均粘度加料板：查得温度为时甲醇和水的粘度分别为，故加料板的的平均粘度精馏段液体的平均粘度⑧精馏段气相体积流量⑨精馏段液相体积流量1塔径的计算（1）初选塔板间距初选塔板间距及板上液层高度，则：（2）空塔气速选取按Smith法求取允许的空塔气速（即泛点气速）查【化工原理】下册图8-13Smith通用关联图得物系表面张力：气体负荷因子校正为泛点气速：（3）操作气速取空塔速率为最大允许速率的0.8倍，则空塔速率（4）精馏段的塔径按标准塔径圆整取，此时的操作气速。塔截面积：空塔气速：2溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘，且不设进口内堰。（1）溢流堰长（出口堰长）取（2）溢流堰上液流高度对平直堰由及，查【化工原理】下册图8-15得液流收缩系数，于是：（满足要求）堰高：3塔板布置及阀数排列（1）塔板分块因塔板分为四块安装塔径-塔板分块数塔径（mm）塔板分块数（2）边缘区宽度与安定区宽度边缘区宽度：一般为,时，可。安定区宽度：规定时；时；本设计取，.（3）开孔区面积（4）开孔数n和开孔率取筛孔的孔径，正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度且取，孔心距每层塔板的开孔数个每层塔板的开孔率（应在5%~15%，故满足要求）每层塔板的开孔面积气体通过筛孔的孔速4塔板上的流体力学验算（1）气体通过筛板压降和的验算a．气体通过干板的压降式中，孔流系数由查【化工原理】下册图8-20得b．气体通过板上液层的压降式中充气系数的求取如下：气体通过有效流通截面积的气速对单流型塔板有：动能因子查【化工原理】下册图8-19得（一般可近似取）C．气体通过筛板的压降（单板压降）满足工艺要求5塔板负荷性能图在操作范围内任取几个值，依式（a）算出对应的值列于表5-5由4-1—关系数据0.0009550.0050.0150.020.023535.685.344.794.574.42（b）在操作范围内任取几个值，依式（b）算出对应的值列于表4-1整理