甲醇-水二元物料板式精馏塔设计

吉林化工学院化工原理课程设计题目甲醇－水二元物料板式精馏塔设计教学院化学和制药工程学院专业班级制药0601学生姓名学生学号06210134指导教师2008年12月20日化工原理设计任务书设计题目：甲醇－水二元物料板式精馏塔设计条件：常压：1patm处理量：70Kmolh进料组成：0.55FX馏出液组成：0.965DX釜液组成：0.025WX（以上均为摩尔分率）塔顶全凝器泡点回流回流比：min(1.12.0)RR加料状态：1.0q单板压降：0.7akp设计任务：完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。目录化工原理课程设计任务书.................................................Ⅱ摘要..........................................................Ⅴ绪论............................................................1第一章设计方案简介.........................................................11.2设计思路................................................................11.3选塔依据................................................................2第二章设计计算...................................................32.1塔的物料衡算............................................................32.2适宜回流比的确定........................................................32.3操作线方程的确定：.....................................................32.4理论板数的确定..........................................................52.5平均分子量的计算........................................................52.6全塔效率ET..............................................................52.7实际塔板数..............................................................8第三章板式塔主要工艺尺寸的设计计算..............................53.1塔的工艺条件及物性的数据计算............................................63.1.1操作压强的计算.....................................................63.1.2温度的计算.........................................................63.1.3塔内各段汽、液两相组分的平均分子量.................................63.1.4精馏段及提馏段的密度...............................................73.1.5液体表面张力的计算.................................................73.1.6各段汽液负荷计算....................................................83.2塔和塔板的主要工艺尺寸的计算............................................93.2.1塔径D的计算........................................................93.2.2精馏塔有效高度计算..................................................93.2.3溢流装置的计算......................................................93.2.4塔板布置...........................................................103.2.5筛孔计算及其排列...................................................103.2.6板式塔结构.........................................................103.3筛板的流体力学验算.....................................................103.3.1气体通过筛板压降相当的液柱高度.....................................113.3.2液夹带量eV的验算...................................................113.3.3漏液的验算.........................................................113.3.4液泛的验算.........................................................113.4塔板负荷性能图.........................................................123.4.1雾沫夹带线.........................................................123.4.2液泛线.............................................................123.4.3液相负荷上限线.....................................................133.4.4漏液线（气相负荷下限线）...........................................133.4.5液相负荷下相线.....................................................133.4.6塔板负荷性能图.....................................................143.5设计计算结果汇总一览表.................................................163.6热量衡算...............................................................143.6.1塔顶热负荷.........................................................153.6.2塔底热负荷.........................................................15设计评述........................................................17结束语........................................................17参考文献........................................................18主要符号说明....................................................18附录............................................................19摘要利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品，精馏过程和其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。通过对精馏塔的运算，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。本设计是以甲醇――水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离甲醇和水。浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系甲醇－－水的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。通过逐板计算得出理论板数为10块，回流比为1.31,算出塔效率为0.446，实际板数为18块，进料位置为第5块，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1米，有效塔高7.2米。通过浮阀塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。在此次设计中，对塔进行了物料衡算，本次设计过程正常，操作合适。第一章设计方案介绍一、设计方案本设计任务为分离甲醇和水的混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，因为其具有生产能力大，产品质量稳定等优点。甲醇－水混合液以汽液混合物状态(q=1)送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐,塔釜采用间接蒸汽再沸器供热,塔底产品冷却后,送入储罐(附简单流程图)。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。二、设计思路三、选塔依据筛板塔是现今使用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下：（1）结构简单、金属耗量少、造价低廉.（2）气体压降小、板上液面落差也较小.（3）塔板效率较高.改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔精馏塔工艺尺寸计算筛板流体力学验算塔负荷性能图全塔热量衡算塔工艺条件及物性计算第二章精馏塔工艺设计计算一、物料衡算1、原料液及塔顶，塔底产品的摩尔质量甲醇的摩尔质量：32AM/kgkmol水的摩尔质量：BM=18/kgkmolF0.5532(10.55)1825.7/0.96532(10.965)1831.51/0.02532(10.025)1818.35/DW