甲醇-水溶液连续精馏塔设计

湖南工业大学课程设计1机械工程学院食工原理课程设计题目:甲醇-水溶液连续精馏塔设计系别:生物与环境工程系专业:_09食品科学与工程学号:姓名:指导教师:2011年10月21日甲醇-水溶液连续精馏塔的设计湖南工业大学课程设计2一、设计名称甲醇-水溶液连续精馏塔的设计二、设计条件处理量：t/a（17500）料液组成（质量分数）：（30％）塔顶产品组成（质量分数）：（92.5％）塔顶易挥发组分回收率：（99％）每年实际生产时间：330天/年，每天24小时连续工作连续操作、中间加料、泡点回流。操作压力：常压进料状况：冷液进料（55℃）塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.3Mpa塔顶冷凝水用冷却水的进、出口温度差20-40℃三、设计任务完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图，编写设计说明书。设计内容包括：1、精馏装置流程设计与论证2、浮阀塔内精馏过程的工艺计算3、浮阀塔主要工艺尺寸的确定4、塔盘设计5、流体力学条件校核、作负荷性能图6、主要辅助设备的选型四、设计说明书内容1、目录2、概述（精馏基本原理）3、工艺计算4、结构计算5、附属装置评价6、参考文献7、对设计自我评价湖南工业大学课程设计3目录设计任务书1概述..............................................................32精馏塔工艺计算....................................................22.1精馏塔物料衡算..............................................22.2相对挥发度的计算.............................................32.3泡点温度的计算..............................................32.4最小回流比的计算............................................42.5求精馏塔的气液相负荷........................................42.6操作线方程..................................................53塔板数的求取......................................................53.6理论塔板数的求取............................................53.7实际塔板数的求取............................................64精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算..............................74.1初选塔板间距................................................74.2物性数据的计算..............................................74.2.1操作压力计算..........................................74.2.2操作温度计算..........................................74.2.3平均摩尔质量计算......................................84.2.4平均密度..............................................84.2.4.1气相平均密度...................................84.2.4.2液相平均密度...................................84.2.5液体表面张力..........................................94.2.6液体粘度.............................................105精馏塔主要尺寸的计算.............................................105.1塔径........................................................105.2精馏塔有效高度的计算........................................125.3溢流装置的确定..............................................125.4塔板布置....................................................145.5浮阀数目及排列..............................................14湖南工业大学课程设计46流体力学校核.....................................................166.1气相通过浮阀塔板的压力降................................166.2液泛的验算..............................................176.3雾沫夹带的验算..........................................176.4漏液验算................................................177塔板负荷性能图...................................................187.1以精馏段为例.................................................187.1.1液沫夹带线..............................................187.1.2液泛线..................................................197.1.3液相负荷上限线..........................................207.1.4漏液线..................................................207.1.5液相负荷下限线..........................................217.2以提馏段为例.................................................217.2.1液沫夹带线..............................................217.2.2液泛线..................................................227.2.3液相负荷上限线..........................................237.2.4漏液线..................................................247.2.5液相负荷下限线.........................................247.3负荷性能图及操作弹性.........................................24参考文献...........................................................25自我总结...........................................................27湖南工业大学课程设计51概述设计方案的确定塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。其内部设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大，不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小，将大大节省动力消耗，从而降低操作费用；（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。（7）还要求耐腐蚀、不易堵塞等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。本次设计主要是浮阀板式塔的设计。F-1型V-4型A型十字架型方形浮阀图2浮阀塔板湖南工业大学课程设计6本设计书介绍的是浮阀塔的设计，其中包括设计方案的确定、塔主要设备的工艺设计计算。本设计任务为分离甲醇－水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用冷夜进料，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。2精馏塔工艺设计计算2.1精馏塔物料衡算原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量MA=32.04kg/kmol水的摩尔质量MB=18.02kg/kmol02.18/55.004.32/45.004.32/45.0xF=0.314897.002.18/06.004.32/94.004.32/94.0xDMF=0.45×32+(1-0.45)×18=24.30kg/kmolhkmolF/76.3113.2433024100060000总物料衡算F=D+W甲醇的物料衡算FxF=DxD+Wxw湖南工业大学课程设计794.0DDxxFF联立求解D=102.58kmol/hW=209.18kmol/h0281.0xW2.2相对挥发度的计算：表1甲醇-水x-y表温度/℃xy温度/℃xy1000.000.0071.30.5940.81892.90.0530.28370.60.6850.84990.30.0760.40068.00.8560.89688.90.0930.43566.90.8740.91985.00.1310.54564.71.001.0081.60.2080.62778.00.2820.67173.80.4620.77672.70.5290.791所以20.41221m用内插法求得04.5F738.2D606.7w715.304.5738.2FD精191.604.5606.7FW提2.3泡点温度的计算：表2甲醇水溶液的沸点浓度（%）0102030405060708090100沸点(℃)10091.886.382.279.076.474.272.069.767.264.72.82tF℃塔顶温度：901002.676.64805.922.67Dt得55.66tD℃塔底温度：湖南工业大学课程设计80101008.9100043.0100tw得65.99tw℃6.682/2.8255(