甲醇筛板精馏塔
的设计
甲醇筛板精馏塔的设计
摘要本设计是以甲醇―水物系为设计物系，以筛板塔为精馏设备分离甲
醇和水。筛板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，是较完整的馏设计过程。
通过M.T法计算得出理论板数为5块，回流比为2.64,算出塔效率为
0.472，实际板数为11块，进料位置为第4块，在板式塔主要工艺尺寸的设
计计算中得出塔径为0.21米，塔体壁厚4.5毫米。通过筛板塔的流体力学
验算，证明各指标数据均符合标准。本次设计过程正常，操作合适。
目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅱ)
引言 (1)
第一章精馏工艺流程的确定 (1)
第二章塔的物料衡算 (3)
2.1整理有关物性数据 (4)
2.1.1基本物性数据 (4)
2.1.2 常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y) (4)
2.2料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (5)
2.3原料液以及塔顶,塔底产品的平均摩尔质量 (5)
2.4物料衡算 (5)
第三章塔板数的确定 (5)
3.1理论塔板数的确定（M.T法） (5)
3.2全塔总效率 (7)
3.3实际塔板数 (9)
第四章塔的工艺条件及物性数据计算 (9)
4.1操作压力 (9)
4.1.1精馏段： (9)
4.1.2提馏段: (10)
4.2.1塔顶平均分子量: (10)
4.2.2 加料板平均分子量： (10)
4.2.3.塔底平均分子量： (10)
4.3平均密度 (11)
4.3.1液相密度 (11)
4.3.2气相平均密度计算 (12)
4.4液体平均表面张力的计算 (12)
4.4.1塔顶液体平均表面张力 (13)
4.4.2进料板液相平均表面张力计算 (13)
4.4.3塔底液相平均表面张力计算 (13)
4.5液相黏度 (14)
4.5.1塔顶液相平均粘度计算 (14)
4.5.2进料板液相平均黏度计算 (14)
4.5.3.塔底液相平均黏度计算 (14)
第五章气液负荷计算 (15)
5.1精馏段气液负荷计算 (15)
5.2提馏段气液负荷计算 (15)
第六章塔和塔板主要工艺尺寸计算 (15)
6.1塔径 (15)
6.1.1首先考虑精馏段： (15)
6.1.2提馏段： (16)
6.2溢流装置 (17)
6.2.1 堰长 (17)
6.2.2 出口堰高 (17)
6.2.3降液管的宽度 (18)
6.2.4降液管底隙高度 (18)
6.3塔板布置 (18)
6.3.1孔径 (18)
6.3.2筛孔排布 (18)
6.3.3开孔率 (18)
6.3.4筛板数n (19)
第七章塔板流体力学的计算 (19)
7.1气相通过浮阀板的压强降 (19)
7.1.1干板阻力 (19)
7.1.2气流穿过板上液层阻力 (20)
7.1.3液体表面张力的阻力 (20)
7.2淹塔 (20)
7.2.1气体通过塔层的单板压降 (20)
7.2.2液体通过降液管的压头损失: (20)
7.3雾沫夹带量的验算 (20)
第八章塔板负荷性能图 (21)
8.1雾沫夹带线 (21)
8.2液泛线 (22)
8.3液相负荷上限线 (22)
8.4漏液线 (23)
8.5液相负荷下限线 (23)
第九章塔体设计 (24)
9.1壁厚设计 (24)
9.1.1选择钢材 (24)
9.1.2确定各设计参数 (24)
9.1.3塔体厚度确定 (25)
9.1.4塔体水压试验时应力校核 (26)
9.2封头设计 (26)
第十章附录 (27)
10.1塔体设计最终结果示意图 (27)
10.2工艺设计结果汇总表 (28)
10.3符号一览表 (29)
结论................................ 错误！未定义书签。
致谢................................ 错误！未定义书签。参考文献............................ 错误！未定义书签。
引言
甲醇作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域。甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。广泛的用途决定了其产量，大量的粗甲醇要变成具有工业价值的精甲醇就需要有相匹配的精制工艺。而在甲醇的精制过程中，运用精馏塔的精馏工序无疑是最普遍最重要的，所以精馏塔的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题【6】。
精馏塔按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢制成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。而筛板塔结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。近几十年来，人们对筛板塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计筛板塔比较合适【1】。
本次设计就是针对甲醇—水体系，而进行的常压筛板精馏塔的工艺设计及其塔体等选型。进行物料衡算，由t-x-y间的关系取数据，确定相对挥发度和回流比求出相平衡方程和操作线方程，然后算得理论塔板数并由全塔效率确定实际塔板数，最后对塔高、塔径、溢流装置等各个部件进行计算与核算校验（如负荷性能图），再由塔径和操作压力算得塔体壁厚等，最终得到符合工艺要求的精馏塔并能完成生产任务。
第一章精馏工艺流程的确定
甲醇—水溶液经预热至泡点后，用泵送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全冷凝后，部分回流，其余作为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。
图1-1乙醇精馏的工艺流程图【7】
板式塔的设计主要流程,如图（1-2）。
图1-1板式塔化工设计程序【4】
第二章塔的物料衡算
原料甲醇含量：质量分率=15﹪
原料处理量：质量流量=8750t/a
产品要求：塔顶馏出液含甲醇≥92%
工艺条件：常压精馏，塔底间接加热，泡点进料，泡点回流。
2.1整理有关物性数据
查阅相关资料得：
2.1.1基本物性数据
水和乙醇的物理性质，如表（2-1-1）。
【5】
2.1.2 常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)
乙醇和水的气液平衡数据，如表（2-1-2）。
表2-1-2甲醇和水的气液平衡表【2】
2.2料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
866.018
/832/9232
/92=+=
D x
09.018
/8532/1532
/15=+=F x
035.018/9432/632
/6=+=W x
2.3原料液以及塔顶,塔底产品的平均摩尔质量
()kmol kg x M x M M D B D A D /124.30866.0118866.032)1(=-?+?=-+= ()kmol kg x M x M M F B F A F /26.1909.011809.032)1(=-?+?=-+=
()kmol kg x M x M M W B W A W /49.18035.0118035.032)1(=-?+?=-+=
2.4物料衡算
已知：原料处理量1000kg ／h 换算成以摩尔流量为
h
kmol F /92.5126.191000== 总物料衡算 92.51==+F W D ① 乙醇物料衡算F W D 09.0035.0866.0=+ ② 联立①②解得
h kmol D /88.3=
h kmol W /54.48=
第三章 塔板数的确定
3.1理论塔板数的确定（M.T 法）
①根据甲醇-水的的气液平衡数据（表2-1-2）绘出y-x 图及t-x-y 图，如图（3-1-1）及图（3-1-2）。
图3-1-1甲醇-水体系y-x图
图3-1-2甲醇水物系t-x-y图
②求最小回流比min R 及操作回流比R 。因泡点进料，在y-x 图中自对角线上点)09.0,09.0(e 作垂线即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为
09.0,425.0==q q x y ,该点就是最小回流比时平衡线与操作线平衡的交点
【2】
。
根据最小回流比计算公式：
32
.109
.0425.0425
.0866.0min =--=
--=
q
q q D x y y x R
由工艺条件决定【3】 m in 0.2R R = 故取操作回流比 64.232.10.2=?=R ③求理论塔板数T N 精馏段操作线为：
238.0725.011
1+=+++=
x x R x R R y D
如图（3-1-1）所示，作图法解得：
T N =（5－1）块（不包括塔釜）。其中精馏段理论塔板数为3块，提馏段为1块，并且第4块为进料板。
3.2全塔总效率T E
因为245
.0)(49.0-='L T E σμ【2】
根据图3-1-2求得： 塔顶 C t D ο67= 进料板 C t F ο4.91=
C t m o ,2.7924
.9167=+=
精
塔底 C t w ο95=
C t m o ,2.93295
4.91=+=
提
平均温度 C t t t D w m ο812/)(=+=
78.1866.0866.0192.0192.011=-?-=-?-=
D D D D D x x y y σ
47.6035.0035
.0119.0119.011=-?-=-?-=
W W W W W x x y y σ
4
.347.678.1=?=?=W D σσσ
平均温度下的液体粘度
).(343.03521.0)09.01(25.009.0s mPa x x B B A A L =?-+?=+=μμμ 所以全塔效率
472.0)343.04.3(49.0)(49.0245.0245.0=?=='--L T
E σμ
图3-2-1精馏塔的全塔效率
【5】
图3-2-2有机化合物的黏度表
【5】
3.3实际塔板数
N
p
精馏段
N精=3／0.472≈7块
提馏段
N提=1／0.475≈3块
第四章塔的工艺条件及物性数据计算4.1操作压力
P
m
图4-1醇类的饱和蒸汽压【5】
4.1.1精馏段：
塔顶压力)(65.20232.1337603.101a D kp P =?+= ∵kpa p 7.0≤?
∴取每层塔板压强7.0=?p
进料板压力 kpa p p D F 65.20777.0=?+= 精馏段平均操作压力 kpa p m 205)65.20765.202(=+= 4.1.2提馏段:
塔釜压力 kpa p p D w 75.20937.0=?+= 提馏段平均操作压力 kpa p m 7.208)65.20775.209('=+= 4.2.1塔顶平均分子量:
866.01==y x D 735.01=x
()kmol kg y M y M M B A VDm /12.3018866.01866.032)1(11=?-+?=-+=
)1(11x M x M M B A LDm -+=()kmol
kg /29.2818735.01735.032=?-+?=
4.2.2 加料板平均分子量：
065.0=F x 355.0=F y
)1(F B F A VFm y M y M M -+=()97.22355.0118355.032=-?+?=kmol
kg / kmol
kg x M x M M F B F A LFm /91.18)065.01(18065.032)1(=-?+?=-+=
4.2.3.塔底平均分子量：
035
.0=w y 01.0=w x
)1(W B W A VWm y M y M M -+=kmol
kg /49.18)035.01(18035.032=-?+?= )1(W B W A LWm X M X M M -+=kmol
kg /41.18)01.01(1801.032=-?+?=
∴精馏段平均摩尔质量：
g/kmol 55.26/222.9730.12,k M V =+=）（精 g/kmol 6.23/218.9128.29,k M L =+=）（精
提馏段平均摩尔质量：
g/kmol 0.732/222.9718.49,k M V =+=）（提 g/kmol 18.66/218.9118.41,L k M =+=）（提
4.3平均密度m ρ
4.3.1液相密度m ,L ρ
i
i Lm a ρρ//1∑=
塔顶液相平均密度计算
由C t D ο67=，查手册读图4-3得：
图4-3各类有机液体的相对密度共线图
【5】
3/755m kg A =ρ 3/42.979m kg B =ρ
1
.769)
42.979/08.0755/92.0(1
=+=
LDm ρ3/m kg 进料板平均密度计算 由C t F ο4.91=,读图4-3得
3/725m kg A =ρ 3/964m kg B =ρ
进料板液相的质量分率
12
.0)065.01(18065.032065
.046)1(=-?+??=-+=
F b F A F A A x M x M x M a
3
.927)
964/88.0725/12.0(1
=+=
LFm ρ3/m kg 塔底液相平均密度计算 由C t w ο95=，查图4-3读得
3/720m kg A =ρ 3/85.961m kg B =ρ
,1
Lw m
ρ85
.942)85.961/94.0720/06.0(1
=+=
故
精馏段平均液相密度
3,g/m 848.2/2927.3769.1k m L =+=）（精ρ
提馏段平均液相密度
3,g/m 935.08/2927.3942.85k m L =+=
）（提ρ 4.3.2气相平均密度计算m V,ρ
3,/86.1)
2.79273(314.855
.26205RT m kg pM m V =+??=
=精精ρ
3,/42.1)
2.93273(314.80.73
28.720RT
m kg pM m V =+??=
=
提提ρ
4.4 液体平均表面张力的计算m σ
m σ=1n
i i i x σ=∑
图4-4液体表面张力共线图
【5】
4.4.1塔顶液体平均表面张力D m,σ
C t
D ο67=
m mN A /19=σ m mN B /87.64=σ
15.25)866.01(87.64866.019)1(11=-?+?=-+=x x B A LDm σσσm mN / 4.4.2进料板液相平均表面张力计算F m,σ
C t F ο4.91=
m mN A /7.16=σ m mN B /4.60=σ
56.57)065.01(4.60065.07.16)1(=-?+?=-+=F B F A LFm x x σσσm mN / 4.4.3塔底液相平均表面张力计算w m,σ
C t w ο95=
m mN A /2.16=σ m mN B /75.59=σ
w m ,σ23
.58)035.01(75.59035.02.16)1(=-?+?=-+=w B w A x x σσ 故
精馏段平均表面张力为
m mN /41.36/257.5625.15m ,=+=）（精σ 提馏段平均表面张力为
m mN /57.9/257.5658.23m ,=+=）（提σ
4.5液相黏度m ,L μ
∑==n
i i L i x 1m ,μμ
4.5.1塔顶液相平均粘度计算D ,L μ
C t
D ο67=
m mP a A ?=317.0μ m mP a B ?=4233.0μ
4233
.0lg )866.01(317.0lg 866.0lg )1(lg lg 11-+=-+=B A LDm x x μμμ
m mP a LDm ?=33.0μ
4.5.2进料板液相平均黏度计算
,L F
μ
C t F ο4.91=
m mP a A ?=25.0μ m mP a B ?=311.0μ
311
.0lg )065.01(25.0lg 065.0lg )1(lg lg -+=-+=B F A F LFm x x μμμ
m mP a LFm ?=306.0μ
4.5.3.塔底液相平均黏度计算D ,L μ
C t w ο95=
m mP a A ?=240.0μ m mP a B ?=2994.0μ
课程设计报告书丙酮水连续精馏浮阀塔的设计学院化学与化工学院 专业化学工程与工艺 学生姓名吴熠 学生学号 指导教师江燕斌 课程编号 课程学分 起始日期
目录 \ "" \ \ \
第部分设计任务书 设计题目：丙酮水连续精馏浮阀塔的设计 设计条件 在常压操作的连续精馏浮阀塔内分离丙酮水混合物。生产能力和产品的质量要求如下： 任务要求(工艺参数)： .塔顶产品(丙酮)：, (质量分率) .塔顶丙酮回收率：η=0.99(质量分率) .原料中丙酮含量：质量分率(*) .原料处理量：根据、、返算进料、、、 .精馏方式：直接蒸汽加热 操作条件： ①常压精馏 ②进料热状态q=1 ③回流比R=3R min ④加热蒸汽直接加热蒸汽的绝对压强 冷却水进口温度℃、出口温度℃，热损失以计 ⑤单板压降≯ 设计任务 .确定双组份系统精馏过程的流程，辅助设备，测量仪表等，并绘出工艺流程示意图，表明所需的设备、管线及有关观测或控制所必需的仪表和装置。 .计算冷凝器和再沸器热负荷。塔的工艺设计：热量和物料衡算，确定操作回流比，选定板型，确定塔径，塔板数、塔高及进料位置 .塔的结构设计：选择塔板的结构型式、确定塔的结构尺寸；进行塔板流体力学性能校核（包括塔板压降，液泛校核及雾沫夹带量校核等）。 .作出塔的负荷性能图，计算塔的操作弹性。 .塔的附属设备选型,计算全套装置所用的蒸汽量和冷却水用量，和塔顶冷凝器、塔底蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型，各接管尺寸的确定。
第部分设计方案及工艺流程图 设计方案 本设计任务为分离丙酮水二元混合物。对于该非理想二元混合物的分离，应使用连续精馏。含丙酮（质量分数）的原料由进料泵输送至高位槽。通过进料调节阀调节进料流量，经与釜液进行热交换温度升至泡点后进入精馏塔进料板。塔顶上升蒸汽使用冷凝器，冷凝液在泡点一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系（标况下，丙酮的沸点°），塔釜为直接蒸汽加热，釜液出料后与进料换热，充分利用余热。 工艺流程图
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： 2007年7 月13日
目录 一、设计任务书 (1) 二、设计的方案介绍 (1) 三、工艺流程图及其简单说明 (2) 四、操作条件及精熘塔工艺计算 (4) 五、精熘塔工艺条件及有关物性的计算 (14) 六、精馏塔塔体工艺尺寸计算 (19) 七、附属设备及主要附件的选型计算 (23) 八、参考文献 (26) 九、甲醇－水精熘塔设计条件图
一、设计任务书 甲醇散堆填料精馏塔设计： 1、处理量：12000 吨/年(年生产时间以7200小时计算) 2、原料液状态：常温常压 3、进料浓度：41.3%(甲醇的质量分数) 塔顶出料浓度：98.5%(甲醇的质量分数) 塔釜出料浓度：0.05%(甲醇的质量分数) 4、填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 5、厂址位于沈阳地区 二、设计的方案介绍 1、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 2、精熘塔的操作压力 在精馏操作中，当压力增大，混合液的相对挥发度减小，将使汽相和液相的组成越来越接近，分离越来越难；而当压力减小，混合液的相对挥发度增大，α值偏离1的程度越大，分离越容易。但是要保持精馏塔在低压下操作，这对设备的要求相当高，会使总的设备费用大幅度增加。在实际设计中，要充分考虑这两
甲醇工艺（精馏工段）设计说明书 一概述 1甲醇生产的发展概况 甲醇生产技术发展很快，近20年来，在原料路线、生产规模、节能降耗、过程控制与优化及与其他化工产品联合生产等发面都有新的突破与进展。 1）原料路线 甲醇生产的原料大致有煤、石油、天然气和含H 2、CO（或CO 2 ）的工业废气 等。从 50年代开始，天然气逐步成为制造甲醇的主要原料，因为它简化了流程，便于输送，降低了成本，目前世界甲醇总产量中约有70%左右是天然气为原料的。但是，随着能源的紧张，如何有效地开发煤炭资源，这是个从未中断过的研究课题，煤气化技术发展迅速，除传统的固定床UGI炉外，固定床鲁奇汽化炉，流化闯温克勒汽化炉，气流床K-T炉，气流床德士古汽化炉的开发均取得进展并都在工业上得到使用。从长远的战略观点来看，世界煤的储藏量远超过天然气和石油。我国情况更是如此，将来以煤制取甲醇的原料路线终将占主导地位。 2）生产规模 甲醇生产技术发展趋势之一是单系列，大型化。由于高压设备尺寸的限制，50年代以前，甲醇合成塔的单塔生产能力一般不超过100~200t/d，60年代不超过200~300t/d。但近十年来，单系列大型甲醇合成塔不断被开发，并在工业生产中使用，Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔生产能力可达2500t/d。随着由气轮机驱动的大型离心压缩机研制成功，为合成气压缩机、循环机的大型化提供了条件。 国内的甲醇装置的规模偏小，除引进的Lurgi与ICI装置单系列年产10万吨甲醇外，较多中型化肥厂中单系列甲醇装置年产仅3~4万吨。更有一些单醇与联醇装置年产仅数千吨。今后必须不断创造条件，增大单系列甲醇装置的生产规模。 3）节能降耗 甲醇成本中能源消耗费用占较大比重。目前，甲醇生产技术改进的重点放在采用低能耗工艺，充分回收和利用能量等方面。主要方向是研制性能更好的转化与合成催化剂，降低甲醇合成压力，开发新的净化方法，降低燃料消耗。采用节能型精馏工艺与设备高、中、低位热能的合理配置与低位能热能的合理使用等措施。 4）过程控制 甲醇生产是连续操作，技术密集的工艺。目前正向高度自动化操作水平发展，化工过程优化控制在甲醇生产中得到推广与应用。 国内甲醇装置的过程控制水平还停留在仪表显示与单参数控制水平。采用数学模型方法对系统进行分析，已有初步成果。引进国内外先进控制技术进一步提高自控水平，对发展我国甲醇工业很有意义。 5）联合生产 国内外大多甲醇装置都是与其他化工产品实现联合生产的。甲醇装置成为大型化肥厂或石油化工厂的一个组成部分。其中具有代表性的是合成氨联产甲醇与城市 煤气联产甲醇。此外，还有利用含CO与H 2 的尾气、废气生产甲醇。目前已投产 的有乙炔尾气制甲醇，乙烯裂解废气制甲醇等。 2设计任务
4.3 填料精馏塔设计示例 4.3.1 化工原理课程设计任务书 1 设计题目 分离甲醇-水混合液的填料精馏塔 2 设计数据及条件 生产能力：年处理甲醇-水混合液0.30万吨（年开工300天） 原料：甲醇含量为70%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶甲醇含量不低于98%，塔底甲醇含量不高于2% 建厂地址：沈阳 3 设计要求 （1）编制一份精馏塔设计说明书，主要内容： ①前言； ②流程确定和说明； ③生产条件确定和说明； ④精馏塔的设计计算； ⑤主要附属设备及附件的选型计算； ⑥设计结果列表； ⑦设计结果的自我总结评价与说明； ⑧注明参考和使用的设计资料。 （2）编制一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点的工艺流程图。 4.3.2 前言
在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。 板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、操作弹性大、持液量小等优点。同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。 本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。 塔型的选择因素很多。主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。 1 与物性有关的因素 ①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。因为填料不易形成泡沫。本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。 ②对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。 2 与操作条件有关的因素 ①传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。 ②难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。 ③若塔的高度有限制，在某些情况下，选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。 ④要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，宜用规整填料。 4.3.3 流程确定和说明 1 加料方式 加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可
第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述 本章是对各种塔设备的设计说明与选型。 3.2设计依据 气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。设计所依据的规范如下： 《F1型浮阀》JBT1118 《钢制压力容器》GB 150-1998 《钢制塔式容器》JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.3 塔简述 3.3.1填料塔简述 (1)填料塔
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。 (2)规整填料 塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。 在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK 等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING 同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％ -35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。 (3)板波纹填料 板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液
目录 设计任务书 3 设计说明书4 1 概述 4 2 设计方案确定 5 3 设计计算 (5) 精馏塔的物料衡算 5 3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 5 3.1.2塔顶产品产量、釜残液量及进料流量计算6 塔板数的确定6 N的求取6 3.2.1、理论板层数 T 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算9 3.3.1操作压力计算9 3.3.2操作温度计算10 3.3.3平均摩尔质量计算10 3.3.4平均密度计算11 3.3.5体积流率计算12 3.3.6液体平均表面张力的计算12 3.3.7液体平均粘度计算13 精馏塔的塔体工艺尺寸计算13 3.4.1塔径的计算13 3.4.2塔高的计算15 塔板主要工艺尺寸计算15 3.5.1精馏段计算16 3.5.2提馏段计算17 筛板的流体力学验算19 3.6.1精馏段流体力学验算19 3.6.2提馏段流体力学验算21
塔板负荷性能图23 3.7.1精馏段负荷性能图23 4附属设备的选型26 5所设计筛板的主要结果汇总29 6设计评述30 7参考文献 31
设计任务书 一、设计题目 甲醇—水连续精馏筛板塔的设计 二、设计任务 （1）原料液中甲醇含量：质量分率=30%（质量），其余为水。 （2）塔顶产品中甲醇含量不得低于97%（质量）。 （3）残液中甲醇含量不得高于%（质量）。 （4）生产能力：56200t/y 甲醇产品，年开工320天。 三、操作条件 （1）精馏塔顶压强：KPa （表压） （2）进料热状态：泡点进料 （3）回流比：R =min R （4）单板压降压：≯ （5）冷凝器冷却剂：水，冷却剂温度：1t =25 C ?；2t =40 C ? （6）再沸器加热剂：饱和水蒸气，加热剂温度：P =3at （表压）热损失：1Q =5%B Q 四、要求 （1）对精馏过程进行描述 （2）对精馏过程进行物料衡算和热量衡算 （3）对精馏塔进行设计计算 （4）对精馏塔的附属设备进行选型 （5）画一张精馏塔的装配图 （6）编制设计说明书 五、设计说明书的要求 （1）目录（2）设计题目及原始数据（任务书）（3）简述精馏过程的生产流程及特点（4）精馏过程有关计算（物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径、塔板设计、接管设计等）（5）附属设备的选型（裙座、再沸器、冷凝器等）；（6）设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）（7）设计评述（8）参考文献。
精馏塔设计 目录 § 1 设计任务书 (1) § 1.1 设计条件 (1) § 2 概述 (1) § 2.1 塔型选择 (1) § 2.2 精馏塔操作条件的选择 (3) § 2.3 再沸器选择 (4) § 2.4 工艺流程 (4) § 2.5 处理能力及产品质量 (4) § 3 工艺设计 (5) § 3.1 系统物料衡算热量衡算 (5) § 3.2 单元设备计算 (9) § 4 管路设计及泵的选择 (28) § 4.1 进料管线管径 (28) § 4.2 原料泵P－101的选择 (31) § 5 辅助设备的设计和选型 (32)
§ 5.1 贮罐………………………………………………………………………………… 32 § 5.2 换热设备…………………………………………………………………………… 34 § 6 控制方案…………………………………………………………………………………… 34 附录1~………………………………………………………………………………………… 35 参考文献………………………………………………………………………………………… 37 后 记 (38) §1 设计任务书 §1.1 设计条件 工艺条件：饱和液体进料，进料量丙烯含量x f =65%（摩尔百分数） 塔顶丙烯含量D x =98%，釜液丙烯含量w x ≤2%，总板效率为0.6。 操作条件：建议塔顶压力1.62MPa （表压） 安装地点：大连 §2 概述 蒸馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛的应用。其中，简单蒸馏与平衡蒸馏只能将混合物进行初步的分离。为了获得较高纯度的产品，应
目录 设计任务书 一、概述 1、精馏操作对塔设备的要求和类型 (4) 2、精馏塔的设计步骤 (5) 二、精馏塔工艺设计计算 1、设计方案的确定 (6) 2、精馏塔物料衡算 (6) 3、塔板数的确定 (7) 的求取 (7) 3.1理论板层数N T 3.2实际板层数的求取 (8) 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4.1操作温度的计算 (11) 4.2平均摩尔质量的计算 (11) 4.3平均密度的计算 (12) 4.4液相平均表面张力计算 (12) 4.5液体平均粘度计算 (13) 5、精馏塔塔体工艺尺寸计算 5.1塔径的计算 (14) 5.2精馏塔有效高度的计算 (15) 6、塔板主要工艺尺寸计算 6.1溢流装置计算 (16) 6.2塔板的布置 (17) 6.3浮阀计算及排列 (17) 7、浮阀塔流体力学性能验算 (19) 8、塔附件设计 (26) 7、精馏塔结构设计 (30)
7.1设计条件 (30) 7.2壳体厚度计算………………………………………………… 7.3风载荷与风弯矩计算………………………………………… 7.4地震弯矩的计算………………………………………………… 三、总结 (27) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 甲醇-水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件: 年产量: 95%的甲醇17000吨 料液组成(质量分数): (25%甲醇，75%水) 塔顶产品组成(质量分数): (95%甲醇，5%水) 塔底釜残液甲醇含量为6% 每年实际生产时间: 300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 塔顶压力4kPa(表压) 塔板类型：浮阀塔 进料状况：泡点进料 单板压降：kPa 7.0 厂址：安徽省合肥市 塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.5Mpa 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 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主
设计条件如下： 操作压力：105.325 Kpa（绝对压力） 进料热状况：泡点进料 回流比：自定 单板压降：≤0.7 Kpa 塔底加热蒸气压力：0.5M Kpa（表压） 全塔效率：E T=47% 建厂地址：武汉 [ 设计计算] （一）设计方案的确定 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回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。 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。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量：M A=32 Kg/Kmol 水的摩尔质量：M B=18 Kg/Kmol x F=32.4% x D=99.47% x W=0.28% 2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/Kmol M D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol M W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol 3、物料衡算 3 原料处理量：F=（3.61*10 3）/22.54=160.21 Kmol/h 总物料衡算：160.21=D+W 甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28% 得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h （三）塔板数的确定 1、理论板层数M T 的求取 甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数 ①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y 图（附表） ②求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e（0.324 ，0.324）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交战坐标为（x q=0.324,y q=0.675） 故最小回流比为R min= （x D- y q）/（ y q - x q）=0.91 取最小回流比为：R=2R min=2*0.91=1.82 ③求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=（R+1）D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h
前言 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。 板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（2 0%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。 【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件
合肥学院 Hefei University 化工原理课程设计 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（2）班学号: 09020620 姓名: 指导教师: 胡庆国 2011年10月15 日
目录 设计任务书 一、概述 1、精馏操作对塔设备的要求和类型 (4) 2、精馏塔的设计步骤 (5) 二、精馏塔工艺设计计算 1、设计方案的确定 (6) 2、精馏塔物料衡算 (6) 3、塔板数的确定 (7) 理论板层数N T的求取 (7) 实际板层数的求取 (8) 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 操作温度的计算 (11) 平均摩尔质量的计算 (11) 平均密度的计算 (12) 液相平均表面张力计算 (12) 液体平均粘度计算 (13) 5、精馏塔塔体工艺尺寸计算 塔径的计算 (14) 精馏塔有效高度的计算 (15) 6、塔板主要工艺尺寸计算 溢流装置计算 (16) 塔板的布置 (17) 浮阀计算及排列 (17) 7、浮阀塔流体力学性能验算 (19) 8、塔附件设计 (26) 三、总结 (27)
化工原理课程设计任务书 一、设计题目:甲醇-水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件: 处理量: t/a (15 000) 料液组成(质量分数): (30%) 塔顶产品组成(质量分数): (98%,) 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：泡点进料 塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为 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
1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏(即三塔加回收塔) (1) 单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇,由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少,而且二甲醚的含量几十倍地降低,因此在取消化学净化的同时,可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行,即单塔流程,就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离,很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程(见图1.1)为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入,轻组分由塔顶排出,高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出,水从塔底排出,产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔,甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100万吨/年以下,仅仅能提供简单的过程,所以设备和投资较低。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的
大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部之间进行。这种形式节省大约30%~40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置，加压塔塔底的甲醇、高沸组分、
化工原理课程设计题目甲醇-水连续精馏塔的设计 姓名胡士彭 学号200907120237 年级2009级 专业化学工程与工艺 系（院）化学化工学院 指导教师杨兰 2012年5月
（一）设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计 （二）设计任务及操作条件 1) 进料：甲醇含量为42 %（质量百分率，下同）的常温液体； 2) 产品的甲醇含量为90%； 3) 残液中甲醇含量为1%； 4) 年处理甲醇-水混合液：30000吨（开工率300 天/年）； 5) 操作条件 a) 塔顶压力：常压b) 进料热状态：泡点进料 c) 回流比：R=2.7Rmin d) 加热方式：间接蒸汽e) 单板压降：≤0.7kPa （三）板类型 筛板塔 （四）厂址 临沂地区 （五）设计内容 1) 精馏塔的物料衡算； 2) 塔板数的确定； 3) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5) 塔板主要工艺尺寸的计算； 6) 塔板的流体力学验算； 7) 塔板负荷性能图； 8) 精馏塔接管尺寸计算； 9) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。
本设计主要符号说明： 英文字母 A a---- 塔板的开孔区面积，m2 △P P----气体通过每层筛板的压降A f---- 降液管的截面积, m2 t----筛孔的中心距 A o---- 筛孔区面积, m2u’o----液体通过降液管底隙的速度A T----塔的截面积m2 W c----边缘无效区宽度 C----负荷因子无因次W d----弓形降液管的宽度 C20----表面张力为20mN/m的负荷因子W s----破沫区宽度 d o----筛孔直径Z----板式塔的有效高度 D----塔径m 希腊字母 e v----液沫夹带量kg液/kg气θ----液体在降液管内停留时间 E T----总板效率μ----粘度 R----回流比ρ----密度 Rmin----最小回流比σ----表面张力 M----平均摩尔质量kg/kmol φ----液体密度校正系数、开孔率t m----平均温度℃下标 g----重力加速度9.81m/s2 max----最大的 F o----筛孔气相动能因子kg1/2/(s.m1/2) min----最小的 hl----进口堰与降液管间的水平距离m L----精馏段液相的 h c----与干板压降相当的液柱高度m V----精馏段气相的、 h d----与液体流过降液管的压降相当的液注高度m L'----提馏段液相的 h f----塔板上鼓层高度m V'----提馏段气相的 h L----板上清液层高度m h1----与板上液层阻力相当的液注高度m ho----降液管的义底隙高度m h ow----堰上液层高度m h W----出口堰高度m h’W----进口堰高度m hσ----与克服表面张力的压降相当的液注高度m H----板式塔高度m H d----降液管内清液层高度m H D----塔顶空间高度m H F----进料板处塔板间距m H T----塔板间距m K----稳定系数 l W----堰长m q v,L,h----液体体积流量m3/h q v,v,h----气体体积流量m3/h
一、甲醇－水板式精馏塔设计条件 （1）生产能力：3万吨/年，年开工300天 （2）进料组成：甲醇含量65%（质量分数） （3）采用间接蒸汽加热并且加热蒸汽压力：0.3MPa （4）进料温度：采用泡点进料 （5）塔顶馏出液甲醇含量99%（质量分数） （6）塔底轻组分的浓度≤1%（本设计取0.01） （7）塔顶压强常压 （8）单板压降≤0.7Kpa （9）冷却水进口温度25℃ (10)填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 二、设计的方案介绍 1、工业流程概述 工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异，其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先，总是以蒸馏的方法在蒸馏塔的顶部，脱出较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质和甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或侧脱除水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。其次，根据精甲醇对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助办法。 常规甲醇精制流程可以分为两大部分，第一部分是预精馏部分，另一部分是主精馏部分。预精馏部分除了对粗甲醇进行萃取精馏脱出某些烷烃的作用之外，另外的还可以脱出二甲醚，和其它轻组分有机杂质。其底部的出料被加到主塔的中间入料板上，主塔顶部出粗甲醇，底部出废液，下部侧线出杂醇。 2、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 3、精馏塔加热与冷却介质的确定 在实际加热中，由于饱和水蒸气冷凝的时候传热的膜系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确控制加热温度。水蒸气容易获取，环保清洁不产生环境污染，并且不容易使管道腐蚀，成本降低。因此，本设计是以133.3℃总压是300 kpa的饱和水蒸汽作为加热介质。 冷却介质一般有水和空气。在选择冷却介质的过程中，要因地制宜充分考虑。以茂名市地处亚热带为例，夏天室外平均气温28℃。因此，计算选用28℃的冷却水，选择升温10℃，即冷却水的出口温度为38℃。 4、塔顶的回流方式 对于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安装在比精熘塔略高的地方，液体依靠自身的重力回流。但是必须保证冷凝器内有一定持液量，或加入液封装置防止塔顶汽相逃逸至
摘要 甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 C-H4-O。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、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。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。 目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化,总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料—甲醇的价格还会稳步提高。国又有一批甲醇项目在筹建。这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法是至关重要的。 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。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，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。 关键字：精馏泡点进料物料衡算
目录 1精馏塔的物料衡算 (2) 1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2) 1.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (2) 1.3物料衡算 (3) 2塔板数确定......................................... N的求取 (3) 2.1理论板层数 T 2.1.1求最小回流比及操作回流比 (3) 2.1.2求精馏塔的气、液相负荷............. 错误!未定义书签。 2.1.3求操作线方程 (4) 2.2实际板层数的求取........................ 错误!未定义书签。 3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 3.1操作压力 (5) 3.2操作温度 (5) 3.3平均摩尔质量计算 (5) 3.4平均密度计算 (6) 3.5液体平均表面力的计算 (8) 3.6液体平均粘度............................ 错误!未定义书签。4精馏塔的塔体工艺尺寸计算. (9) 4.1塔径的计算.............................. 错误!未定义书签。 4.1.1精馏段塔径计算...................................... 4.1.2 提馏段踏进计算..................................... 4.2精馏塔有效高度的计算 (12) 5 塔板主要工艺尺寸的计算 (13) 精馏段 5.1溢流装置计算............................ 错误!未定义书签。 l............................. 错误!未定义书签。 5.1.1堰长 W h (1) 5.1.2溢流堰高度 W
符号说明：英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 A f---- 降液管的截面积, m2 A T----塔的截面积 m C----负荷因子无因次 C20----表面力为20mN/m的负荷因子 d o----阀孔直径 D----塔径 e v----液沫夹带量 kg液/kg气 E T----总板效率 R----回流比 R min----最小回流比 M----平均摩尔质量 kg/kmol t m----平均温度℃ g----重力加速度 9.81m/s2 F----阀孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) h l----进口堰与降液管间的水平距离 m h c----与干板压降相当的液柱高度 m h f----塔板上鼓层高度 m h L----板上清液层高度 m h1----与板上液层阻力相当的液注高度 m ho----降液管底隙高度 m h ow----堰上液层高度 m h W----溢流堰高度 m h P----与克服表面力的压降相当的液注高度m H-----浮阀塔高度 m H B----塔底空间高度 m H d----降液管清液层高度 m H D----塔顶空间高度 m H F----进料板处塔板间距 m H T·----人孔处塔板间距 m H T----塔板间距 m l W----堰长 m Ls----液体体积流量 m3/s N----阀孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa △Pp---气体通过每层筛的压降 KPa N T----理论板层数 u----空塔气速 m/s V s----气体体积流量 m3/s W c----边缘无效区宽度 m W d----弓形降液管宽度 m W s ----破沫区宽度 m 希腊字母 θ----液体在降液管停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m3 σ----表面力N/m φ----开孔率无因次 X`----质量分率无因次 下标 Max---- 最大的 Min ---- 最小的 L---- 液相的 V---- 气相的 m----精馏段 n-----提馏段 D----塔顶 F-----进料板 W----塔釜
化工原理课程设计 一、设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计 二、设计条件 1、常压操作：p=1atm 2、进精馏塔的料液含甲醇61%（质量），其余为水 3、产品的甲醇含量不得低于99%（质量） 4、残液中甲醇含量不得高于3%（质量） 5、生产能力为日处理（24h）66.5吨粗甲醇 三、设计内容 3.1：设计方案的确定及流程说明 3.1.1：选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要有板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。 筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。本次设计为分离甲醇与水，所以由各方面条件考虑后，本次设计应用筛板塔。 3.1.2：精馏方式 由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式 3.1.3：装置流程的确定
为获取也液相产品，采用全凝器。 含甲醇61%（质量分数）的甲醇-水混合液经过预热器，预热到泡点进料。进入精馏塔后分离，塔顶蒸汽冷凝后有一部分作为产品经产品冷却器冷却后流入甲醇贮存罐，一部分回流再进入塔中，塔底残留液给再沸器加热后，部分进入塔中，部分液体作为产品经釜液冷却器冷却后流入釜液贮存罐。 3.1.4：操作压强的选择 常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。 3.1.5：进料热状态的选择 泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料，提馏段和精馏段塔径大致相同，在设备制造上比较方便。冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。所以根据设计要求，可采用泡点进料，q＝1。 3.1.6：加热方式 本次采用间接加热，设置再沸器 3.1.7：回流比的选择 选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用最低，一般经验值为：R=(1.2~2)Rmin 经后面简捷法计算对应理论板数N时，可知，R=2Rmin时，理论板数最少，所以回流比选择为最小回流比的2倍。
《化工设备设计基础》课程设计 题目：甲醇精馏塔的设计 年级：2011级 专业：化学工程与工艺 学号：0116 姓名：高鑫政 指导老师：徐琼 湖南师范大学树达学院 2014 年6 月4 日《化工设备机械基础》课程设计成绩评定栏 设计任务：甲醇精馏塔的设计 完成人：高鑫政学号：0116 评定基元评审要素评审内涵满分评分 设计说明书， 40% 格式规范 设计说明书是否符合 规定的格式要求 10 内容完整 设计说明书是否包含 所有规定的内容 10 设计方案 选材是否合理标准件 选型是否符合要求 10 工艺计算 过程 工艺计算过程是否正 确、完整和规范 10 设计图纸， 30% 图纸规范 图纸是否符合规范、标 注清晰 10 与设计吻合 图纸是否与设计计算 的结果完全一致 15
图纸质量设计图纸的整体质量 的全面评价 5 答辩成绩， 30% PPT质量 PPT画面清晰，重点突 出 10 内容表述答辩表述是否清楚10 回答问题回答问题是否正确10 100 评阅人签名：总分： 评分说明：储罐设计作品的总分=（设计说明书成绩+设计图纸成绩）*0.9+答辩成绩 塔设备设计作品的总分=设计说明书成绩+设计图纸成绩+答辩成绩 设计任务书(十六) 题目：甲醇精馏塔的设计 设计内容： 根据给定的工艺参数设计一筛板塔，具体包括塔体、裙座材料的选择；塔体及封头的壁厚计算及其强度、稳定性校核、筒体和裙座的水压试验应力校核、裙座结构设计及强度校核；塔设备的结构设计；基础环、地脚螺栓计算等 已知工艺参数： 塔体内径/mm 2000 塔高/mm 31000 计算压力/MPa 1.2 设计温度/o C 200 设置地区长沙地震设防烈度8 场地土类Ⅱ类设计地震 分组第二组设计基本地震 加速度 0.2g 地面粗糙度B类塔盘数52 塔盘存留介质100