甲醇—水连续精馏筛板塔的设计

课程设计说明书武汉工程大学化工与制药学院课程设计说明书课题名称 ___________________________________专业班级 ___________________________________ 学生学号学生姓名 _________________________________________ 学生成绩指导教师 _________________________________________ 课题工作时间武汉工程大学化工与制药学院化工与制药学院课程设计任务书1%专业 ____________________ 班级 ________________ 学生姓名_ 发题时间： 2015 _______ 年 12 月1_ ___________ 日 一、 课题名称甲醇-水溶液连续板式精馏塔设计二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）（一） 设计任务（1） 处理能力： T/Y ，年开工7200小时。

（2）原料甲醇-水溶液：（甲醇的质量分数）。

3 产品要求：塔顶产品甲醇含量 （质量分数）不低于 ___________ ，釜液中甲醇含量不高于（二） 操作条件： （1 ）操作压力：塔顶压强为 （2）单板压降：不高于 75mm 液柱（3） ____________________ 进料状况：（4） 回流比：自选（5） 加热方式：间接蒸汽加热 （6）冷却水进口温度：30 C试设计一板式精馏塔，完成该生产任务。

三、 设计任务1确定设计方案，绘制工艺流程图。

2塔的工艺计算。

（1） 精馏塔的物料衡算; （2） 最佳回流比的确定 （3） 塔板数的确定.3塔工艺尺寸的计算（1 ）板间距； （5）塔径；（6 ）塔盘结构设计；4塔板的流体力学核算； 5绘出负荷性能图 6辅助设备的计算与选型确定塔顶冷凝器、塔底再沸器面积，加料泵，回流泵型号。

7附件尺寸确定塔顶空间、塔底空间、人孔、裙座、封头、进出管口等。

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2019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mh1----与板上液层阻力相当的液注高度mho----降液管的义底隙高度mh ow----堰上液层高度mh W----出口堰高度mh’W----进口堰高度mhσ----与克服表面张力的压降相当的液注高度mH----板式塔高度mH d----降液管内清液层高度mH D----塔顶空间高度mH F----进料板处塔板间距mH T----塔板间距mK----稳定系数l W----堰长mq v,L,h----液体体积流量m3/hq v,v,h----气体体积流量m3/h目录一、设计方案的确定 (5)二、精馏塔的物料衡算 (5)三、塔板数的确定 (5)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算错误!未定义书签。

基于AspenPlus的甲醇与水筛板板精馏塔设计书第一章流程确定和说明1.1塔板类型1）精馏塔的塔板类型有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。

筛板塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点；2）本设计采用筛板精馏塔；3）加料方式本精馏塔加料选择泵接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。

1.2进料状况本精馏塔选择泡点进料，常温原料经换热后进料。

1.3塔顶冷凝方式甲醇与水不反应，且容易冷凝，故本精馏塔塔顶选择全凝器，可用水冷凝。

1.4塔釜加热方式塔釜使用200℃的饱和蒸汽间接加热。

1.5回流比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1.2〜2倍，本设计规定回流比取最小回流比的1.5倍。

1.6回流方式本设计处理量大，所需塔板数多，塔较高，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。

1.7操作压力甲醇-水在常压下相对挥发度较大，因此在常压下也比较容易分离，故本设计采用常压精馏。

1.8工艺流程确定如图1是甲醇-水工艺流程草图：图1.甲醇-水分离工艺流程第二章 塔板工艺设计2.1精馏塔全塔物料衡算2.1.1设计要求及条件表1.设计要求及条件处理量（万吨/年）X D （质量分数，％） X F （质量分数，％）XW （质量分数，％）R/Rmin4.598.5450.31.52.1.2原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率已知：甲醇的摩尔质量M A =32.04Kg /Kmol , 水的摩尔质量M B =18.02Kg /Kmol 。

原料液组成可（摩尔分数，下同）0.45/32.04 0.45/32.04 + 0.55/18.02塔顶组成0.985/32.040.985/32.04 + 0.015/18.02塔底组成0.003/32.040.003/32.04 + 0.997/18.022.1.3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M = 0.3151 x 32.04 + (1-0.315D x 18.02 = 22.44kg/km )l F M = 0.9736 x 32.04 + (1 - 0.9736) x 18.02 = 31.67kg/kmDl D M = 0.0017 x 32.04 + (1 -0.0017)x 18.02 = 18.04kg/kmol W2.1.4 全塔物料衡算一年以300天，一天以24小时计，计算可得进料流率：4.5x 104 x 103 x l n.45/32.04 + (1 -0.45)/18.021 f 一 1Z1F = 4.5万吨/年=-- ----- ----- 二 278.54km )l/h=0.3151二 0.9736= 0.001689300x24全塔物料衡算式：Fx = Dx + Wx联立代入求解：D=89.82kmol/h, W=188.72kmol/h2.1.5 塔顶回收率2.2利用Aspen Plus 模拟进行塔工艺计算过程2.2.1 常压下甲醇-水气液平衡组成与温度关系2.2.2 甲醇-水精馏塔的简捷计算DSTWU 简捷塔模块的任务是从反应混合物中从塔顶分离甲醇。

课程设计题目名称：甲醇-水精馏塔工艺设计2学年2学期2011年7月2日专业设计题目起止时间设计目的：1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。

2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。

设计任务或主要技术指标：设计一个生产能力：年产四万吨甲醇产品，原料中甲醇含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲醇含量不低于95%；塔底甲醇含量不高于1%；常压下操作，塔顶采用全凝器，进料状态q=1，直接蒸汽加热，单板压降不大于0.7kPa；塔顶压强4kPa的筛板式精馏塔。

设计进度与要求：1拟订题目和课程设计指导书（包括课程设计目的、内容、要求、进度、成绩评定等），制定具体考核形式（一般应采用平常情况和答辩相结合方式）并于课程设计开始时向学生公布。

2完整的课程设计应由设计草稿书和任务书组成。

草稿书不上交系里，是备指导老师检查之用，以督促学生按时完成设计及防止学生间抄袭。

任务书应上交按照指定格式编排好的电子版及打印版。

7月8日前上交系里。

主要参考书及参考资料：1.陈敏恒等。

化工原理，上、下册，第三版.北京：化学工业出版社，20062.《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第一版，第一篇，第13篇.北京：化学工业出版社，19793.陈英南。

常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，20054.卢焕章。

石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，19825.祁存谦等。

化工原理，上、下册，第二版.北京：化学工业出版社，20096.张立新等。

传质与分离技术.北京：化学工业出版社，2009摘要精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热，然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。

关键词:精馏筛板塔、相平衡方程、操作线方程、回流比、图解法目录1.综述--------------------------------------------- 错误！未定义书签。

一、概述精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。

化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。

为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。

可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作二、设计方案的确定及流程说明2.1装置流程的确定精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。

热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。

在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程时应考虑余热的利用，注意节能。

甲醇—水混合液（原料）经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。

在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。

操作时，连续的从再沸器取出部分液体气化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。

塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。

塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。

塔底产品经冷却后送入贮槽。

2.2流程图如右图所示：2.3操作条件操作压力：精馏操作可在常压、减压和加压下进行。

塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。

根据所处理的物料性质，本设计中已制定为塔顶压力为101.3kPa。

进料热状态：进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示。

本设计中已制定为饱和液体进料即q=1。

加热方式：蒸馏一般采用间接蒸汽加热，设置再沸器，但也可采用直接蒸汽加热。

但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需在提留段增加塔板以达到生产要求。

甲醇-水溶液连续板式精馏塔设计《化工原理课程设计》报告15000吨/年甲醇-水溶液连续板式精馏塔设计学号：0820020063专业生物工程班级08（2）设计者姓名设计单位生命科学学院指导老师完成日期2010-12-26一、前言甲醇用途广泛，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、硫酸二甲酯等多种有机产品，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。

在甲醇合成时，因合成条件如压力、温度、合成气组成及催化剂性能等因素的影响，在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应。

所得产品除甲醇外，还有水、醚、醛、酮、酯、烷烃、有机酸、有机胺、高级醇、硫醇、甲基硫醇和羰基铁等几十种有机杂物。

甲醇作为有机化工的基础原料，用它加工的产品种类很多，因此对甲醇的纯度均有一定的要求。

粗甲醇通过精馏，可根据不同要求，制得不同纯度的精甲醇，使各类杂物降至规定指标以下，从而确保精甲醇的质量。

塔设备是是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

它可使气液或液液两相间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。

在化工、石油化工、炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品质量和环境保护等各个方面都有重大影响。

塔设备的设计和研究受到化工炼油等行业的极大重视。

在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。

目录一．概述 (4)1. 对塔设备的要求 ...............................................................................2. 板式塔类型................................................................................................................... 2.1 板式塔类型................................................................................................................. 2. 2板式塔类型................................................................................................................. 2. 3板式塔类型................................................................................................................. 二．流程的确定及说明....................................................................................................1. 塔型选择.......................................................................................................................2.操作条件的确定........................................................................................................... 3．操作流程...................................................................................................................... 三．塔的工艺计算............................................................................................................1.查阅文献，整理有关物性数据 .....................................................................................2.全塔的物料衡算.............................................................................................................3. 塔理论板数的确定.......................................................................................................四、塔的工艺条件及有关物性数据计算 ........................................................................1. 操作压强.......................................................................................................................2. 操作温度.......................................................................................................................3. 平均分子量...................................................................................................................4. 平均密度.......................................................................................................................5. 液体表面张力...............................................................................................................3. 塔理论板数的确定.......................................................................................................五、精馏塔的气液相负荷 ................................................................................................六、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ....................................................................................1.塔径的计算.....................................................................................................................2. 溢流装置.......................................................................................................................3. 塔板布置.......................................................................................................................4. 筛孔数与开孔率...........................................................................................................5.塔的精馏段有效高度 .....................................................................................................七、筛板流体力学验算....................................................................................................1. 气体通过筛板压降相当的液柱高度 ...........................................................................2. 雾沫夹带量的验算.......................................................................................................3. 漏液的验算...................................................................................................................4. 液泛验算.......................................................................................................................八、塔板负荷性能图........................................................................................................九、板式塔的结构与附属设备设计 ................................................................................1.塔体结构.........................................................................................................................2.塔板结构.........................................................................................................................十、辅助设备设计或选型 ..............................................................................................1.冷凝器.............................................................................................................................2.再沸器.............................................................................................................................3.接管管径的计算和选择 ................................................................................................. 十一、设计结果一览表....................................................................................................一、概述1．对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

设计任务书设计题目设计题目：甲醇—水分离过程板式精馏塔的设计设计要求：年产纯度为99.5%的甲醇12000吨，塔底馏出液中含甲醇不得高于0.1%，原料液中含甲醇40%，水60% 。

操作条件1) 操作压力自选2) 进料热状态自选3) 回流比自选4) 塔底加热蒸气压力0.3Mpa（表压）塔板类型筛孔塔工作日每年工作日为330天，每天24小时连续运行。

1初选设计方案(参考王国胜P72)1.1初选原则工艺流程本任务，处理量比较大，采用连续精馏过程。

甲醇-水溶液经卧式套管式换热器预热后，送入连续板式精馏塔。

塔顶上升蒸气采用列管式全凝器冷凝后，流入回流罐，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。

流程图见下图。

1.2初选操作条件1.2.1加料方式的选择加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。

采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。

故本设计采用泵直接加料。

1.2.2进料热状况的选择进料热状态有五种。

原则上，在供热一定的情况下，热量应尽可能由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷液进料。

但为使塔的操作稳定，免受季节气温变化和前道工序波动的影响，常采用泡点进料，塔的操作比较容易控制；而且，塔内精馏段和提留段上升的气体量变化较小，可采用相同的塔径，便于设计和制造。

但将原料预热到泡点，就需要增设一个预热器，使设备费用增加。

有时为了减少再沸器的热负荷，可在料液预热时加入更多的热量，甚至采用饱和蒸汽进料。

综合考虑各方面因素，本设计决定采用泡点进料，即q=1 。

1.2.3塔釜加热方式的选择塔釜可采用间接蒸汽加热或直接蒸汽加热。

直接蒸汽加热的优点是，可利用压强较低的加热蒸汽，并省掉间接加热设备，以节省操作费用和设备费用。

但直接蒸汽加热，只适用于釜中残液是水或与水不互溶而易于分离的物料，所以通常情况下，多采用间接蒸汽加热。

《化工原理课程设计》说明书设计题目：分离甲醇—水混合液的连续筛板精馏塔设计学院：化工与药学院专业：化学工程与工艺年级班别：09级化工工艺2班学号：学生姓名：时间：2011 年12月31日前言化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。

精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。

为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。

本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。

此设计苯-甲苯物系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，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。

塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。

在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。

精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。

即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。

因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。

精馏设计包括设计方案的选取，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，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。

通过对精馏塔的运算，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，换热器和泵及各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

关键词：甲醇水精馏段提馏段目录一、甲醇－水连续精馏塔设计条件 (1)二、设计方案的确定 (4)三、精馏塔的物料衡算 (5)四、塔板数的确定 (5)⑴理论塔板层数N t的求取 (5)⑵塔板效率和实际塔板数: (7)五、物性数据的计算 (7)⑴平均摩尔质量计算 (7)⑵操作温度计算 (8)⑶平均密度计算 (9)六、平均黏度的计算 (10)七、表面张力 (12)八、塔和塔板工艺尺寸计算 (13)九、塔板主要工艺尺寸的计算 (16)⑴溢流装置 (16)⑵塔板布置 (18)十、筛板的流体力学验算 (20)⑴塔板压降 (20)⑵液面落差 (22)⑶液沫夹带 (23)⑷漏液 (23)十一、塔板负荷性能图 (25)十三、辅助设备的计算及选型 (34)⑴原料贮罐 (34)⑵产品贮罐 (34)⑶塔顶全凝器 (36)⑷塔底再沸器 (37)⑸精馏塔 (38)⑹管径的设计 (38)⑺泵的计算及选型 (40)十三、设计评述 (41)十四、参考文献 (42)十五、设计附图 (42)一、甲醇－水连续精馏塔设计条件（1）生产能力：25000吨/年，年开工300天（2）进料组成：甲醇含量45%（质量分数）（3）采用间接蒸汽加热并且加热蒸汽压力：5 kgf/cm2（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）塔釜轻组分的浓度≤2%（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℃二、设计方案的确定本设计任务为甲醇-水的精馏。

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，将原料液通过预加热器至泡点后送入精馏塔内。

塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。

该物系属易分离系，最小回流比，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>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 甲醇=32.04kg/ kmol 水的摩尔质量 M 水=18.02kg/kmolX F =0.432.04=0.2730.40.6+32.0418.02X D =0.999732.04=0.99470.99970.0003+32.0418.02X W =0.00532.04=0.0028180.0050.995+32.0418.022、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量M F =0.273×32.04+（1—0.273）×18.02=21.85kg/kmol M D =0.9947×32.04+(1—0.9947）×18.02=31.96kg/kmol M W =0.002818×32.04+(1—0.002818)×18.02=18.06kg/kmol 3、物料衡算 原料处理量：F=210000000=115.573302421.85⨯⨯⨯kmol/h总物料衡算：F=D+W 115.57=D+W甲醇物料衡算：FX F =DX D +WX W 115.57×0.273=D×0.9947+W×0.002818 联立解得 D=31.48kmol/h w=84.09kmol/h <三>塔板数的确定 1、理论板数的求取 ①由 y=1+(-1)xxαα及甲醇—水在不同温度下的汽—液平衡组成温度 液相 气相 a 温度 液相 气相 a 92.9 0.0531 0.2834 7.05 81.6 0.2083 0.6273 6.4 90.3 0.0767 0.4001 8.03 80.2 0.2319 0.6485 6.11 88.9 0.0926 0.4353 7.55 78 0.2818 0.6775 5.35 86.6 0.1257 0.4831 6.5 77.8 0.2909 0.6801 5.18 85 0.1315 0.5455 7.93 76.7 0.3333 0.6918 4.49 83.2 0.1674 0.5586 6.29 76.2 0.3513 0.7347 5.11 82.3 0.1818 0.5775 6.15 73.8 0.462 0.7756 4.02 72.7 0.5292 0.7971 3.49 68 0.7701 0.8962 2.57 71.3 0.5937 0.8183 3.08 66.9 0.8741 0.9194 1.6470 0.6849 0.8492 2.59am=1919......3.2.1a a a a =4.83 得到相平衡方程 y=4.83=1+(-1)x 1+3.83x xxαα因为泡点进料，所以q=1 且Xq=XF=0.273 且q 点过相平衡线 则y q=4.83=0.6451+3.83qqx x =0.645Rmin=D q q qx y y x --=0.94取操作回流比 min 2.0 1.88R R ==2、求精馏塔的气液相负荷==RD L 1.88×31.48=59.18kmol/h V=(R+1)D =2.88×31.48=90.66kmol/h =L+F=59.18+115.57=174.75kmol/h=V=90.66kmol/h 3、求操作线方程精馏段操作线方程 1n y +=1RR ++1D x R +=0.6528Xn+0.3454提馏段操作线方程 1W n n Wx Ly x V V+=-=1.927Xn-2.614×10-35、逐板计算法求理论板数因为塔顶为全凝器 10.9947D y X == 通过相平衡方程求 X 1=11=0.97494.83-3.83y y再通过精馏段操作线方程 y 2=0.6528X 1+0.3454=0.9818 ，如此反复得当X 6<Xq后，改用相平衡方程与提馏段操作方程yn+1=1.927Xn-12.614×10-3计算.如此反y 12=7.88×10-3x 12=1.64×10-3<0.002818可得到进料板位置 N F=6总理论板数N T =12<包括再沸器> 2、实际板层数的求取精馏段实际板层数：N 精=50.6=8.3≈9 提馏段实际板层数：N 提=60.6≈10（不包括再沸器）<四>精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算 1、 操作压力计算塔顶操作压力 P D =101.3+4=105.3KPa 每层塔板压力降 P=0.7KPa进料板压力 P F =105.3+0.7×9=111.6KPa 塔底压力 Pw=P F +0.7×10=118.6KPa精馏段平均压力 Pm=105.3+111.6=108.452KPa提馏段平均压力 P m ′=111.6+120=115.12KPa2、 操作温度计算（内插法得）根据甲醇-水的气-液平衡组成表，再通过内插法得： 塔顶温度 t D =64.79℃ 进料板温度 t F =78.3℃ 塔釜温度 t w =99.6℃精馏段平均温度 t m =+64.79+78.3==71.5422D F t t ℃ 提馏段平均温度 t m ′=+78.3+99.6==88.9522F W t t ℃3、 平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算由X D =y 1=0.9947 通过相平衡方程求得 X 1=0.9749M VDM =y 1M 甲+（1-y 1）M 水=0.9947×32.04+(1-0.9947) ×18.02=31.97Kg/Kmol M LOM =X 1M 甲+（1-X 1）M 水=0.9749×32.04+(1-0.9749) ×18.02=31.69 Kg/Kmol 进料板平均摩尔质量计算通过逐板计算得进料板y F =0.5603，再通过相平衡方程得X F =0.2087 M VFM = y F M 甲+（1-y F ）M 水=0.5603×32.04+（1-0.5603）×18.02=25.87Kg/Kmol M LFM =X F M 甲+（1-X F ）M 水=0.2087×32.04+（1-0.2087×18.02）=20.95Kg/Kmol塔釜平均摩尔质量的计算由X w =0.002818 查平衡曲线得 y w =0.01346M VWM =y w M 甲+（1-y w ）M 水=0.01346×32.04+（1-0.01346）×18.02=18.21Kg/Kmol M LWM =X W X 甲+（1-X W ）M 水=0.002818×32.04+（1-0.002818）×18.02=18.06Kg/Kmol 精馏段平均摩尔质量M VM =VDM VFM (M +M )31.97+25.87==28.92/22Kg KmolM LM =LDM LFM (M +M )31.69+20.95==26.32/22Kg Kmol提馏段平均摩尔质量M VM ′=VDM VFM (M +M )25.87+18.21==22.04/22Kg KmolM LM ′=LFM LWM (M +M )20.95+18.06==19.50/22Kg Kmol4、平均密度计算⑴气相平均密度计算由理想气体状态方程计算 即 精馏段VM =m vm P M 108.4528.92==1.0948.314(71.54+273.15)m RT ⨯⨯Kg/m提馏段vm ′=m vm P M 115.122.04==0.84278.314(88.95+273.15)m RT ''⨯'⨯ ⑵液相平均密度计算 液相平均密度按下式计算 即i 1a =m i∑ρL ρ塔顶液相平均密度的计算 由t D =64.79℃ 查手册得 甲=747.168Kg/m水=980.613Kg/mLPM =11==747.70.9970.003++746.168980.613甲水D wωωρρKg/m进料板液相平均密度计算 由t F =78.3℃ 查手册得 甲=735.53 Kg/m 水=972.82 Kg/m进料板液相的质量分率F x 0.208732.04===0.3192x +(1-x )M 0.208732.04+0.791318.02F F M aA M ⨯⨯⨯甲甲水LFM =11==881.91-0.31920.6808++735.53972.82甲水A A ααρρKg/m提馏段液相平均密度计算 由t w =99.6℃ 查手册得 甲=716.36Kg/m 水=958.176Kg/mLWM =11==957.061-0.0050.995++716.36958.676甲水w w ωωρρKg/m精馏段液相平均密度为LM =747.7881.91814.822LDM LFM ρ+ρ+==Kg/m 提馏段液相平均密度LM′=881.91+957.06919.4822LFM LWM ρ+ρ==Kg/m 5、液体平均表面张力的计算 液相平均表面张力依下式计算 即LM =X ii塔顶液相平均表面张力的计算 由t D =64.79℃查手册得甲=18.31mN/m水=65.29Mn/mLOM =X D甲+（1-X D ）水=0.9947×18.31+0.0053×65.29=18.56mN/m进料板液相平均表面张力的计算 由t F =78.3℃ 查手册得 甲=17.0647mN/m水=62.889mN/mLFM =X F甲+（1-X F ）水=0.2087×17.0647+0.7913×62.889=53.32mN/m塔釜液相平均表面张力的计算 由tw=99.6℃ 查手册得 甲=14.93mN/m 水=58.9mN/mLWM =X w甲+(1-X w )水=0.002818×14.93+（1-0.2087）×62.889=53.32mN/m精馏段液相平均表面张力为LM =18.5653.3235.9422L LFM OM δ+δ+==mN/m提馏段液相平均表面张力为L M′=53.3258.7856.0522LFM LW M δ+δ+==mN/m 6、液体平均粘度计算 液相平均粘度以下式计算，即LM=X i i塔顶液相平均粘度计算 由t D =64.79℃查手册得甲=0.3289mpa.s水=0.4479mpa.sLDM =X D甲+（1-X D ）水=0.9947g （0.3289）+（1-0.9947）（0.4479）= —0.4825LDM =0.3292mpa.s进料板液相平均粘度计算 由t F =78.3℃查手册得甲=0.28193mpa.s水=0.37084mpa.sLFM =X F甲+（1-X F ）水=0.2087(0.28193)+(1-0.2087)(0.37084)=—0.4557LFM =0.35mpa.s由t w =99.6℃ 查手册得甲=0.226mpa.s 水=0.289mpa.sLWM =X w 甲+(1-X w )水=0.002818lg(0.226)+(1-0.002818)(0.289)=-0.5394LWM =0.2888mpa.s精馏段液相平均黏度为LM =+0.32920.350.339722LDM LFM μμ+==mpa.s 提馏段液相平均黏度为L M′=0.28880.350.319422LFM LW M μ+μ+==mpa.s <五>精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、 塔径的计算精馏段的气液相体积流率为 Vs=90.6628.92==0.665736003600 1.094vm vm VM ⨯⨯ρm/sLs=59.1826.32==0.00053136003600814.8lm lm LM ⨯⨯ρm/s提馏段的气液相体积流率为V s ′=90.6622.04==0.6586360036000.8427vm vm VM '⨯'⨯ρm /sL s ′=174.7519.50==1.02936003600919.48lm lm LM '⨯'⨯ρ×10-3 精馏段 u max =-L VVc ρρρ式中C 由C 20求取，C 20可通过查图（P 129页）筛板塔的泛点关联图的横坐标 0.000531814.8=0.6657 1.094sL sV L V ρρ 取板间距H T =0.35m （通过筛板塔的的泛点关联图）（书P 129 图10-42）得到C 20=0.068 C=C 20（20dL ）0.2=0.068×(35.9420) 0.2=0.07646 最大空塔气速u max =-814.8-1.094=0.0746=2.085/1.094L V V cm s ρρρ 取安全系数为0.8，则空塔气速u=0.8u max =0.8×2.085=1.668m/s 440.6657==0.7133.14 1.668s V m u π⨯⨯ 按标准塔径圆整后 D=0.8m （据书P 129 表10-1）塔截面积为A T = 3.140.8==0.502444D π⨯²²m ² 实际空塔气速 u=0.6657==1.325/0.5024s T V m s Amax 1.325==0.632.085u u 实(安全系数在允许范围内，符合设计要求) 提馏段同理查阅得C201.0291030.6586⨯-=0.05161查表得H T =0.35m C 20′=0.07 C ′=C20′(20L δ')0.2=0.07(56.0520)0.2=0.08602 Umax ′=C同上取安全系数0.8 u ′=0.8Umax ′=0.8×2.84=2.272m/s D ′=圆整取D ′=0.8m 同上A T ′=0.5024㎡ 实际空塔气速u ′=T 0.65861.313A 0.5024s V '==' max 1.313==0.462.84u U ''（符合安全系数范围，设计合理）2、精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精=（N 精-1）H T =（9-1）×0.35=2.8m 提馏段有效高度为Z 提=（N 提-1）H T =（10-1）×0.35=3.15m 在加料板上设一人孔，其高度为0.7m故精馏塔的有效高度为Z=Z 精+Z 提+0.7=2.8+3.15+0.7=6.65m <六>塔板主要工艺尺寸的计算 1、溢流装置计算因塔径D=0.8，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘 ⑴堰长l w 取l w=0.6D=0.48m ⑵溢流堰高度h w 由h w =h L —h ow选用平直堰，堰上液层高度h ow =2.84()/31000hwL E l ² 取E=1.03 h ow =2.840.00053136001.03()/3=7.3510000.48⨯⨯⨯²mmh ow ′=2.840.00102936001.03()/3=11.3110000.48⨯⨯⨯²mm 取板上清液高度为h L =60mm h w =60-7,35=0.05265m h w ′=60-11.31=0.04869m ⑶弓形降液管宽度w d 和截面积A f 由=0.6lw D 查图（P127页 弓形降液管的宽度与面积图）得=0.052f T A A =0.1d w D所以A f =0.052A T =0.052×0.5024=0.02612㎡W d =0.1D=0.1×0.8=0.08m所以依式计算液体在降液管中的停留时间精馏段：=360036000.026120.35==17.2170.0005313600f T h A H s L ⨯⨯⨯> 3~5s （故设计合理） 提馏段：′=360036000.026120.35==8.8840.0010293600f T h A H s L '⨯⨯'⨯ >3~5s(故设计合理)⑷降液管低隙高度h 。

课程设计设计题目分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计学生姓名徐然学号20103281专业班级化学工程与工艺10-2班指导教师姚运金杨则恒2013年7月26日合肥工业大学课程设计任务书目录摘要: (1)关键词: (1)1 引言 (3)2 正文 (6)2.1 物性参数 (6)2.2 最小回流比min R 和操作回流比R (8)2.2.1 物料衡算 (8)2.2.2相对挥发度的确定 (9)2.2.3 Rmin 和R 的确定 (9)2.3 塔板数和塔效率的计算 (11)2.3.1精馏段和提馏段气液流量的确定 (11)2.3.2精馏段及提馏段操作线方程的确定 (11)2.3.3理论板数及全塔效率的确定 (12)2.3.4实际塔板数 N (15)2.4结构设计 (15)2.4.1 塔的工艺条件及物性数据计算 (15)2.4.1.1操作压强m p (15)2.4.1.2温度m t (16)2.4.1.3平均摩尔质量m M (16)2.4.1.4 平均密度m ρ (17)2.4.1.5 液体表面张力m σ (18)2.4.1.6 液体粘度Lm μ (18)2.4.1.7 气液负荷计算 (19)2.4.2 塔和塔板主要工艺尺寸计算 (19)2.4.2.1 塔径 (19)2.4.2.2 溢流装置 (21)2.4.2.3塔板布置 (24)2.4.2.4筛板孔数n 与开孔率ϕ (24)2.4.2.5塔的有效高度Z (25)2.4.2.6 塔实际高度的计算 (25)2.4.3 筛板的流体力学验算 (25)2.4.3.1气体通过筛板压降 (25)2.4.3.2雾沫夹带量e的验算 (27)V2.4.3.3漏液验算 (27)2.4.3.4 泛液验算 (27)2.4.4 塔板负荷性能图 (28)2.4.4.1精馏段 (28)2.4.4.2提馏段 (31)2.4.5 附属设备设计及接管尺寸 (33)2.4.5.1冷凝器的选择 (33)2.4.5.2再沸器的选择 (34)2.4.5.3换热器的选择 (35)2.4.5.4 离心泵的选择 (40)2.4.5.6接管尺寸 (41)2.4.5.7法兰、封头、裙座等 (43)2.5强度设计 (45)2.5.1 质量载荷计算 (45)2.5.2 风载荷 (46)2.5.3 风弯矩 (47)2.5.4 地震载荷的计算 (47)2.5.4.1塔的自震周期 (47)2.5.4.2 地震载荷计算 (48)2.5.5 塔体稳定性校核 (48)2.5.6 裙座的强度及稳定性校核 (49)2.5.6.1 裙座底部0-0截面的强度计稳定性校核 (50)2.5.6.2焊缝强度 (50)2.5.7裙座基础环的设计 (50)2.5.8地脚螺栓的计算 (51)2.6 设计小结 (52)3 课程设计心得 (54)[ 参考文献 ] (55)摘要:现要求设计一筛板式精馏塔，年产量9.5万吨的甲醇-水的分离系统，其中料液的甲醇质量分数70%，设计要求馏出液中甲醇的质量分数不少于99.9%，残液中甲醇质量分数小于0.5%。

化工原理课程设计任务书(一)设计题目甲醇-水筛板精馏塔的设计（4）(二)设计任务及操作条件1、原料液中含甲醇27%（质量分数），其余为水；2、产品中甲醇的含量不得低于89%（质量分数）；3、馏出液中甲醇的回收率96%；4、混合液处理量为5000kg/h。

5、操作条件：①精馏塔顶压强：4kPa（表压）②进料热状态：q=1③R=(1.1-2.0) Rmin④加热状态：低压蒸气⑤单板压降≯0.7kPa(三)设备类型设备类型为筛板塔(四)设计内容1、设计方案的确定及流程说明；2、塔的工艺计算；3、塔和塔板主要工艺尺寸的设计；4、绘制t-x-y相平衡图、塔板负荷性能图、塔板结构示意图、工艺流程图；5、编写设计说明书，包括设计结果汇总、设计评价和致谢等。

设计任务书 (1)第一章总论 (3)第一节概述及设计原则 (3)第二节设计方案简介 (3)第三节进料状态和回流比的选择 (4)第二章精馏塔的工艺设备计算 (5)第一节总体设计计算 (5)第二节塔的工艺条件及物性数据计算 (7)第三节塔和塔板工艺计算 (9)第四节筛板流体力学验算 (9)第五节筛板流体力学验算 (12)第六节塔板负荷性能图 (14)第三章辅助设备选择 (17)第一节冷凝器 (17)第二节再沸器 (17)第四章设计结果 (19)第一节设计结果汇总 (19)第二节主要符号说明及主要参考资料 (20)第三节设计评价及致谢 (22)附录 (23)参考资料 (27)第一章：总论第一节概述及设计原则一．概述气液传质设备种类繁多，但基本上可以分为两大类：逐级接触式和微分接触式。

板式塔便是一种应用极为广泛的逐级接触式气液传质设备。

它大致可分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S形、多降液管塔板等；另一类是无降液管塔板，如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。

筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，上升气流经筛孔分散，鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层(或喷射的液滴群)。

合肥学院Hefei University化工原理课程设计题目: 甲醇—水连续精馏塔的设计系别: 生物与环境工程系专业: 14生工（2）班学号:姓名:指导教师: 于宙老师2016年 12 月 18 日目录一、前言............................................. 错误!未定义书签。

1.1精馏塔对塔设备的要求...................................... - 5 -1.2常用板式塔类型及本设计的选型.............................. - 6 -二、设计任务书要求及流程的确定和说明............................. - 8 -2.1设计名称.................................................. - 8 -2.2设计条件.................................................. - 8 -2.3设计任务.................................................. - 8 -2.4设计思路................................................. - 10 -2.5设计流程................................................. - 10 -三、精馏塔的工艺计算............................................ - 10 -3.1精馏塔的物料衡算......................................... - 10 -R ......................................... - 11 -3.2求最小回流比min3.3理论板数NT的计算以及实际板数的确定...................... - 14 -3.4全塔效率................................................ - 14 -3.5实际塔板数N............................................. - 15 -四、塔的工艺条件及有关物性数据计算.............................. - 15 -4.1操作压强m P............................................... - 15 -4.2操作温度m t............................................... - 16 -M............................................ - 16 -4.3平均分子量mρ.............................................. - 16 -4.4 平均密度mσ.......................................... - 18 -4.5 液体表面张力mμ............................................. - 19 -4.6 液体粘度Lm4.7精馏塔的气液相负荷....................................... - 20 -五、主要工艺尺寸计算......................................... - 20 -5.1塔径..................................................... - 20 -5.2溢流装置的确定........................................... - 22 -5.3塔板布置................................................. - 24 -5.4浮阀数目及排列........................................... - 24 -5.5精馏塔有效高度的计算..................................... - 27 -六、流体力学校核................................................ - 28 -6.1气相通过浮塔板的压力降................................... - 28 -6.2液泛的验算............................................... - 30 -6.3雾沫夹带V e的验算......................................... - 31 -6.4漏液验算................................................. - 33 -七、塔板负荷性能图.............................................. - 33 -7.1以精馏段为例............................................. - 33 -7.2以提馏段为例............................................. - 36 -7.3负荷性能图及操作弹性..................................... - 38 -八、塔附件设计.................................................. - 40 -8.1接管..................................................... - 40 -8.2人孔..................................................... - 42 -8.3视镜..................................................... - 42 -8.4支座..................................................... - 42 -8.5塔盘..................................................... - 43 -8.6除沫器................................................... - 43 -8.7法兰的选取............................................... - 43 -九、主要辅助设备的计算及选型.................................... - 43 -9.1原料液加热器............................................. - 43 -9.2釜液再沸器............................................... - 44 -9.3馏出蒸汽冷凝器........................................... - 45 -9.4产品冷却器............................................... - 46 -十塔体附件工艺尺寸的确定...................................... - 47 -10.1筒体工艺尺寸的确定...................................... - 47 -10.2封头的设计.............................................. - 47 -10.3裙座.................................................... - 48 -十一设计结果.................................................. - 48 -物料衡算结果表10 ............................................ - 48 -精馏塔工艺条件及有关物性数据计算结果......................... - 49 -浮阀塔板工艺设计结果......................................... - 50 -十二、结束语.................................................... - 51 -参考文献........................................................ - 52 -十三、附录...................................................... - 54 -致谢.............................................. 错误!未定义书签。

目录一、概述1．精馏操作对塔设备的要求和类型 (3)2．精馏塔的设计步骤 (3)二、精馏塔的物料衡算 (4)三、塔板数的确定 (5)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算 (6)五、精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (10)六、塔板主要工艺尺寸的计算 (12)七、筛板的流体力学验算 (15)八、塔板负荷性能图 (18)九、筛板塔设计计算结果 (23)十、参考文献 (25)（一）设计题目甲醇-水连续精馏塔的设计（二）计任务及操作条件1) 进料：甲醇含量为35%（质量百分率，下同）的常温液体；2) 产品的甲醇含量不得低于98%；3) 年处理甲醇-水混合液：17500吨（开工率300 天/年）；4) 操作条件a) 塔顶压力：常压b) 进料热状态：自选c) 回流比：R=2Rmin d) 加热方式：间接蒸汽e) 单板压降：≤0.75kPa（三）板类型筛板塔（四）厂址新乡地区（五）设计内容1、设计说明书的内容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。

2、设计图纸要求绘制生产工艺流程图（选作）；完成精馏塔的工艺设计，有关附属设备的设计和选型，绘制精馏塔系统带控制点的工艺流程图及其精馏塔设备的工艺条件图，编写设计说明书。

附：汽液平衡数据一、概述1．精馏操作对塔设备的要求和类型㈠对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：⑴气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。

⑵操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。