甲醇精馏塔设计及相关热量恒算

精品资料化工原理课程设计任务书专业：化学工程与工艺班级：设计人：一、设计题目分离甲醇-水混合液（混合气）的填料精馏塔二、设计数据及条件生产能力：年处理甲醇-水混合液（混合气）： 7 万吨（开工率300天/年）；原料：甲醇含量为 30 %（质量百分率，下同）的常温液体（气体）；分离要求：塔顶甲醇含量不低于（不高于） 95 %；塔底甲醇含量不高于（不低于） 0.3 %。

建厂地址：沈阳三、设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1、前言；2、流程的确定和说明（附流程简图）；3、生产条件的确定和说明；4、精馏（吸收）塔的设计计算；5、附属设备的选型和计算；6、设计结果列表；7、设计结果的讨论与说明；8、注明参考和使用的设计资料；9、结束语。

（二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图）（三）绘制精馏（吸收）塔的工艺条件图四、设计日期： 2016年05月20日至2016年06月12日目录化工原理课程设计任务书 (1)目录 (2)前言 (4)第一章流程确定和说明 (4)1.1加料方式的确定 (5)1.2进料状况的确定 (5)1.3冷凝方式的确定 (5)1.4回流方式的确定 (5)1.5加热方式的确定 (6)1.6加热器的确定 (6)第二章精馏塔设计计算 (6)2.1操作条件与基础数据 (6)2.1.1操作压力 (6)2.1.2气液平衡关系与平衡数据 (7)2.2精馏塔工艺计算 (7)2.2.1物料衡算 (7)2.2.2 热量衡算 (11)2.2.3理论塔板数计算 (14)2.3 精馏塔主要尺寸的设计计算 (15)2.3.1精馏塔设计主要依据和条件 (15)2.3.2塔径设计计算 (22)2.3.3填料层高度的设计计算 (24)第三章附属设备及主要附件的选型计算 (26)3.1 冷凝器 (26)3.2 加热器 (27)3.3 塔内其他构件 (28)3.3.1接管管径的选择 (28)3.3.2除沫器 (30)3.3.3液体分布器 (31)3.3.4液体再分布器 (33)3.3.5填料及支撑板的选择 (33)3.3.6塔釜设计 (33)3.3.7塔的顶部空间高度 (34)3.4精馏塔高度计算 (34)第四章设计结果自我总结和评价 (35)4.1精馏塔主要工艺尺寸与主要设计参数汇总 (35)4.2 自我评价和总结 (35)4.21满足工艺和操作的要求 (36)4.2.2满足经济上的要求 (36)4.2.3保证生产安全 (36)4.3总结 (36)附录 (38)一、符号说明 (38)二、参考文献 (39)前言在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。

甲醇精馏塔的工艺计算.1 物料衡算甲醇摩尔质量 M A =32.04kg/kmol 水的摩尔质量 M B =18.02kg/mol4032.040.27274032.046018.02F x ==+9532.040.91439532.04518.02D x ==+3.532.040.02043.596.518.02W x ==+⑵原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量0.272732.04(10.2727)18.0221.84/F M kg kmol =⨯+-⨯= 0.914332.04(10.9143)18.0230.83/D M kg kmol =⨯+-⨯= 0.020432.04(10.0204)18.0218.31/W M kg kmol =⨯+-⨯=年操作时间为8000h 计算原料量为：9.8710/800021.84560.9/kmol h ⨯⨯= 总物料衡算：F=D+W （2.1）560.9/kmol h =D+WF D W x F x D x W =+ （2.2）560.9⨯0.2727=D ⨯0.9143+W ⨯0.0204 联立解得W=402.5/kmol hD=158.4/kmol h第2.3节 精馏装置的热量衡算2.3.1 冷凝器冷凝器热负荷为：(1)()()C V L V L Q R D I I V I I =+⨯-=- （2.3）由于塔顶流出液几乎为甲醇，可按纯甲醇的摩尔焓计算，若回流在饱和温度下进 入塔内，则, V L I I r -= （2.4） 查X-Y 图，当D X =0.9143时，泡点温度为65℃，查的该温度下汽化潜热为 610/kJ kmol故 r=610⨯32.04=19544.4/kJ kmol所以 C Q = V r （2.5）C Q = V r =441.8 ⨯19544.4=8.63⨯610/kJ h由于冷却水进出冷凝器的温度分别为25℃及35℃，所以冷却水消耗量为：21()CC PCQ W t t C =- （2.6）6218.6310() 4.187(3525)C C PC Q W t t C ⨯===-⨯- 2.06510⨯/kg h2.3.2 再沸器再沸器热负荷为：'''()B V L Q V I I =- （2.7）同样，釜液为甲醇溶液，古其焓可以按甲醇的摩尔焓计算'''V L I I r -=查图，W X =0.0204 时，泡点温度为94.95℃，查的该温度下得汽化潜热为：'r =675⨯32.04=21627/kJ kmol所以，''V r =44.18⨯21627=9.55⨯610/kJ h 查的水的汽化潜热为： 11785/kJ kgBQ Wh r=(2.8) B Q Wh r ==639.55100.811011785⨯=⨯/kJ h 第3章 塔板数的确定第3.1节 最小回流比及操作回流比3.1.1 挥发度计算由于甲醇-水溶液属于理想物系，则甲醇-水溶液的 t-x-y 表得：表3.1 甲醇-水物系的气液平衡相图数据如下：甲醇-水的取t=72.15℃时计算相对挥发度A A Ay pp x ︒=(3.1) 0.802101.3147.70.55A A A y p p x ︒⨯===a kP A A p y p = (3.2)0.802101.381.24A A a p y p kP ==⨯=1A ABAp x p p x ︒︒-=- (3.3) 101.30.5514.7744.58110.55A ABa A p x p p kP x ︒︒--⨯===--(1)B B A P P x ︒=- (3.4)(1)44.58(10.55)20.06B B A P P x ︒=-=⨯-=a kP(1)B A x x =- (3.5)(1)10.550.45B A x x =-=-=A BAB B Ap xa P x =(3.6)81.240.453.31520.060.55A BAB B Ap xa P x ⨯===⨯3.1.2 求最小回流比及操作回流比0.2727q F x x ==1(1)q q qax y a x =-- (3.7)3.3150.27270.55431(1)1(3.3151)0.2727q q qax y a x ⨯===--+-⨯故最小回流比为：min D q q qx y R y x -=- (3.8)min 0.91340.55431.2780.55340.2727D q q qx y R y x --===--min 1.4 1.4 1.278 1.789R R ==⨯=3.1.3 求精馏塔的气液相负荷L=R ⨯D=1.789⨯158.4=283.4/kmol hV=(R+1)⨯D=(1+1.789)⨯158.4=441.8/kmol h'L L Fq =+ =283.4+1⨯560.9=844.3/kmol h'V =V =441.8/kmol h3.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程D L Dy x x V V=+ (3.9) '283.4158.40.91430.6450.3178441.8441.8D L D y x x x x V V ⨯=+=+=+ 提留段操作线方程'''''W L Wy x x V V=- (3.10)'''''''844.340.250.0204 1.9110.01859441.8441.8W L W y x x x x V V ⨯=-=-=-第3.2节 逐板法求理论塔板层数由于进料采用泡点进料，则：1y =D x(1)yx y a y =+- (3.11)10.9143D y x == 代入 1111(1)y x y a y =+-2223.315(1)y y y =+- 解得： 1x =0.7632代入 20.64150.3278y x =+ 解得： 2y =0.8174代入 2222(1)y x y a y =+-2223.315(1)y y y =+- 解得 2x =0.5745 同理解得，3y = 0.6963 ;3x =0.4088 4y =0.59 ;4x =0.3027 5y = 0.522 ;5x =0.24775F x x <'5x =0.2477 代入 ''6 1.9110.01859y x =- 解得， '6y =0.4548 代入 '66''66(1)y x y a y =+-'6''663.315(1)y y y =+- 解得，'6x =0.2010同理解得，'7y =0.3655 ;'7x = 0.1480 '8y =0.2642 ;'8x =0.09774 '9y =0.1682 ;'9x =0.05750 '10y =0.09131 ;'10x =0.02943 '11y =0.03765 ;'11x =0.01166 '11x <W x 求解的结果为：总理论塔板数： T N =11 块（包括再沸器） 理论进料板数 ：F N =5 块第3.2节 实际板层数的求解精馏段实际板层数：4852%N ==精 块提留段实际板层数：71452%N==提块TTPNEN=（3.12）实际塔板数：112252%TPTNNE===块。

2.1物料衡算2.1.1操作条件1．原料为粗甲醇，成份及含量如下表：附表2.1粗甲醇组成 成分含量（wt%） N 2和Ar0.02 CO 2 1.69 CH 3OH90.29 CH 3OCH 30.20 C 2H 5OH0.15 C 4H 9OH0.15 H 2O7.50 合计100 设计要求：（1）粗甲醇中甲醇回收率不小于99%(重量百分含量)。

（2）精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不小于99.95%(重量百分含量)。

2.1.2物料衡算按年55万吨精甲醇计算，而粗甲醇中含甲醇量为90.29%。

年工作日按330天计，则精甲醇每日，每小时产量为330550000=6.9444 t/h=69444.4 kg/h每小时所需粗甲醇的量%29.90550000=609148 t/y=76912.7 kg/h（1）粗甲醇的组成通过各组分质量分数计算各组分的量其中：N 2＋Ar 0.02%； 则 76912.7×0.02%=15.38 kg/h CO 2 1.69 %； 则 76912.7×1.69%=1299.82 kg/hCH3OH 90.29%；则76912.7×90.29%=69444.4 kg/hCH3OCH30.2%；则76912.7×0.2%=153.82 kg/hC2H5OH 0.15%；则76912.7×0.15%=115.37 kg/hC4H9OH 0.15%；则76912.7×0.15%=115.37 kg/hH2O 7.5%；则76912.7×7.5%=5768.5 kg/h初馏分为乙醇和丁醇，轻馏分为甲醚，不凝气为二氧化碳、氮气、氩气。

（2）预精馏塔物料衡算入料：①粗甲醇入料量：76912.7kg/h②碱液：向粗甲醇中加入10%NaOH溶液，加入量为粗甲醇进料量的1%，则：加入NaOH溶液量=76912.7×1%=769.127kg/hNaOH量=769.127×10%=77kg/h溶液中水量=769.127×（1-10%）=692.2 kg/h（相当于加入的萃取水的量）③总入料量=粗甲醇量+碱液量=76912.7+769.13=77681.8 kg/h④水量=粗甲醇中水含量+软水量=5768.4+692.2=6460.6 kg/h塔顶出料：N2＋Ar: 15.4 kg/hCH3OCH3:153.8 kg/hCO2: 1299.8 kg/h塔釜出料:甲醇: 69444 kg/h乙醇: 115.4 kg/h丁醇: 115.4 kg/h水: 6460.6 kg/h氢氧化钠：77 kg/h塔底出料总量=69444+115.4+115.4+6460.6+77=76212.4 kg/h（3）加压塔物料衡算加压塔出料甲醇含量85.66%（即塔底甲醇含量）入料：①水量=预出料水量=6460.6 kg/h②甲醇量=预出料甲醇量=69444 kg/h③初馏物=预出料初馏物=230.8 kg/h④氢氧化钠=预出料碱量=77 kg/h⑤总入料量=预塔底出料总量=76212.4 kg/h出料：①出料水量=入料水量=6460.6 kg/h②出料甲醇=（出口水量+氢氧化钠+初馏物）×出料甲醇含量/（1-出料甲醇含量）=（6460.6+77+230.8）×0.8566/（1-0.8566）=40431.0 kg/h③采出精甲醇量=入塔甲醇量-出料甲醇量=69444-40431.0=29013 kg/h④总出料量=总入料量-采出精甲醇量=76212.4-29013=47199.4 kg/h其中塔顶：液相=精甲醇=33147.8 kg/h塔底：液相=粗甲醇=43987.6 kg/h（4）常压塔物料衡算入料：①甲醇=47199.4×0.8566=40431.0 kg/h②水=6460.6 kg/h③氢氧化钠=77 kg/h④初馏物=230.8 kg/h⑤总入料量=加压塔塔底总出料量=47199.4 kg/h出料：①侧线出料，初馏物占%，甲醇占60.62%，水占30.23%，则侧线排出量=230.8/9.16%=2519.7 kg/h其中：甲醇：2519.7×60.62%=1527.4 kg/h水：2519.7×30.23%=761.7 kg/h初馏物：230.8 kg/h②塔底排出残液其中：氢氧化钠=77 kg/h水=入料水-侧线排出=6460.6-761.7=5698.9 kg/h塔底排出残液中含甲醇量=（残液中水+氢氧化钠）×残液甲醇含量/（1-残液中甲醇含量）=（5698.9.7+77）×0.001/（1-0.001）=5.8 kg/h残液总量=水量+氢氧化钠+醇量=5698.9+77+5.8=5781.7 kg/h③塔顶塔顶采出精甲醇=入塔精甲醇-侧线排出-残液中含醇量=40431-1527.4-5.8=38897.8 kg/h总出料量=塔顶精甲醇+塔侧线出料+塔底残液=38897.8+2519.7+5781.7=47199.2 kg/h(5）回收塔物料衡算入料:入料量=侧线排出量=2519.7 kg/h其中甲醇: 1527.4 kg/h水: 761.7 kg/h初馏分: 230.8 kg/h出料：①塔顶采出精甲醇量=1527.4×97.367%=1487.2 kg/h(精甲醇占入料甲醇的97.367%) ②侧线出料甲醇占20%，乙醇占60%，异丁醇占8%，水占12%，则甲醇=1487.2×（1-97.367%）=39.2 kg/h侧线抽出物=39.2/20.27%=193.4 kg/h其中乙醇: 193.4×57.64%=114.5 kg/h异丁醇: 193.4×8.5%=16.4 kg/h水: 193.4×13.74%=26.6 kg/h甲醇: 39.2 kg/h③塔底其中水=入料水量-侧线出水=761.7-26.6=735 kg/h异丁醇=入料异丁醇-侧线抽出异丁醇=115.4-16.4=99 kg/h乙醇=入料乙醇-侧线出乙醇=115.4-114.5=0.9 kg/h总量=735+99+0.9=834.9 kg/h(6）粗甲醇中甲醇回收率甲醇回收率=（加压塔采出精甲醇量+常压塔采出精甲醇量+回收塔采出精甲醇量）/粗甲醇中精甲醇量=（29013+38897.8+1487.2）/69444=99.93%。

西安交通大学网络教育学院毕业论文开题报告论文题目：年产5万吨甲醇精馏设计班级学号姓名联系方式指导教师提交日期2016年7月10日一、选题的理论意义与实际意义OH。

甲甲醇是无色、透明、高度挥发、易燃的液体，略有酒精气味，分子式为CH3醇在世界基础有机化工原料中，消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，因此甲醇作为重要的有机化工原料，对其质量提出了更高的要求，从而甲醇的精制过程就显得非常重要，而通过精馏操作可以将粗甲醇进行精制。

精馏是利用混合液中组分挥发度的差异，实现组分高纯度分离的多级蒸馏操作，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

为了得到更纯的甲醇，应选择合理的工艺流程路线和建立一套合理的板式精馏塔，以对粗甲醇进行精馏，得到高纯度的精甲醇。

本次设计通过对粗甲醇精馏生产的基本情况，甲醇精馏的现实意义、目的和基本原理进行了分析，选定了以年产5万吨甲醇双塔精馏的产量作为设计的任务。

在现实生产中我们要求精馏塔的产品有高纯度的同时有高的生产率，所以我们对精馏塔及塔设备的选型进行一些工艺设计，让所有的工艺参数尽可能全部达到最优，以满足它高纯度高生产率的需要。

二、论文综述（综述国内外有关选题的研究动态）甲醇是一种重要的有机化工原料，也是清洁代用燃料，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途。

世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位，近年来，随着科学技术的发展和能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补之称。

甲醇的生产一直以较快的速度发展，随着合成氨联产甲醇技术的日臻成熟，许多氮肥企业采取了合成氨联产甲醇来降低成本，调整产品结构，由于联醇生产具有一些区别于单醇的特点，粗醇的精馏也与单醇生产有着较大的区别。

单醇生产中脱除的还原性物质，所采用高锰酸钾工艺在联醇生产中可取消（由于联醇中还原物质少），大大简化了精馏工艺。

联醇压力较低反应，温度也较低，合成过程中歧化反应明显减少，减少精馏塔的侧线采出，可以减少甚至可取消。

沈阳化工大学化工原理课程设计说明书专业：制药工程班级：制药1102学生姓名：黄奎兴学号：11220223指导老师：王国胜设计时间：2014.5.20----2014620成绩：____________化工原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合液的填料精馏塔二原始数据及条件生产能力：年生产量甲醇1万吨(年开工300天)原料：甲醇含量为30% (质量百分数，下同)的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于95%，塔底甲醇含量不高于0.3%。

建厂地区：沈阳三设计要求(一)•一份精馏塔设计说明书，主要内容要求:(1)•前言(2).流程确定和说明(3)•生产条件确定和说明(4)•精馏塔设计计算(5)•主要附属设备及附件选型计算(6)•设计结果列表专业•专注(7).设计结果的自我总结与评价(8).注明参考和试用的设计资料(9).结束语(二)•绘制一份带控制点工艺流程图。

(三)•制一份精馏塔设备条件图四.设计日期：2013年5月20日至6月20日、八、,刖言精馏塔分为板式塔和填料塔两大类。

填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。

板式塔虽然结构较简单，适应性强，宜于放大，在空分设备中被广泛采用。

但是，随着气液传热、传质技术的发展，对高效规整填料的研究，一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发，在近十多年内，有逐步替代筛板塔的趋势。

实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。

对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液（气相冷却而成）是沸点低的B 物质，而残液是沸点高的A 物质，精馏是多次简单蒸馏的组合o精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。

精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。

精馏塔的优点：归纳起来，规整填料塔与板式塔相比，有以下优点：1）压降非常小。

气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质，不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。

在正常情况下，规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5 〜1/6 ; 2）热、质交换充分，分离效率高，使产品的提取率提高；3）操作弹性大，不产生液泛或漏液，所以负荷调节范围大，适应性强。

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：甲醇精馏塔的设计及技术改造（二)(年产量180000吨精甲醇）学院：化学与化工学院专业：过程装备与控制工程班级：过控091学号： **********学生姓名：肖雅指导教师：**2013年5月12日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明论文（设计）作者签名：日期：年月日目录目录 --------------------------------------------------------------------- I 摘要 ------------------------------------------------------------------ VIII Abstract ---------------------------------------------------------------- IX 第一章前言 -------------------------------------------------------------- 1 1.1设计塔设备的意义------------------------------------------------------ 1 1.2塔的研究方向---------------------------------------------------------- 1 1.3粗甲醇的精馏---------------------------------------------------------- 21.3.1甲醇精馏技术简述------------------------------------------------ 21.3.2现有甲醇精馏技术【6】 --------------------------------------------- 2 1.4甲醇精馏工艺技术分类[7] ------------------------------------------------ 31.4.1 按工艺分类 ----------------------------------------------------- 31.4.2按塔内件分类---------------------------------------------------- 3 1.5甲醇精馏工艺---------------------------------------------------------- 31.5.1双塔精馏工艺---------------------------------------------------- 31.5.2三塔精馏工艺---------------------------------------------------- 41.5.3双塔和三塔精馏技术比较------------------------------------------ 5 1.6精馏设备介绍---------------------------------------------------------- 61.6.1常用板式塔的介绍------------------------------------------------ 61.6.2其他设备-------------------------------------------------------- 7 1.7甲醇精馏塔的设计------------------------------------------------------ 71.7.1 塔型及总体情况 ------------------------------------------------- 71.7.2材料的选用------------------------------------------------------ 81.7.3强度、刚度计算-------------------------------------------------- 81.7.4结构设计-------------------------------------------------------- 9 1.8甲醇精馏塔的技术改造------------------------------------------------- 101.8.1新型垂直筛板【12】----------------------------------------------- 101.8.2 甲醇预精馏塔萃取水加入方法的改进 ------------------------------ 101.8.3 降低甲醇精馏蒸汽消耗的途径 ------------------------------------ 11第二章甲醇精馏塔的工艺计算 --------------------------------------------- 12 2.1甲醇精馏塔的物料衡算------------------------------------------------- 122.1.1原料液组成----------------------------------------------------- 122.1.2塔顶组成------------------------------------------------------- 132.1.3釜液组成------------------------------------------------------- 132.1.4质量流量------------------------------------------------------- 142.1.5摩尔流量------------------------------------------------------- 142.1.6体积流量------------------------------------------------------- 15 2.2塔板数的确定--------------------------------------------------------- 162.2.1求平均挥发度--------------------------------------------------- 162.2.2求最小理论塔板数----------------------------------------------- 172.2.3求最小回流比--------------------------------------------------- 172.2.4选取适宜回流比------------------------------------------------- 182.2.5操作线方程----------------------------------------------------- 202.2.6进料位置------------------------------------------------------- 212.2.7全塔效率的估算------------------------------------------------- 21 2.3板结构的工艺设计----------------------------------------------------- 222.3.1塔板间距H ----------------------------------------------------- 222.3.2塔径计算------------------------------------------------------- 23 第三章塔总体高度和内部件设计 ------------------------------------------- 26 3.1溢流堰设计----------------------------------------------------------- 263.1.1溢流堰长l----------------------------------------------------- 26w------------------------------------------------ 263.1.2堰上液层高度how3.1.3出口堰高度----------------------------------------------------- 273.1.4降液管底缘距塔板的高度A h--------------------------------------- 27 3.2塔板分布及浮阀选型--------------------------------------------------- 28 3.3浮阀数目与排列------------------------------------------------------- 283.3.1确定塔板上所用浮阀在刚全开时的阀孔气速（临界速度）------------- 283.3.2开孔率--------------------------------------------------------- 283.3.3求得阀孔总面积------------------------------------------------- 293.3.5塔板上的鼓泡面积----------------------------------------------- 293.3.6浮阀排列------------------------------------------------------- 30 第四章水力学计算 -------------------------------------------------------- 31--------------------------------------------- 31 4.1 气相通过浮阀塔的压降Hp4.1.1h—干板压降-------------------------------------------------- 31d4.1.2 o h—气体克服鼓泡表面张力的压降-------------------------------- 314.1.3 l h—气体通过塔板上液层的压降 ---------------------------------- 31 4.2淹塔----------------------------------------------------------------- 32校核------------------------------------------------------- 32 4.3塔板间距HT4.3.1浮阀塔板液面落差Δ--------------------------------------------- 32------------------------------------- 334.3.2液面通过降液管的压头损失hd4.3.3气体通过塔板的压降相当的液降高度hp ---------------------------- 334.3.4板上液层高度--------------------------------------------------- 33 4.4降液管内液体停留时间t的校核----------------------------------------- 33 第五章负荷性能图 -------------------------------------------------------- 355.1液体流率下限线------------------------------------------------------- 35 5.2液体流率上限线------------------------------------------------------- 35 5.3漏液线--------------------------------------------------------------- 36 5.4雾沫夹带上限线------------------------------------------------------- 36 5.5液泛线--------------------------------------------------------------- 37 5.6负荷性能图----------------------------------------------------------- 38 5.7塔板结构设计评述----------------------------------------------------- 39 5.8工艺计算结果汇总表--------------------------------------------------- 39 第六章精馏塔的主要尺寸确定 --------------------------------------------- 416.1塔厚的确定----------------------------------------------------------- 41 6.2封头的选择----------------------------------------------------------- 41 6.3塔体高度的设计（总有效高度，不包括裙座）----------------------------- 426.3.1塔的顶部空间高度H-------------------------------------------- 42AH------------------------------------------- 426.3.2 塔的底部空间高度B6.3.3 精馏塔内高度H1 ------------------------------------------------ 43 6.4 裙座设计 ------------------------------------------------------------ 43 6.5 全塔高度H ----------------------------------------------------------- 44 第七章塔的强度设计 ----------------------------------------------------- 457.1质量载荷计算--------------------------------------------------------- 457.1.1塔壳和裙座的质量----------------------------------------------- 457.1.2人孔、法兰接管等附件质量--------------------------------------- 457.1.3塔内构件质量--------------------------------------------------- 457.1.4保温材料质量--------------------------------------------------- 457.1.5扶梯、平台质量------------------------------------------------- 467.1.6操作时塔内物料质量--------------------------------------------- 467.1.7偏心载荷质量--------------------------------------------------- 477.1.8充水质量------------------------------------------------------- 477.1.9塔器的操作质量------------------------------------------------- 477.1.10塔器的最大质量------------------------------------------------ 477.1.11塔器的最小质量------------------------------------------------ 48 7.2自振周期计算--------------------------------------------------------- 48 7.3风载荷计算----------------------------------------------------------- 49---------------------------------------------------- 497.3.1 风振系数K2i7.3.2 空气动力系数 K1 ----------------------------------------------- 497.3.3 基本风压 ------------------------------------------------------ 49--------------------------------------------- 497.3.4 塔设备有效直径 Dei7.3.5 脉动风压对塔设备产生的动载荷 ---------------------------------- 507.3.4 风弯矩计算 ---------------------------------------------------- 50 7.4地震载荷------------------------------------------------------------- 517.4.1地震影响系数的最大值------------------------------------------- 517.4.2场地土--------------------------------------------------------- 517.4.3地震影响系数--------------------------------------------------- 517.4.4结构影响系数--------------------------------------------------- 527.4.5地震弯矩的计算------------------------------------------------- 527.4.6塔底的总地震弯矩：--------------------------------------------- 527.4.7裙座人孔的地震弯矩：------------------------------------------- 537.4.8裙座与塔体连接焊缝处的地震弯矩：------------------------------- 53 7.5地震和风载荷组合弯矩------------------------------------------------- 537.5.1塔底：--------------------------------------------------------- 537.5.2裙座人孔处：--------------------------------------------------- 547.5.3裙座与塔体连接焊缝处：----------------------------------------- 547.5.4 操作平台的偏心弯矩 -------------------------------------------- 547.5.5最大弯矩：----------------------------------------------------- 54 7.6 强度和稳定校核 ------------------------------------------------------ 547.6.1 由内压引起的轴向应力1σ---------------------------------------- 55σ------------------------------------ 557.6.2操作质量引起的轴向压应力2σ-------------------------------------- 557.6.3 最大弯矩引起的轴向应力37.7塔体危险截面的强度性校核--------------------------------------------- 577.7.1塔体强度性校核------------------------------------------------- 577.7.2塔体稳定性校核------------------------------------------------- 577.7.3裙座危险截面的稳定性校核--------------------------------------- 58 7.8筒体水压实验应力校核------------------------------------------------- 587.8.1由实验压力引起的环向应力σ------------------------------------- 587.8.2由实验压力引起的轴向应力1σ------------------------------------- 59σ------------------------------ 597.8.3水压实验时，重力引起的轴向应力2σ ---------------------------------------- 597.8.4由弯矩引起的轴向应力37.8.5最大组合轴向拉应力校核----------------------------------------- 597.8.6最大组合轴向压应力校核----------------------------------------- 60 7.9裙座水压实验压力校核------------------------------------------------- 60σ------------------------------ 607.9.1水压实验时，重力引起的轴向应力2σ ------------------------------------------ 607.9.2由弯矩引起的轴应力37.9.3最大组合轴向压应力校核----------------------------------------- 61 7.10基础环的设计-------------------------------------------------------- 617.10.1基础环接触应力------------------------------------------------ 617.10.2基础环的应力校核---------------------------------------------- 62 7.11地脚螺栓计算-------------------------------------------------------- 627.11.1地脚螺栓承受的最大拉应力-------------------------------------- 627.11.2地脚螺栓直径-------------------------------------------------- 63 7.12盖板---------------------------------------------------------------- 63 7.13筋板---------------------------------------------------------------- 64 7.14基础环厚度---------------------------------------------------------- 65 第八章精馏塔附属设备及其附件的选择 ------------------------------------- 67 8.1接管----------------------------------------------------------------- 678.1.1进料管--------------------------------------------------------- 678.1.2釜残液出料管--------------------------------------------------- 678.1.3回流液管------------------------------------------------------- 688.1.4塔顶蒸汽出料管------------------------------------------------- 68 8.2除沫器--------------------------------------------------------------- 69 8.3人孔----------------------------------------------------------------- 69 8.4吊柱----------------------------------------------------------------- 70 8.5 操作平台和扶梯质量 -------------------------------------------------- 70 8.6保温材料选择--------------------------------------------------------- 70 8.7法兰的选定----------------------------------------------------------- 70 第九章补强设计 --------------------------------------------------------- 72 9.1接管的开孔补强------------------------------------------------------- 729.1.1 补强方法的判别 --------------------------------------------- 72 9.1.2 开孔所需补强面积 ------------------------------------------- 72 9.1.3 有效补强范围 ----------------------------------------------- 72 9.1.4 有效补强面积 ----------------------------------------------- 73 9.1.5 所需另行补强面积 ------------------------------------------- 74 9.1.6补强圈设计-------------------------------------------------- 74 9.2人孔的开孔补强------------------------------------------------------- 739.2.1补强计算方法判别----------------------------------------------- 749.2.2开孔所需补强面积----------------------------------------------- 749.2.3有效补强范围--------------------------------------------------- 759.2.4有效补强面积--------------------------------------------------- 769.2.5补强圈厚度----------------------------------------------------- 76 第十章精馏塔的控制 ------------------------------------------------------ 7710.1概述------------------------------------------------------------ 7710.2 精馏塔的控制要求及干扰因素 ------------------------------------- 7710.2.1 产品质量控制 --------------------------------------------- 7710.2.2 物料平衡控制 --------------------------------------------- 7810.2.3 能量平衡控制 --------------------------------------------- 7810.2.4 约束条件控制 --------------------------------------------- 7810.3 被控变量的选择 ------------------------------------------------- 78 总结 -------------------------------------------------------------------- 80 参考文献 ---------------------------------------------------------------- 81 致谢 -------------------------------------------------------------------- 82甲醇精馏塔的设计及技术改造摘要甲醇精馏工艺对整个甲醇生产流程的生产能力、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。

ɑm=3.84回收甲醇——水洗水精馏塔工艺设计3、利用芬斯克方程计算全回流时两组分溶液体系最少理论板：把芬斯克方程中x W替换为进料组成x F，计算精馏段理论板层数（即进料板）N1=4.2 4、全塔理论板层数计算1、利用Antoine方程计算P=101.3kpa下甲醇、水饱和蒸气压：lgp。

=A-B/(t+C)甲醇： A=16.5723 B=3636.55 C=-34.29水 ： A=16.2884 B=3816.44 C=-46.132、最小回流比R m的计算q=1(饱和液体进料）时，R m=水洗水进塔1585kg/h，甲醇含量9.5%，塔顶采出甲醇含量99.1%，塔釜甲醇含量0.2% x F=0.0558 x D=0.9841 x W=0.001 R m=6.09 取R=1.7R m=10.35利Liddle公式：Y=0.545827-0.591422X+0.002743/XX=(R-Rmin)/(R+1)=0.375 Y=(N-N min)/(N+2)=0.33 N=11.737、以水洗水处理量1600kg/h计，对再沸器、预热器、塔顶冷凝器、塔顶回收液冷凝、塔釜采出冷凝器进行热量恒算a、再沸器热量恒算1、塔内物料平衡2、进料液带入塔内热量：Q f =F*C f*t f =162198.4J/s3、回流液带入塔内热量 Q l =D*R*C 1*t f =73474.8J/sC l =2.495 t f =65 C l 、t f 近似取甲醇的比热和沸点进料液平均比热：C f =0.095C 甲+0.905C 水=4.0104 C 甲=2.49 C 水=4.178、再沸器传热面积的计算（蒸汽压力0.15Mpa，对应温度127℃，残液沸点取100℃）6、再沸器的热负荷Q=1.3（Q v +Q w -Q f -Q l ）=723675J/s 1.3为安全系数7、加热蒸汽消耗量G=Q/r=331.2g/s=1.2t/h泡点温度：t f =91℃汽相流量V=（R+1）D=1710kg/h=1560m 3/h5、塔釜残液带走热量：Q w =W*C w *t w =169918.3J/s C w 、t w 近似取纯水的比热和沸点4、塔顶蒸汽带走热量：Qv=D*（R+1)*Hv=624504.9J/sHv近似取甲醇的蒸汽的焓 1262J/g6、塔径计算D=150.6kg/h，ω空=1.5m/s塔径D=圆整后，取D=7005、采用316L型不锈钢波纹规整填料，型号350X，取等板高度=400mm 填料高度：400*12/100=4.8m平均温差Δtm=127-100=27℃ 取总传热系数K=755w/m2/k再沸器传热面积F m=Q/K/Δtm=35.7m2b、预热器热量恒算水洗水经预热器预热后温度由15℃升至泡点温度91℃，加热蒸汽压力0.15Mpa，对应温度127℃吸收的热量：Qc=F*C f*(t2-t1)=135462.4J/s加热蒸汽消耗量G=Q/r=62g/s=223.2kg/h平均温差Δtm=127-100=27℃ 取总传热系数K=755w/m2/k预热器传热面积F m=Q/K/Δtm=6.65m2c、塔顶冷凝器热量恒算塔顶上升蒸汽温度65℃，冷凝后温度为65℃，冷却水进温32℃，出水温度37℃平均温度Δtm=((65-32)-(65-37))/ln((65-32)/(65-37))=30.4℃塔顶冷凝器传热面积F m=Q/K/Δtm=36.4m2 取总传热系数K=565w/m2/kd、塔顶回收液冷凝器热量恒算塔顶回收液由65℃，冷凝至33℃，采用循环水冷却，进水温度32℃，出水温度37℃冷凝器换热量Q e=D*C甲*（t2-t1）=3336.8J/s平均温度Δtm=((65-37)-(34-33))/ln((65-37)/(33-32))=8.10℃塔顶回收液冷凝器传热面积F m=Q e/K/Δtm=2.6m2 取总传热系数K=160w/m2/ke、塔釜采出冷凝器热量恒算塔釜采出液由100℃，冷凝至40℃，采用循环水冷却，进水温度32℃，出水温度37℃冷凝器换热量Q e=W*C w*（t2-t1）=101951J/s平均温度Δtm=((100-37)-(40-32))/ln((100-37)/(40-32))=61.4℃塔顶回收液冷凝器传热面积F m=Q e/K/Δtm=10.4m2 取总传热系数K=160w/m2/k。

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/Kmolx 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/KmolM D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/KmolM W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol3、物料衡算原料处理量：F=(3.61*103)/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=1.82③求精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/hV=(R+1)D=2.82*51.88=146.30 Kmol/hL′=L+F=94.42+160.21=254.63 Kmol/hV ′=V=146.30 Kmol/h ④精馏段操作线方程为：y =(L/V)x + (D/V)x D =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30)*99.47%=0.6454x+0.3527 提馏段操作线方程为：y ′=(L ′/V ′)x ′ + (W/V ′)x W =(254.63/146.30) x ′-(108.33/146.30)*0.28% =1.7405 x ′-0.0021 ⑤图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数(附图)，求解结果为： 总理论板层数：N T =13(包括再沸器) 进料板位置： N F =10 2、实际板层数的求取)1()1(A A A A --=y x x y αα%47E 047.1*(345.00＝ 故＝　见后） μαμ=精馏段实际板层数：N 精＝9/47%=20 N 提＝4/47%=9(四) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1、 塔顶操作压力：P D ＝101.3 Kpa每层塔板压降：△P ＝0.7 Kpa进料板压力：P F ＝105.3+0.7*20＝119.3 Kpa 精馏段平均压力：（105.3+119.3）/2＝112.3 Kpa 2、 操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中甲醇、水的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略，计算结果如下：塔顶温度：t D ＝64.6℃ 进料板温度：t F ＝76.3℃ 精馏段平均温度：t M ＝70.45℃ 3、 平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：由x D =y 1=0.9947,查y-x 曲线（附表），得 x 1＝0.986M VDm =0.9947*32+(1-0.9947)*18=31.93 M LDm =0.9860*32+(1-0.9860)*18=31.80进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板（附图），得 y f =0.607 x F =0.229M VFm =0.607*32+(1-0.607)*18=26.50 M LFm =0.229*32+(1-0.229)*18=21.21 所以精馏段平均摩尔质量： M Vm =（31.93+26.50）/2=29.22 M Lm = (31.80+21.21)/2=26.51 4、 平均密度计算 ⑴气相密度计算由理想气体状态方程计算，即3/15.1)45.70273(*314.822.29*3.112M Kg RT M P mV m V m m=+==ρ⑵液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即∑=iiLmραρ1塔顶液相平均密度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得，3B 3/K 3.980/K 745m g m g A ＝ ρρ=3/K 7460053.09947.01m g BALD m=+=ρρρ进料板液相平均密度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得，3B 3/K 978/K 735m g m g A ＝ ρρ=进料板液相的质量分量%56.3418*771.032*229.032*229.0=+=A α3/K 7.8776544.03456.01m g BA LF m=+=ρρρ⑶精馏段液相平均密度为：321/K 8122)(m g mL =+=ρρρ5、 液体平均表面张力计算⑴液相平均表面张力依下式计算，即∑=i i L x mσσ塔顶液相平均表面张力的计算 由t D ＝64.6℃，查手册得mmN m mN m mN B A A m/ 05.190053.09947.0/ 2.65/ 8.18LD B =+===σσσσσ ⑵进料板液相平均表面张力的计算 由t F ＝76.3℃，查手册得mmN m mN m mN B A A m/ 35.52771.0229.0/ 7.62/ 5.17LF B =+===σσσσσ ⑶精馏段液相平均表面张力为：m mN m m mLF LD L / 7.352)(=+=σσσ6、 平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即∑=iiL x m μμlg lg⑴塔顶液相平均粘度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得，smpa smpa s mpa mmL B A L /34.0lg 0053.0lg 9947.0lg /437.0/34.0D D B A ＝ 解得＝ ＝μμμμμμ+=⑵进料板液相平均粘度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得smpa smpa s mpa mmL B A L /53.0lg 771.0lg 229.0lg /374.0/28.0F F B A ＝ 解得＝ ＝μμμμμμ+=⑶精馏段液相平均表面张力为s mpa /345.0221A ＝）（＝μμμ+（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：021.0)15.1812(08.110*56.8)(L )(L 20C C /10*856812*360051.26*42.94*3600/033.115.1*360022.29*30.146*360021421212.0L 20max 343===-=======--V L s s V L h h V V L Lm Lm s Vm Vm s V V Cu sm LM L sm VM V ρρρρσρρρρρ）（＝ 其中由取板间距H T ＝0.4m ，板上液层高度h L =0.06m ，则H T -h L =0.40-0.06＝0.34m 查史密斯关联图得，C 20＝0.074sm u / 204.215.115.1812083.0083.0207.35074.020C C max 2.02.0L20=-===　）（）（＝σ取安全系数为0.7，则空塔气速为sm sm u u / 948.0543.1*1.033*4u 4V D / 543.1204.2*7.0s max ======ππ 按标准塔径圆整后，为D=1.0m 塔截面积为22785.04m D A T ==π实际空塔气速为u=1.033/0.785=1.316s m /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 ＝（20-1）*0.4＝7.6m 提馏段有效高度为Z 提＝（N 提－1）H T ＝（9-1）*0.4＝3.2m 在进料板上方开2人孔，其高度为0.8m故精馏塔有效高度为Z ＝N 精+N 提+0.8*2＝12.4m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1、 溢流装置计算因塔径D ＝1.0m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下：⑴塔长l W =0.66D=0.66m⑵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 OW32)(100084.2wh ow l L E h =近似取E ＝1，则m h ow 93.7)66.03600*10*56.8(*1*100084.2324==-取板上清液层高度h L ＝60mm故m h w 33310*07.5210*93.710*60---=-=⑶弓形降液管宽度W d 和截面积A f由l w /D=0.66,查图得 A f /A T =0.0722 W d /D=0.124mD W m A A d T f 124.0124.00567.0*0722.02====验算液体在降液管中停留时间s s L H A hTf 55.263600*10*56.840.0*0567.0*360036004>===-θ 故降液管设计合理⑷降液管底隙高度h 0mm h s m u u l L h w h006.0016.008.0*66.0*36003600*10*56.8/ 08.0*36004000>==''=-则＝取故降液管底隙设计合理选用凹形受液盘，深度wh '=50mm 2、 塔板布置⑴塔板的分块因D ≥800mm ，故塔板采用分块式，且分为3块⑵边缘区宽度确定取m W m W W C S S 035.0065.0=='= ⑶开孔面积A a212221222a 532.0)465.0311.0sin 180465.0*311.0465.0311.0(2465.0035.05.02311.0)065.0124.0(5.0)(2sin 180(2A m A mW Dr m W W Dx rx r x r x a c s d =+-==-=-==+-=+-=+-=--ππ故 其中， ⑷筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用δ＝3mm 碳钢板，取筛孔直径d 0=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为 t ＝3d 0＝15 mm筛孔数目n 为个2731015.0532.0*155.1155.122===t A n a 开孔率为%1.10)015.0005.0*907.0)907.0220==（（＝t d ϕ气体通过阀孔的气速为 s m A V u s / 23.19532.0*101.0033.100===（七）筛板的液体力学验算1、 塔板压降⑴干板阻力h c 计算 干板阻力 )()(051.0200LVc C u h ρρ= 由d 0/δ＝3/5=1.667, 得C 0＝0.772 故液注0448.0)81215.1()772.023.19(051.02==c h⑵气体通过液层的阻力h l 计算 h l ＝βh L21210 52.115.1418.1/418.10567.0785.0033.1ms Kgu F sm A A V u v af T s a ====-=-=ρ查图得，β=0.59故液柱m h h h h ow w L l 0354.0)10*93.710*07.52(59.0)(33=+=+==--ββ⑶液体表面张力的阻力σh 计算液体表面张力所产生的阻力σh 由下式计算液柱m gd h L L 00359.0005.0*81.9*81210*7.35*4430===-ρσσ气体通过每层塔板的液柱高度h P 可按下式计算，即 h P =h c +h l +h σh P =0.0448+0.0354+0.00359=0.084m 液柱 气体通过每层塔板的压降为设计允许值）(7.045.66781.9*812*084.0h P p KPa g L <===∆ρ2、 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。

1.1课程设计甲醇-水分离板式精馏塔的设计系别：专业（班级）：作者（学号）：指导教师：完成日期：甲醇-水分离板式精馏塔的设计(一)设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。

为使废甲醇溶媒重复利用，拟建立一套板式精馏塔，设计要求废甲醇溶媒的处理量为5万吨/年，以对废甲醇溶媒进行精馏。

馏出液组成为含水2%，塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。

（二）操作条件1) 操作压力常压2) 进料热状态自选3) 回流比自选4) 全塔效率：Et=56%5）单板压降：<0.7KPa（三）塔板类型筛孔板（四）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行（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：1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；2) 绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。

目录1 设计方案的确定 (1)2 精馏塔的物料衡算 (1)2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (1)2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (1)2.3 物料衡算 (1)3 塔板数的确定 (2)N的求取 (2)3.1 理论板层数T3.1.1 相对挥发度的求取 (2)3.1.2 求最小回流比及操作回流比 (2)3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 (3)3.1.4 求操作线方程 (3)3.1.5 采用逐板法求理论板层数 (3)3.2 实际板层数的求取 (4)3.2.1 液相的平均粘度 (4)3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度 (5)3.2.3 全塔效率E T和实际塔板数 (5)4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (5)4.1 操作压力的计算 (5)4.2 操作温度计算 (6)4.3 平均摩尔质量计算 (6)4.4 平均密度计算 (7)4.4.1 气相平均密度计算 (7)4.4.2 液相平均密度计算 (7)4.5 液体平均表面张力的计算 (7)4.6 液体平均粘度 (8)5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)5.1 塔径的计算 (8)5.2 精馏塔有效高度的计算 (9)6 塔板主要工艺尺寸的计算 (9)6.1 溢流装置计算 (9)l (10)6.1.1 堰长Wh (10)6.1.2 溢流堰高度W6.1.3 弓形降液管宽度d W 和截面积f A ................................................................ 10 6.1.4 降液管底隙高度0h . (11)6.2塔板布置 ..................................................................................................................... 11 6.2.1 塔板的分块 ..................................................................................................... 11 6.2.2 边缘区宽度确定 ............................................................................................. 11 6.2.3 开孔区面积计算 ............................................................................................. 11 6.2.4 筛孔计算及排列 ............................................................................................. 11 7塔板的流体力学验算 ............................................................................................................. 12 7.1 塔板压降 (12)7.1.1 干板阻力c h 计算 ............................................................................................ 12 7.1.2 气体通过液层的阻力1h 计算 ........................................................................ 12 7.1.3液体表面张力的阻力h 计算 (13)7.2 液面落差 ..................................................................................................................... 13 7.3 液沫夹带 ..................................................................................................................... 13 7.4 漏液 ............................................................................................................................. 13 7.5 液泛 ............................................................................................................................. 14 8 塔板负荷性能图 (14)8.1 漏液线 ......................................................................................................................... 14 8.2 液沫夹带线 ................................................................................................................. 15 8.3 液相负荷下限线 ......................................................................................................... 16 8.4 液相负荷上限线 ......................................................................................................... 16 8.5 液泛线 ......................................................................................................................... 17 9 筛板塔设计计算结果 ............................................................................................................. 18 10 精馏塔接管尺寸计算 . (20)10.1 塔顶蒸气出口管的直径V d ................................................................................... 20 10.2 回流管的直径R d ................................................................................................... 20 10.3 进料管的直径F d ................................................................................................... 20 10.4 塔底出料管的直径W d (21)11 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (21)12 设计图纸 ................................................................................................................................ 21 13 参考文献 ................................................................................................................................ 21 14主要符号说明 (22)2 设计方案的确定本设计任务为分离甲醇－水混合物。

题目：年产66000吨甲醇---水精馏塔工艺设计设计任务1.进料液含30%甲醇（质量），其余为水。

2.产品的甲醇含量不得低于95%（质量）。

3.残液中甲醇含量不得高于0.5%（质量）。

4.进料方式：饱和液体进料。

5.采取直接蒸汽加热6.全凝器：列管式换热器，冷却介质循环水，冷却水入口t=15℃，出口t=45℃。

操作条件（1）、精馏塔顶压强2.5KPa(表压)。

（2）、单板压降≤0.5 KPa。

（3）、全塔效率：Et≥50%设计内容1 .选定连续精馏流程；2 .塔的工艺计算；3. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计：（1）、塔高、塔径及塔板结构的主要参数；（2）、塔板的流体力学验算（仅验算压降）；4 辅助设备选型与计算；5包括全凝器的型号的选用及性能参数6设计结果一览表；7工艺流程图及全凝器主体设备图。

目录一．概述 (1)二．精馏塔设计方案简介 (1)2.1操作压力的选择分析 (2)2.2进料热状况的选择分析 (2)2.3 加热方式的选择分析 (2)2.4 回流比的选择分析 (2)2.5 产品纯度或回收率 (2)2.6 方案的确定 (2)2.7 总述 (2)三．塔的工艺尺寸的计算 (3)3.1 精馏塔的物料衡算 (3)3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (3)3.1.2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3)3.1.3 物料衡算 (3)3.2 塔板数的确定 (4)N的求取 (4)3.2.1 理论板层数T3.2.2 实际板数的求取 (6)3.3 精馏塔的物性计算 (6)3.3.1精馏段物性计算 (6)3.3.1.1.操作压力计算 (6)3.3.1.2.操作温度计算 (6)3.3.1.3.平均摩尔质量计算 (7)3.3.1.4.平均密度计算 (7)3.3.1.5.液体平均表面张力计算 (7)3.3.2提馏段物性计算 (8)3.3.2.1 操作压力计算 (8)3.3.2.2 操作温度计算 (8)3.3.2.3 平均摩尔量计算 (8)3.3.2.4平均密度计算 (9)四精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9)4.1 塔径的计算 (9)4.2 塔高的计算 (10)五塔板主要工艺尺寸的计算 (10)5.1 溢流装置计算 (11)5.2 塔板布置 (12)六.流体力学验算 (13)6.1 塔板压降 (13)七.全凝器的设计 (14)7.1确定物性数据 (14)7.2换热器的初步选型 (14)7.3估算传热面积 (15)7.3.2.平均传热温差 (15)7.3.3.冷却水用量 (15)7.3.4.传热面积 (15)7.4工艺结构尺寸 (16)7.4.1．管径和管内流速 (16)7.4.2．管程数和传热管数 (16)7.4.3.平均传热温差 (16)7.4.4.传热管排列和分程方法 (16)7.4.5．壳体内径 (16)7.4.6．折流板 (17)7.4.7．接管 (17)7.5换热器核算 (17)7.5.1热流量核算 (17)7.5.1.1壳程表面传热系数 (17)7.5.1.2管内表面传热系数 (18)7.5.1.3污垢热阻和管壁热阻 (18)7.5.1.4 传热系数K (19)e7.5.1.4传热面积裕度 (19)7.5.2换热器内流体的流动阻力 (19)7.5.2.1管程流体阻力 (19)7.5.2.2壳程阻力 (20)九.总结 (22)十.参考文献 (23)十一.符号说明 (24)一．概述甲醇~水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。

东华大学化工原理课程设计题目甲醇-水混合液板式精馏塔的设计学院化工学院专业班级轻化1101班学生指导教师成绩2014年 6 月27摘要设计选用板式精馏塔作为分离设备采用连续精馏的方法分离甲醇-水混合液。

一个完整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口管等部件组成，这就需要对各个部件做出选择并给出合理的工艺尺寸。

因此我们对精馏塔首先进行物料衡算，根据查得的甲醇-水物系平衡数据用作图法求得理论塔板数并由全塔效率确定实际塔板数，然后确定操作压力，操作温度，平均分子量，平均密度等基本物性参数。

对塔高、塔径、塔板、溢流装置等各个部件进行计算与核算校验（如负荷性能图）并确定操作弹性，最后计算接管等一些附件的尺寸。

按任务书的任务顺序完成任务。

关键词：板式精馏塔；连续精馏；图解法AbstractThe design use a type of the plate type column as separation equipment using the method of continuous distillation separation methanol-water mixture. A full plate tower is mainly composed of cylindrical tower body, tower board, liquid pipe down, the overflow weir, the liquid dish and gas and liquid into, export tube components and other parts, this needs of every part to make a choice and give reasonable technology size. So we to, first of all, the material of the column calculation, according to check methanol-water content is balance data obtained by mapping method theory tower number by the board and tower efficiency the determination of the actual tower number plate, then check the operating pressure, operating temperature, average molecular weight, the average density of basic property parameters. High tower, tower of diameter, tower board, overflow device and so on each parts calculation and accounting check (such as load performance chart) and determined the elasticity of operation, finally calculated over the size of the some accessories, etc. According to the task of commitments to complete the task order.Key words: Plate column; Continuous distillation; Graphic method目录摘要 (I)Abstract (II)第1章总论 (5)1.1概述 (5)1.2 塔设备简介 (6)1.2.1塔设备类型 (6)1.2.2 筛板塔优点 (6)第2章设计方案确定及流程说明 (7)2.1 进料状况 (7)2.2 加料方式和加料热状况 (7)2.3 塔顶冷凝方式 (7)2.4 回流方式 (8)2.5加热方式 (8)2.6工艺流程简介 (8)第3章精馏塔的设计计算 (9)3.1 物料衡算 (9)3.1.1 原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9)3.1.2 原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量 (10)3.1.3 全塔物料衡算 (10)3.2 塔板数的确定 (10)3．2.1 理论塔板数的求解 (10)3.2.1.1回流比的确定 (11)3.2.1.2 操作线方程 (11)3.2.1.3 图解法确定理论塔板数 (11)3.2.2 全塔效率及实际塔板数 (12)3.2.2.1 全塔效率 (12)3.2.2.2 实际塔板数 (12)3.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (13)3.3.1操作压力 (13)3.3.2 操作温度 (13)3.3.3 平均摩尔质量 (13)3.3.4 液相和气相平均密度 (14)3.3.4.1 液相平均密度 (14)3.3.4.2 气相平均密度 (15)3.3.5 液相平均表面力 (15)3.3.6 液相平均粘度 (16)3.4 精馏塔塔体和塔板主要尺寸计算 (16)3.4.1 塔高和塔径 (16)3.4.1.1 精馏段 (17)3.4.1.2 提馏段 (18)3.4.2 塔板主要工艺尺寸的计算 (19)3.4.2.1 溢流装置 (19)3.4.2.2 塔板板面布置 (21)3.4.2.3 筛孔计算及排列 (22)3.5 塔板的流体力学验算 (22)3.5.1 阻力和单板压降校验 (23)3.5.1.1 精馏段 (23)3.5.1.2 提馏段 (24)3.5.2 雾沫夹带校验 (24)3.5.2.1 精馏段 (25)3.5.2.2 提馏段 (25)3.5.3 漏液校验 (25)3．5.3.1 精馏段 (25)3.5.3.2 提馏段 (25)3.5.4 液泛校验 (25)3.5.4.1 精馏段 (26)3.5.4.2 提馏段 (26)3.6负荷性能图 (26)3.6.1 精馏段负荷性能图 (26)3.6.1.1漏液线（气相负荷下限线） (26)3.6.1.2 液体流量下限线 (27)3.6.1.3 液体流量上限线 (28)3.6.1.4 雾沫夹带线 (28)3.6.1.5液泛线 (28)3.6.1.6 操作弹性 (30)3.6.2 提馏段负荷性能图 (30)3.6.2.1 漏液线（气相负荷下限线） (30)3.6.2.2 液体流量下限线 (31)3.6.2.3 液体流量上限线 (31)3.6.2.4 雾沫夹带线 (31)3.6.2.5 液泛线 (31)3.6.2.6 操作弹性 (32)3.7 精馏塔接管尺寸的计算 (32)3.7.1 进料管 (32)3.7.2 回流管 (33)3.7.3 塔顶蒸汽接管 (33)3.7.4 釜液排出管 (34)结束语 (35)参考文献 (31)附录Ⅰ符号说明 (32)致 (34)第1章总论1.1概述在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。

进料流量：F＝210kmol/h进料组成：X f=0.20（摩尔分率）进料热状态：泡点进料要求塔顶产品浓度X D=0.99易挥发组分回收率η≥0.99∴操作压强:P=1atm=0.1MPa=1.013×103KPa1.2 物料的进料热状态：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，即宜冷也进料。

但为使塔的操作稳定，免受季节气温的影响，常采用泡点进料。

这样，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。

综合考虑各方面因素，决定采用泡点进料，即q=1 。

1.3 回流比的确定：对于一定的分离任务，采用较大的回流比时，操作线的位置远离平衡线向下向对角线靠拢，在平衡线和操作线之间的直角阶梯的跨度增大,每层塔板的分离效率提高了，所以增大回流比所需的理论塔板数减少，反之理论塔板数增加。

但是随着回流比的增加，塔釜加热剂的消耗量和塔顶冷凝剂的消耗量液随之增加，操作费用增加，所以操作费用和设备费用总和最小时所对应的回流比为最佳回流比。

本次设计任务中，综合考虑各个因素，采用回流比为最小回流比的1.6倍。

即：R=1.6 Rmin3. 理论板数的确定3.1 物料衡算：∵η=DXDFXf∴D=ηFXf/XD=0.99×210×0.20/0.99=42 kmol/h∵F=D+W ∴W=F- D=210-42=168 kmol/h∵FXf = DXD+WXw∴Xw =(FXf-DXD)/W=(210×0.20-42×0.99)/168=0.00253.2 物系相平衡数据a. 基本物性数据b. 常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)3.3 确定回流比:根据甲醇—水气液平衡组成表和相对挥发度公式x 1y1xy --=α ，m a =求得：算得相对挥发度α=4.83 ∴平衡线方程为：y=αx1+(α-1)x=4.83x/(1+3.83x)因为泡点进料 所以 x e = X f =0.20 代入上式得 y e = 0.5470 ∴ R min =X D - y ey e - x e=(0.99-0.5470)/(0.5470-0.2)=1.2767∴ R=1.6 R min =1.6*1.2767=2.04273.4理论板数N T 的计算以及实际板数的确定 1）塔的汽、液相负荷L=RD=2.0427×42=85.792 kmol/hV=(R+1)D=(2.0427+1) ×42=127.79 kmol/hV ’=V=127.79 kmol/hL ’=L+F=85.792 kmol/h+210 kmol/h=295.792kmol/h 2）求操作线方程精馏段操作线方程： y=R R+1 x + X DR+1=0.6713x+0.3254提馏段操作线方程为:W X V WX V L y '''-==2.3147x-0.3)逐板计算法求理论板层数 精馏段理论板数：平衡线方程为：y=αx1+(α-1)x =4.83x/(1+3.83x)精馏段操作方程：y=R R+1 x + X DR+1=0.6713x+0.3254 由上而下逐板计算，自X 0=0.99开始到X i 首次超过X q =0.2时止 操作线上的点 平衡线上的点 （X 0=0.99,Y 1=0.99） (X 1=0.95, Y 1=0.99) （X 1=0.95,Y 2=0.97） （X 2=0.87,Y 2=0.97） （X 2=0.87,Y 3=0.91） （X 3=0.67,Y 1=0.91） （X 3=0.67,Y 4=0.78） （X 4=0.42,Y 4=0.78） （X 4=0.42,Y 5=0.61） （X 5=0.24,Y 5=0.61） （X 5=0.24,Y 6=0.49） （X 6=0.17,Y 6=0.49）因为X 6 时首次出现 X i <X q 故第6块理论版为加料版，精馏段共有5块理论板。

目录一、前言 (3)1.精馏与塔设备简介 (3)2.体系介绍 (3)3.筛板塔的特点 (4)4.设计要求: (4)二、设计说明书 (5)1.设计单元操作方案简介 (5)2.筛板塔设计须知 (5)3.筛板塔的设计程序 (6)三、设计计算书 (6)1.设计参数的确定 (6)1.1进料热状态 (6)1.2加热方式 (6)1.3回流比的选择 (7)1.4塔顶冷凝水的选择 (7)2.流程简介及流程图 (7)3.理论塔板数的计算与实际板数的确定 (8)3.1理论板数计算 (8)3.2操作温度的计算 (10)3.3热量衡算 (11)3.4全塔效率的计算 (11)3.5实际板层数的确定 (12)4.塔的工艺条件及物性数据计算 (12)5.塔板主要工艺参数确定 (17)5.1溢流装置 (17)5.2溢流堰长 (17)5.3出口堰高 (18)5.4降液管的宽度与降液管的面积： (18)5.5降液管底隙高度ho： (19)5.6塔板布置及筛孔数目与排列 (19)6.筛板的力学检验 (20)6.1塔板压降 (20)6.2筛板塔液面落差 (22)6.3液沫夹带 (22)6.4漏液 (22)6.5液泛 (23)7.塔板负荷性能图 (23)7.1雾沫夹带线 (23)7.2 液泛线 (24)7.3 液相负荷上限线 (25)7.4液相负荷下限线 (25)7.5漏液线（气相负荷下限线） (25)7.6操作弹性 (26)8. 辅助设备及零件设计 (27)8.1塔顶冷凝器（列管式换热器） (27)8.2釜式再沸器： (31)8.3原料预热器 (32)8.4管路设计 (32)8.5冷凝水泵 (34)四、设计结果汇总 (35)1.工艺计算 (35)2.辅助设备 (37)五、设计感想 (38)六、参考文献 (38)七、致谢 (39)一．前言1.精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。

西安交通大学制冷与低温技术原理精馏塔热力学设计概要（二）单位时间进入塔内的热量数应分别等于流出的热量数。

令hK 、hN2、hO2分别代表进塔空气、氮产品及氧产品在标准状态下1m3气体的焓值，单位kJ/Nm3；q3代表跑冷损失，单位kJ/Nm3空气。

式中VN2、VO2、VK已由物料衡算求得。

又氮、氧出塔皆为饱和蒸气，故hN2、h O2可查相平衡图得到，q3由经验取值，于是进塔空气的状态即可确定。

222OONNK3KKhVhVVqhV+=+3OKONKNK2222qhVVhVVh-+=下塔衡算L K 、L N 2分别代表液空、液氮的量，x N 2K 、x N 2N 分别代表液空及液氮的氮摩尔分数。

由物料平衡有：解上式得：2N K K L L V +=N N N K N K K N K 2222xL xL yV +⋅=⋅222222222N K N N K N K N N K KN N N K N KN N k x yL V x x y x L V x x ⎫-=⋅⎪-⎪⎬-⎪=⋅⎪-⎭(a)下塔物流示意图下塔衡算(a)下塔物流示意图根据下塔热量平衡有：q 31—下塔的跑冷损失，kJ/Nm 3空气；Q c 1—冷凝蒸发器的热负荷，kJ 。

若V K =1m 3，则有：q c 1为按每立方标米加工空气计的冷凝蒸发器热负荷。

L K 、L N 2已求得，h LN 、h LK 可由相平衡图查得。

1LN N LK K 13K K K 2CQh L h L q V h V ++=+211K 3K LK N LN ()Cq h q L h L h =+-+上塔衡算(b)上塔物流示意图由上塔物料平衡有：由上塔热量平衡得：q 32—上塔的跑冷损失，kJ/Nm 3空气；Q c 2—冷凝蒸发器的热负荷，kJ 。

若V K =1m 3，则有：将与比较，一般允许相差3%，表明塔的物料衡223K LN N LK K N N O O 22222CQ q V h L h L h V h V +++=+222N K N O L L V V +=+2222222O O N N K LK N LN 3Cq V h V h L h L h q =+---2222222ON K N O N N N K N N N )V yV yL xL x +=+1Cq 算和热量衡算基本正确。