甲醇-水体系浮阀精馏塔的设计
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原料：甲醇含量为30%（质量分数，下同）的泡点液体（泡点进料）
分离要求：塔顶甲醇含量不低于99%
塔底甲醇含量不高于0.7%
分工：陈剑；第一、二章计算工作
陈晓燕；第四、五章计算工作
姬龙印；总体的核算与录入工作
概述………………………………………………………7
第一章总体操作方案的确定
◆1.1操作压强的选择…………………………………9
1.2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。
即：R=1.6 Rmin
1.4塔釜加热方式：
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。
1.5回流的方式方法:
国内常用的浮阀有三种，即图1所示的F1型及图2所示的V-4型与T型。V-4型的特点是阀孔被冲压成向下弯的喷咀形，气体通过阀孔时因流道形状渐变可减小阻力。T型阀则借助固定于塔板的支架限制阀片移动范围。三类浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用。我国已有部颁标准（JB1118—68）。F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm的钢板冲成，阀质量约33g，轻阀用厚度1.5mm的钢板冲成，质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重罚。只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。
概述:
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。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。
浮阀塔的优点：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。
59.37
81.83
83.2
16.74
55.85
70.0
68.49
84.92
82.3
18.18
57.75
68.0
85.62
89.62
81.6
20.83
62.73
66.9
87.41
91.94
80.2
23.19
64.85
64.7
100
100
78.0
28.18
67.75
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
图1浮阀（F1型）图2浮阀（a）V-4型，（b）T型
一．总体操作方案的确定
1.1操作压强的选择：
精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。
对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度液会下降。对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。
3.4理论板数NT的计算以及实际板数的确定
3.4.1塔的汽、液相负荷
L=RD=1.9760×130.30=257.47kmol/h
V=(R+1)D=(1.9760+1)×130.30=387.77 kmol/h
V’=V=387.77 kmol/h
L’=L+F=257.47 kmol/h+670.44 kmol/h=927.91kmol/h
本次的课程设计任务是甲醇和水的体系，要想把低纯度的甲醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为甲醇和水的挥发度相差不大。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。
◆1.2物料的进料热状态………………………………9
◆1.3回流比的确定……………………………………10
◆1.4塔釜的加热方式…………………………………10
◆1.5回流的方式方法…………………………………10
第二章精馏的工艺流程图的确定……………………11
第三章理论板数的确定
◆3.1物料衡算…………………………………………12
∴Xw=(FXf-DXD)/W=(670.44×0.194-130.30×0.99)/474.24=0.00225
3.2物系相平衡数据
a.基本物性数据组分分式分子量沸点熔点
水
H2O
18.015
373.15K
273.15K
甲醇
CH3OH
32.040
337.85K
176.15K
b.常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)
浮阀塔是二十世纪五十年代初开发的一种新塔型。其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔处安置一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起、上升，孔速低时，阀片因自重而下降。阀片升降位置随气流量大小作自动调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下测水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。
但是，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作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
近几十年来，人们对浮阀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，因此设计浮阀塔比较合适。
但是，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作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
本次设计就是针对甲醇——水体系，而进行的常压浮阀精馏塔的设计及其辅助设备的选型。
由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。
第六章辅助设备及零件设计
◆5.1塔顶全凝器的计算及选型…………………………49
◆5.2塔底再沸器面积的计算及选型……………………53
◆5.3其他辅助设备计算及选型………………………….54
第七章参考文献…………………………………………61
前言
化学工业中塔设备是化工单元操作中重要的设备之一，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、增湿、减湿等单元操作中，精馏操作是最基本的单元操作之一，它是根据混合液中各组分的挥发能力的差异进行分离的。
，
求得：算得相对挥发度α=4.83
∴平衡线方程为：y= =4.83x/(1+3.83x)
因为泡点进料所以xe= Xf=0.194代入上式得ye= 0.5375
∴Rmin= =(0.99-0.5375)/(0.5470-0.194)=1.3173
∴R=1.5 Rmin=1.5*1.2767=1.9760
编号
潍坊学院
化工原理课程设计
学生姓名：陈剑、姬龙印、陈晓燕
学号：14、16、18
专业：应用化学
班级：本科2013级2班
指导教师：
2016年6月
化学化工学院
课程名称：化工原理课程设计
设计题目：甲醇-水体系浮阀精馏塔的设计
设计任务：甲醇-水体系
设计条件及任务：
生产能力：年处理甲醇—水混合液10万吨（开工率300天/年）
t
X
y
t
x
y
100
0
0
77.8
29.09
68.01
92.9
5.31
28.34
76.7
33.33
69.18
90.3
7.67
40.01
76.2
35.13
69.18
88.9
9.26
43.53
73.8
46.20
77.56
86.6
12.57
48.31
72.7
52.92
79.71
85.0
13.15
54.55
71.3
液体回流可借助位差采用重力回流或用泵强制回流。采用重力回流可节省一台回流泵，节省设备费用，但用泵强制回流，便于控制
回流比。考虑各方面综合因素，采用重力回流。
二.精馏的工艺流程图的确定
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。
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。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。
浮阀塔的特点：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。
分离要求：塔顶甲醇含量不低于99%
塔底甲醇含量不高于0.7%
分工：陈剑；第一、二章计算工作
陈晓燕；第四、五章计算工作
姬龙印；总体的核算与录入工作
概述………………………………………………………7
第一章总体操作方案的确定
◆1.1操作压强的选择…………………………………9
1.2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。
即：R=1.6 Rmin
1.4塔釜加热方式：
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。
1.5回流的方式方法:
国内常用的浮阀有三种，即图1所示的F1型及图2所示的V-4型与T型。V-4型的特点是阀孔被冲压成向下弯的喷咀形，气体通过阀孔时因流道形状渐变可减小阻力。T型阀则借助固定于塔板的支架限制阀片移动范围。三类浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用。我国已有部颁标准（JB1118—68）。F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm的钢板冲成，阀质量约33g，轻阀用厚度1.5mm的钢板冲成，质量约25g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重罚。只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。
概述:
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。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。
浮阀塔的优点：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。
59.37
81.83
83.2
16.74
55.85
70.0
68.49
84.92
82.3
18.18
57.75
68.0
85.62
89.62
81.6
20.83
62.73
66.9
87.41
91.94
80.2
23.19
64.85
64.7
100
100
78.0
28.18
67.75
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
图1浮阀（F1型）图2浮阀（a）V-4型，（b）T型
一．总体操作方案的确定
1.1操作压强的选择：
精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。
对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度液会下降。对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。
3.4理论板数NT的计算以及实际板数的确定
3.4.1塔的汽、液相负荷
L=RD=1.9760×130.30=257.47kmol/h
V=(R+1)D=(1.9760+1)×130.30=387.77 kmol/h
V’=V=387.77 kmol/h
L’=L+F=257.47 kmol/h+670.44 kmol/h=927.91kmol/h
本次的课程设计任务是甲醇和水的体系，要想把低纯度的甲醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为甲醇和水的挥发度相差不大。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。
◆1.2物料的进料热状态………………………………9
◆1.3回流比的确定……………………………………10
◆1.4塔釜的加热方式…………………………………10
◆1.5回流的方式方法…………………………………10
第二章精馏的工艺流程图的确定……………………11
第三章理论板数的确定
◆3.1物料衡算…………………………………………12
∴Xw=(FXf-DXD)/W=(670.44×0.194-130.30×0.99)/474.24=0.00225
3.2物系相平衡数据
a.基本物性数据组分分式分子量沸点熔点
水
H2O
18.015
373.15K
273.15K
甲醇
CH3OH
32.040
337.85K
176.15K
b.常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)
浮阀塔是二十世纪五十年代初开发的一种新塔型。其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔处安置一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起、上升，孔速低时，阀片因自重而下降。阀片升降位置随气流量大小作自动调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下测水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。
但是，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作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
近几十年来，人们对浮阀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，因此设计浮阀塔比较合适。
但是，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作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
本次设计就是针对甲醇——水体系，而进行的常压浮阀精馏塔的设计及其辅助设备的选型。
由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望各位老师指出，以便订正。
第六章辅助设备及零件设计
◆5.1塔顶全凝器的计算及选型…………………………49
◆5.2塔底再沸器面积的计算及选型……………………53
◆5.3其他辅助设备计算及选型………………………….54
第七章参考文献…………………………………………61
前言
化学工业中塔设备是化工单元操作中重要的设备之一，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、增湿、减湿等单元操作中，精馏操作是最基本的单元操作之一，它是根据混合液中各组分的挥发能力的差异进行分离的。
，
求得：算得相对挥发度α=4.83
∴平衡线方程为：y= =4.83x/(1+3.83x)
因为泡点进料所以xe= Xf=0.194代入上式得ye= 0.5375
∴Rmin= =(0.99-0.5375)/(0.5470-0.194)=1.3173
∴R=1.5 Rmin=1.5*1.2767=1.9760
编号
潍坊学院
化工原理课程设计
学生姓名：陈剑、姬龙印、陈晓燕
学号：14、16、18
专业：应用化学
班级：本科2013级2班
指导教师：
2016年6月
化学化工学院
课程名称：化工原理课程设计
设计题目：甲醇-水体系浮阀精馏塔的设计
设计任务：甲醇-水体系
设计条件及任务：
生产能力：年处理甲醇—水混合液10万吨（开工率300天/年）
t
X
y
t
x
y
100
0
0
77.8
29.09
68.01
92.9
5.31
28.34
76.7
33.33
69.18
90.3
7.67
40.01
76.2
35.13
69.18
88.9
9.26
43.53
73.8
46.20
77.56
86.6
12.57
48.31
72.7
52.92
79.71
85.0
13.15
54.55
71.3
液体回流可借助位差采用重力回流或用泵强制回流。采用重力回流可节省一台回流泵，节省设备费用，但用泵强制回流，便于控制
回流比。考虑各方面综合因素，采用重力回流。
二.精馏的工艺流程图的确定
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。
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。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。
浮阀塔的特点：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大20%～40%，与筛板塔接近。
