XX大学化学工程学院
化工原理课程设计
——分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔
设计者: 贺水流
学号：1043082025
班级：过控一班
：
： 286409969qq..
指导教师：夏素兰
设计时间：2013.1.5—2013.2.20
XX大学化学工程学院
Sichuan Institute of Chemical Technology
一、设计任务
设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔
原料液：
组成：甲醇45% 水55%
处理量：4000kg/h
温度：30˚C
馏出液：
组成：甲醇99.5%
残液：
组成：甲醇1.5%（均为质量百分数）
操作压力：常压连续操作
二、背景介绍
1 . 精馏原理
精馏过程的基础是混合液组分间挥发度的差异，而塔内的气、液“回流”则是沿塔高不断进行气、液传质实现精馏的必要条件。
沿塔流动的气、液相每经过一块塔板都将发生一次气相的部分冷凝和液相的部分气化，气、液相组成随之发生一次改变，使气相中轻组分得到一次增浓，液相中重组分得到一次增浓。其结果最终可在塔顶得到轻组分含量很高的蒸气相（馏出液）产品，而在塔底得到重组分含量很高的釜液产品，从而实现混合液体的高纯度分离。
利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图3-1所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。
2 . 板式塔作用原理
板式塔是在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动力下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。
板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内沿塔高装有若干层塔板，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
与填料塔相比，板式塔具有压降较大；空塔气速较大；较稳定，效率较高；持液量较大；液气比适应X围较大；安装检修较容易；大直径时造价较低等优点。
3 . 浮阀塔
浮阀塔是板式塔的一种，是在泡罩塔和筛孔塔的基础上发展形成的。自20世纪50年代问世后，迅速在石油化工行业得到推广，至今仍为应用最广的塔板结构。
在塔板上按一定方式开有若干个阀孔，将浮阀本身带有的几根阀腿插入阀孔后，再将阀腿的底脚旋转90˚，用以限制浮阀开度同时防止阀片被气体吹走。阀片周边有几个冲出的略向下弯的定距片，静止时，浮阀靠定距片与塔板点接触坐落在阀孔上，可避免停工后阀片与板面间的粘连。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，可增加气液两相的接触时间；浮阀的开度随气量变化，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，可避免漏液现象的发生；在高气量时，阀片自动浮动，开度较大，使气速不致过大，从而可避免过量液沫夹带现象的发生。
浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。因此，浮阀塔具有性能稳定、操作弹性大、塔板效率高的优点。
浮阀主要有V型和T型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大20%～40%；气体两个极限负荷比为5～6，操作弹性大；板效率比泡罩塔高10%～15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，常用于初浓段的重水生产过程。
三、工艺流程图
四、精馏塔的设计
1 . 全塔物料衡算
（1）原料液、馏出液及残液的摩尔分数和平均摩尔质量的计算
原料液的质量百分率：45%F a = 馏出液的质量百分率： 99.5%D a =
残液的质量百分率： 1.5%W a = 甲醇的摩尔质量：kmol kg M A /32= 水的摩尔质量：kmol kg M B /18= 则原料液的摩尔分数： /32
/32(1)/18
F F F F a z a a =
+-
平均摩尔质量：()32118F F F M z z =⨯+-⨯ 馏出液的摩尔分数：/32
/32(1)/18
D D D D a x a a =
+-
平均摩尔质量：()32118D D D M x x =⨯+-⨯ 残液的摩尔分数： /32
/32(1)/18
W W W W a x a a =
+-
平均摩尔质量：()32118W W W M x x =⨯+-⨯ 计算得到：0.3152F z =0.9912D x =0.0085W x =
22.413/F M kg kmol =31.876/D M kg kmol =18.119/W M kg kmol =
（2) 原料液、馏出液及残液的摩尔流率计算
40004000
178.472/22.413
F F kmol h M =
== 178.472F D W =+= (1)
0.99120.0085178.4720.3152F D W Fz Dx Wx D W =+=+=⨯ (2)
(1)、（2）联立，解出D=55.701kmol /h ， W=122.772kmol/h
2 . 加料热状态参数q 值的确定 （1）进料液、馏出液、残液的温度确定
因为是冷液进料，所以塔顶温度即为塔顶组成的泡点温度，塔底温度即为塔底组成的露点温度。
4-2-1：
A B 假设甲醇和水物系视为理想溶液物系，根据拉乌尔定律:
000
B A A B P P x P P -=-与0A
A A
x y P P =，常压连续操作，故P=101.3kPa ，根据表4-2-1中数据计算不同温度对应的组分x,y 后列表。
甲醇——水溶液（101.3kPa ）的t-x （y ）关系表4-2-2： t/℃ 64.5 70 75 80 85 90 95
100
根据上表做出甲醇和水的t-x （y ）关系图:
甲醇—水体系t-x （y ）图
由甲醇—水体系t-x （y ）图可查得：
原料液组成0.3152F z =时，其泡点温度81.85b t C =︒； 馏出液组成0.9912D x = 时，其泡点温度63.5D t C =︒；
残液组成0.0085W x =时，其露点温度C t W ︒=98。
（2）q 值的计算
在平均温度()81.8530/255.925C +=︒下，由《化工原理（上册）》附录12查得甲醇、水的摩尔比热容，由附录13查得甲醇、水的摩尔气化潜热，其相关物性数据如下：
甲醇的摩尔比热容 2.7553288.16/()pA c kJ kmol C =⨯=⋅︒ 甲醇的摩尔气化潜热1117.23235750.4/A kJ kmol γ=⨯= 水的摩尔比热容 4.1771875.188/()pB c kJ kmol C =⨯=⋅︒ 水的摩尔气化潜热2364.51842561/B kJ kmol γ=⨯=
假设该体系满足恒摩尔流假设。
原料液的平均摩尔比热容()179.275/()pm pA F pB F c c z c z kJ kmol C =+-=⋅︒ 平均气化潜热(1)40414.5/m A F B F z z kJ koml γγγ=+-=
()79.275(81.8530)1 1.101740414.5m pm b F V F V L m c t t I I q I I γγ+--⨯-===+=-
其中，t b 与t F 分别为原料液的泡点温度和进料温度。
（3）q 线方程式
q 线方程：10.832 3.09911
F z q
y x x q q =
-=---① 3 . 最小回流比的计算 （1）相对挥发度的计算
由于前面已经假设物系为理想溶液，则相对挥发度可用P
P
B
A 00=
α计算。
查《化学化工物性手册》得到甲醇和水在相应温度下的饱和蒸汽压：
当81.85b t t C ==︒时，甲醇的饱和蒸汽压191.46o
A P kPa =
水的饱和蒸汽压51.59o
B P kPa =
此温度下相对挥发度191.46
3.71151.59o A F o B P P α===
当63.5D t t C ==︒时，甲醇的饱和蒸汽压90.29o
A P kPa = 水的饱和蒸汽压21.95o
B P kPa =
此温度下相对挥发度：90.29
4.11321.95
o A D o B P P α===
当C t t W ︒==98时，甲醇的饱和蒸汽压351.53o
A P kPa =
水的饱和蒸汽压 101.33o
B P kPa =
此温度下相对挥发度：351.53
3.469101.33
o A W o B P P α===
则，精馏段相对挥发度为：' 3.91α==
提留段相对挥发度为：'' 3.78α=== 全塔相对挥发度为：'''
3.91 3.78
3.762
2
ααα++=
=
= （2）平衡方程式
相平衡方程：1 3.761(1)1 2.76n n
n n n
x x y x x αα+=
=+-+②
或 3.76 2.76n
n n
y x y =
-③
（3）最小回流比的计算
联立q 线方程①与相平衡方程②（或②），解得 0.3477d x =，0.6674d y = 最小回流比min 0.99120.6674
1.01260.66740.3477
D d d d x y R y x --=
==--
（4）实际回流比的计算
全回流的最少理论板数：
min
10.991210.0085lg[()()]lg[()()]110.99120.00857.15lg lg 3.76
W D D W x x
x x N α----===
根据实验和生产数据统计，一般最适宜回流比的X 围为min )2~2.1(R R =。 取不同的回流比R ，得到相应的X 值，列于表中，查吉利兰图，得到相应的Y 值，根据公式min
1Y N N Y
+=-计算得到N ，将所得结果列表：
由上表做出图象，如下图所示：
取0.2=R ，R/Rmin=1.97503
N -N m i n
N +1
图10-22 吉利兰图
4 . 精馏段和提馏段的气、液流量 (1) 精馏段内气、液流量
精馏段内气、液的摩尔流率：
2.055.7111.401/L RD kmol h ==⨯=
111.40155.7167.101/V L D kmol h =+=+=
（2）提馏段内气、液流量
故提馏段内气、液的摩尔流率：
'111.401 1.107178.472308.025/L L qF kmol h
=+=+⨯=()'1167.101(1 1.107)178.472185.253/V V q F kmol h =--=--⨯=
5 . 塔板数的计算 （1）逐板计算法
相平衡方程：1 3.761(1)1 2.76n n
n n n
x x y x x αα+=
=+-+
或 3.76 2.76n
n n
y x y =
-（1）
精馏段操作线方程：10.6670.330411
D n n n x R
y x x R R +=
+=+++ （2） 提馏段操作线方程：'
1''
1.6630.0056W n n n Wx L y x x V V
+=-=- （3）
由式（2）与式（3）联立求解得两操作线交点坐标
0.3373q x =0.5553q y =
下面由式（1）与式（2）交替使用确定精馏段理论板数。计算过程如下： 第1块板上升的蒸气组成 10.9912D y x == 第1块板下降的液体组成1x 由式（1）计算 10.9912
0.96753.76 2.760.9912
x =
=-⨯
第2块板上升的气相组成2y 由式（2）计算 20.6670.96750.55530.9754y =⨯+= 第2块板下降的液体组成 20.9754
0.91323.76 2.760.9754
x =
=-⨯
第3块板上升的气相组成 30.6670.91320.55530.9392y =⨯+= 第3块板下降的液体组成 30.9392
0.80393.76 2.760.9392
x =
=-⨯
第4块板上升的气相组成 40.6670.80390.55530.8663y =⨯+= 第4块板下降的液体组成 40.8663
0.63253.76 2.760.8663
x =
=-⨯
第5块板上升的气相组成 50.6670.63250.55530.7521y =⨯+= 第5块板下降的液体组成 50.7521
0.44623.76 2.760.7521
x =
=-⨯
第6块板上升的气相组成 60.6670.44620.55530.6279y =⨯+= 第6块板下降的液体组成 60.6279
0.30953.76 2.760.6279
x ==-⨯
因6q x x <，所以第6块板为加料板，第6块板之前为精馏段，之后为提馏段。 下面由式（1）与式（3）交替使用确定提馏段理论板数。计算过程如下：
第7块板上升的气相组成由式（3）计算 7 1.6630.30950.00560.5090y =⨯-= 第7块板下降的液体组成由式（1）计算 70.509
0.21593.76 2.760.509
x =
=-⨯
第8块板上升的气相组成 8 1.6630.21590.00560.3533y =⨯-= 第8块板下降的液体组成 80.3533
0.12673.76 2.760.3533
x =
=-⨯
第9块板上升的气相组成 9 1.6630.12670.00560.2051y =⨯-= 第9块板下降的液体组成 90.2051
0.06413.76 2.760.2051
x =
=-⨯
第10块板上升的气相组成 10 1.6630.06410.00560.101y =⨯-= 第10块板下降的液体组成 100.101
0.0293.76 2.760.101
x =
=-⨯
第11块板上升的气相组成 11 1.6630.0290.00560.0426y =⨯-=
第11块板下降的液体组成 110.0426
0.01173.76 2.760.0426
x =
=-⨯
第12块板上升的气相组成 12 1.6630.01170.00560.0138y =⨯-= 第12块板下降的液体组成 120.0138
0.00373.76 2.760.0138
x ==-⨯
因W x x <12，故总理论板数为12块，精馏段5块板，第6块板为进料板。
每块塔板上气、液相组成列入下表：
塔板序号 气相组成y
液相组成x 1 0.9912 0.9675 2 0.9754 0.9132 3 0.9392 0.8039 4 0.8663 0.6325 5 0.7521 0.4462 6 0.6279 0.3095 7 0.5090 0.2160 8 0.3533 0.1267 9 0.2051 0.0641 10 0.1010 0.0290 11 0.0426 0.0117 12
0.0138
0.0037
（2）塔效率
奥—康奈尔关联法，对精馏塔，采用挥发度α与液相粘度L μ的乘积为参数来表示全塔效率T E 。
奥—康奈尔关联式：245.0)(49.0-=L T E αμ 式中：α——全塔的相对挥发度
L μ——精馏段与提馏段的平均粘度
i i L x μμ∑=（其中i x 为加料中i 组分的摩尔分数，i μ为液相中i 组分的粘度）
由于塔顶温度63.5D t C =︒ 塔底温度C t W ︒=98 取塔底和塔顶的平均温度63.598
80.7522
D w t t t C ++=
==︒为定性温度，则 甲醇的粘度0.275L A mPa s μ=⋅ 水的粘度0.352LB mPa s μ=⋅
则，(1)0.2750.31520.352(10.3152)0.3277L LA F LB F z z mPa s μμμ=+-=⨯+⨯-=⋅
当80.75t C =︒时，甲醇的饱和蒸汽压185.31o
A P kPa = 水的饱和蒸汽压 48.89o
B P kPa =
此平均温度下相对挥发度185.31
3.7948.89
o A o B P P α===
%4646.0)332.077.3(49.0245.0==⨯=-T E
（3）实际塔板数的计算
实际塔板数为1227T P P N N N =+=
精馏段15
10.760.4646
P N =
=，取111P N =块
提馏段27
15.070.4646
P N == ， 取216P N = 块
故，实际精馏段塔板数为11块，第12块为进料板，提馏段塔板数为16块，总的实际塔板数为27块（包括再沸器）。
6(2) 精馏段塔径的计算 （1） . 汽液相体积流率的计算
A .气、液相平均摩尔质量的计算
塔顶组成10.9911D y x ==10.9675x =
塔顶气相平均摩尔质量()113211831.876/DV M y y kg kmol =⨯+-⨯=
塔顶液相平均摩尔质量()113211831.5445/DL M x x kg kmol =⨯+-⨯= 进料板组成0.6279F y =0.3095F x =
加料板气相的平均摩尔质量()3211826.79/FV F F M y y kg kmol =⨯+-⨯= 加料板液相的平均摩尔质量()3211822.333/FL F F M x x kg kmol =⨯+-⨯= 塔底组成120.0138y =120.0037x =
塔底气相的平均摩尔质量()12123211818.193/WV M y y kg kmol =⨯+-⨯= 塔底液相的平均摩尔质量()12123211818.052/WL M x x kg kmol =⨯+-⨯= 则，
精馏段气相的平均摩尔质量31.87626.79
29.333/22
DV FV V M M M kg kmol ++=
== 精馏段液相的平均摩尔质量31.54522.333
26.939/22
DL FL L M M M kg kmol ++===
提馏段气相的平均摩尔质量18.19326.79
'22.492/22
WV FV V M M M kg kmol ++===
提馏段液相的平均摩尔质量18.05222.333
'20.192/22
WL FL L M M M kg kmol ++===
B . 平均密度的计算
a . 液相平均密度的计算
由《化工原理（上册）》附录5，附录8 查得，
63.5D t C =︒时，甲醇的密度3764.9/DA kg m ρ= 水的密度
3988.2/DB kg m ρ=
81.85F t C =︒时，甲醇的密度3732.07/FA kg m ρ= 水的密度3
970.2/FB kg m ρ=
98W t C =︒时，甲醇的密度3714.68/WA kg m ρ= 水的密度
3958.4/WB kg m ρ=
混合液体的密度计算公式
∑
=i
i
a ρρ
1
塔顶，液相密度311
765.765/10.99510.995
764.9988.2D D
D DA
DB
kg m a a ρρρ=
==--++
进料板，液相密度311
846.32/10.4510.45
732.07970.2F F F FA FB
kg m a a ρρρ=
==--++
塔底，液相密度311953.52/10.01510.015
714.68958.4W W
W WA
WB
kg m a a ρρρ=
==--++
所以，精馏段液体的密度3765.765846.32
806.04/22
D F
L kg m ρρρ++=
=
=
提馏段液体的密度3953.52846.32
'899.92/22
W F L kg m ρρρ++===
b . 气相平均密度的计算 精馏段气体的密度3101.32529.333
1.121/8.314(46.75273.15)
V V m PM kg m RT ρ⨯=
==⨯+ 其中，定性温度T m =(63.5+30)/2=46.75℃ 提馏段气体的密度3'101.32522.492
'0.811/8.314(64273.15)
V V m PM kg m RT ρ⨯=
==⨯+ 其中，定性温度T m =(98+30)/2=64℃
C . 精馏段内气、液相的体积流量
精馏段内气、液的体积流率： 气体体积流率3167.129.33
4374.323/1.121
V
s V
VM V m h ρ⨯=
=
=
液体体积流量3111.426.94
3.723/806.04
L
s L
LM L m h ρ⨯=
=
=
提馏段内气、液的体积流率： 气体体积流率'''
3'185.2522.49
6122.14/0.811
V
s V
V M V m h ρ⨯=
=
=
液体体积流量'''
3'308.0320.19
6.91/899.92
L
s L
LM L m h ρ⨯==
=
(2)液相平均表面X 力的计算
液相表面X 力的计算)(∑=i i x σσ
63.5D t C =︒时，甲醇的表面X 力316.89510/DA N m
σ-=⨯
水的表面X 力365.93310/DB
N m σ
-=⨯
C t F ︒=5.79时，甲醇的表面X 力3
19.6710/FA N m σ-=⨯
水的表面X 力372.610/FB
N m
σ
-=⨯
98W t C =︒时，甲醇的表面X 力310.1310/WA N m σ-=⨯
水的表面X 力354.2410/WB
N m
σ-=⨯
则：
塔顶组成的表面X 力：3
(1)17.3310/D D DA D DB x x N m σσσ-=+-=⨯ 进料板组成的表面X 力：3
(1)55.9210/F F FA F FB x x N m σσσ-=+-=⨯ 塔底组成的表面X 力：3
(1)53.8710/W W WA W WB x x N m σσσ-=+-=⨯
则，精馏段液相平均表面X 力：336.6210/2D F
N m σσσ-+==⨯
提馏段液相平均表面X 力：3'54.8910/2
W F
N m σσσ-+=
=⨯
（3）精馏段塔径及相关尺寸计算
0.5
0.5
3.72806.040.02283437
4.32 1.121s L s
V L V ρρ⎛⎫⎛⎫
== ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭
根据《化工原理（下册）》P139页表11.2，估取板间距为400T H mm =，由于一般常压塔取mm h L 100~50=，取板上清液层高度80L h mm =，则
0.50.080.42T L H h m -=-=。
由
5
.0)(V
L s s V L ρρ 和 L T h H -的值，在《化工原理（下册）
》P142页，史密斯关联图上查得200.062C =
则液泛气速：
0.20.5
0.20.520200.0366806.62 1.12()()0.062 1.88/0.02 1.12L V f V u C m s ρρσσρ--⎛⎫⎛⎫
=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
气体流通截面上的适宜气速f u u )85.0~6.0('= 取泛点气速'0.80.8 1.88 1.5/f u u m s ==⨯= 气体流通截面积'2
'/36004374.32/36000.8111.5s V A m u ===
则，
塔径为 1.02D m =
=根据标准塔径圆整为1.2m ，由浮阀塔间距标准查得塔径为1.2m 时的板间距可取400mm ，因此，假设的板间距可用。
降液管所占塔板面积与截面面积之比T f A A /的计算
此精馏塔的溢流形式选择单流型，一般单流型可取8.0~6.0/=D l w ，取
/0.6615w l D =，由弓形降液管的参数图查得/0.14d W D =/0.078f T A A =。
因为T
T f
A A A A '1-=，所以得到2
0.907T A m =
此时，塔径为 1.076D m == 圆整得D=1.2m ，则：
实际塔板面积221.134A D m π
==操作气速 1.075/s V u m s A
==
溢流装置相关计算
堰长0.70.794W L D m ==
堰高0.072W L OW h h h m =-=按标准取堰高h W =0.079m
其中，23
2.840.0081000S OW W L h E m L ⎛⎫
== ⎪⎝⎭
由L S /（L W ）2.5=6.63 由流液收缩系数计算图查得E=1
由前面计算知：降液管宽度W d =0.168m 降液管面积A f =0.071m 2
液体在降液管中的停留时间
26.53f T S
A H s
L τ=
= 大于5s ，故满足要求。
降液管的底隙高度
000.0163'
S
W L h m L u =
= 其中，通过降液管底隙的液体流速
u0’=0.08m/s
凹形受液盘深度h 0’取为0.05m 塔板布置
边缘区宽度Wc 取为0.05m 安定区宽度Ws 取为0.075m
开孔区（鼓泡区）面积2122sin 0.726180x Aa r m r π
-⎡⎤
⎛⎫== ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
其中：()0.3572d s D x W W =
-+=0.552
c D
r W =-= 浮阀个数及其排列
取F 1型浮阀，其阀孔直径d 0=39mm
初取阀孔动能因子09F u ==
则，阀孔气速u 0=8.5m/s 阀孔个数2
00
4119.7S
V n d u π=
=圆整取n=121 拟定浮阀按等腰三角形叉排厚度δ=3mm 阀孔中心距t ’=75mm 相邻两排间距80'
a
A t mm nt =
= 根据塔板上浮阀的实际分布（如下图1）出实际浮阀个数N=117。
精馏段塔板版面布置及浮阀分布图1
由实际浮阀数计算下列参数： 阀孔气速02
048.72/S
T V u m s d N
π=
=动能因子009.22T F u ==在适宜的X 围内 塔板开孔率2
0100%12.4%
d N D φ⎛⎫
=⨯= ⎪⎝⎭
一般对常压塔%14~%10=φ，则满足要求。
精馏段塔高()1114P T Z N H m =-=
（4）提馏段塔径及相关尺寸的计算
0.5
0.5
'' 6.91899.920.0377''6122.140.811s L s
V L V ρρ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭
根据《化工原理（下册）》P139页表11.2，估取板间距为400T H mm =，由于一般常压塔取mm h L 100~50=，取板上清液层高度90L h mm =，则
0.50.090.41T L H h m -=-=。
由
0.5
''()''s L s V
L V ρρ 和 L T h H -的值，在《化工原理（下册）》P142页，史密斯关联图上查得200.063C = 则液泛气速：
0.20.5
0.20.52020''0.0552899.920.811()()0.063 2.56/'0.020.811L V f V u C m s ρρσσρ--⎛⎫⎛⎫
=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
气体流通截面上的适宜气速f u u )85.0~6.0('= 取泛点气速'0.750.75 2.56 1.92/f u u m s ==⨯= 气体流通截面积'2
''/36006122.14/36000.8821.92s V A m u ===
则，塔径为' 1.06D m =
=根据标准塔径圆整D ’=1.2m ，由浮阀塔间距标准查得塔径为1.2m 时的板间距可取400mm ，因此，假设的板间距可用。
降液管所占塔板面积与截面面积之比T f A A /的计算
此精馏塔的溢流形式选择单流型，一般单流型可取8.0~6.0/=D l w ，取
/0.662w l D =，由弓形降液管的参数图查得/0.14d W D =/0.078f T A A =。
因为T
T f
A A A A '1-=，所以得到2
0.9564T A m =
甲醇—水分离过程填料精馏塔设计 1.设计方案的确定 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。甲醇常压下的沸点为64.7℃，故可采用常压操作。用30℃的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。甲醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中，设计中选用金属环矩鞍DN50填料。 2.精馏塔的物料衡算 2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量： M 甲 =32.04kg/kmol 水的摩尔质量: M 水 =18.02kg/kmol X F =(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324 X D =(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995 X W =(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.0028 2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F =0.324*32.04+(1-0.324)*18.02=22.56kg /kmol M D =0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmol M W =0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kg/kmol 2.3物料衡算 原料处理：q n,F =3000/22.56=132.98 kmol/h 总物料衡算: 30.728=q n,D +q n,W 甲醇物料衡算: 132.98*0.324=0.995 q n,D +0.0028q n,W 解得: q n,D =43.05kmol/h q n,W =89.93kmol/h 3塔板数的确定 3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数. 3.1.1由以知的甲醇-水物系的气液平衡数据,绘出x-y图.
化工原理课程设计甲醇-水混合物常压精馏塔设计
设计任务书 (4) 概述及设计方案简解 (5) 设计条件及主要物性参数 (8) 工艺设计计算 (9) 精馏塔示意图（CAD版） (28) 辅助设备选型 (29) 设计结果汇总表 (32) Aspen模拟校核 (33) 设计评述 (37) 参考书 (39) 主要符号说明 (39)
图解法图 .......................................................................................................................... 附图1温度组成图 ...................................................................................................................... 附图2精馏流程图 ...................................................................................................................... 附图3负荷性能图 ................................................................................................................ 附图4、5塔板板面布置设计 .......................................................................................................... 附图6塔结构示意图 .................................................................................................................. 附图7
课程设计--甲醇—水精馏装置设计
海南大学 化学工程与工艺专业 化工单元设备设计 说明书 题目：甲醇—水精馏装置设计 设计小组第十五组 成员（学号）：邱婷婷（025）程椿茗（003） 年级：10级化工1班 指导教师：张德拉李进 完成日期：2013 年06 月20 日
化工单元设备设计任务书15 甲醇---水精馏装置设计 一、设计题目 试设计一座甲醇—水连续精馏装置,要求年产纯度为95%的甲醇17000吨,塔底馏出液中含甲醇不得高于2%,原料液含甲醇45%(以上均为质量百分数)。 二、设计条件 （一）精馏塔 （1）塔顶压力 4KPa（表） （2）进料热状态自选 (3)回流比自选 (4)塔底加热蒸汽压力 0.3MPa（表） (5)单板压降≤0.7KPa （6）全塔效率 E T=52% （7）塔板类型——筛板或浮阀塔板（F1型） （二）换热器 ——配置于精馏装置中的预热器冷凝器冷却器再沸器等选一设计 （1）加热介质——饱和水蒸汽0.3MPa（绝）； （2）冷却介质——冷却循环水，进口温度30℃，出温度40℃； （3）换热器允许压降≯5 10Pa； （4）换热器类型——标准型列管式或板式换热器。 三、工作日 每年工作300天，每天24小时连续运行。 四、生产厂址 海南洋浦工业开发区 五、设计内容
甲醇-水连续板式筛板精馏塔设计说明书（一）选择合适的精馏塔 （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的计算； （5）塔板的主要工艺尺寸的计算； （6）塔板的流体力学验算与塔板负荷性能图； （7）精馏塔接管尺寸计算； （8）绘制精馏装置工艺流程图； （9）绘制精馏塔设计条件图； （10）对设计过程的评述和有关问题讨论。 （二）选择合适的换热的 （1）确定设计方案 ——选择换热器类型；流动空间及流速的确定。 （2）确定物性数据 （3）估算传热面积 （4）工艺结构尺寸 （5）换热器核算 （6）绘制换热器设计示意图； （7）对换热器设计过程的评述和有关问题讨论。 六、编写设计说明书 （一）封面 （二）目录 （三）总论 （四）装置流程：——装置流程图与流程叙述 （五）换热器设计 （六）精馏塔设计 （七）设计评述与小结 （八）设计绘图 ——精馏装置工艺流程图；精馏塔设计条件图；换热器设计示意图。 （九）参考文献
XX大学化学工程学院 化工原理课程设计 ——分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔 设计者: 贺水流 学号：1043082025 班级：过控一班 ： ： 286409969qq.. 指导教师：夏素兰 设计时间：2013.1.5—2013.2.20 XX大学化学工程学院 Sichuan Institute of Chemical Technology
一、设计任务 设计题目：分离甲醇—水混合液的浮阀精馏塔 原料液： 组成：甲醇45% 水55% 处理量：4000kg/h 温度：30˚C 馏出液： 组成：甲醇99.5% 残液： 组成：甲醇1.5%（均为质量百分数） 操作压力：常压连续操作 二、背景介绍 1 . 精馏原理 精馏过程的基础是混合液组分间挥发度的差异，而塔内的气、液“回流”则是沿塔高不断进行气、液传质实现精馏的必要条件。 沿塔流动的气、液相每经过一块塔板都将发生一次气相的部分冷凝和液相的部分气化，气、液相组成随之发生一次改变，使气相中轻组分得到一次增浓，液相中重组分得到一次增浓。其结果最终可在塔顶得到轻组分含量很高的蒸气相（馏出液）产品，而在塔底得到重组分含量很高的釜液产品，从而实现混合液体的高纯度分离。 利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图3-1所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。
课程设计说明书 课程名称： 设计题目： 院系： 学生姓名： 学号： 专业班级： 指导教师： 年月日
课程设计任务书 设计题目 学生姓名所在院系专业、年级、班 设计要求： 学生应完成的工作： 参考文献阅读： 工作计划： 任务下达日期：年月日 任务完成日期：年月日 指导教师（签名）：学生（签名）：
指导教师评语： 课程设计报告成绩：，占总成绩比例： 课程设计其它环节成绩： 环节名称：，成绩：，占总成绩比例： 环节名称：，成绩：，占总成绩比例： 环节名称：，成绩：，占总成绩比例： 总成绩： 指导教师签字： 年月日本次课程设计负责人意见： 负责人签字： 年月日
摘要:化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。float valve tower(column) 以浮阀作为塔盘上气液接触元件的一种板式塔。塔盘主要由塔板、溢流堰、受液盘及降液管组成。塔板上装有一定数量的浮阀，按等腰三角形或正方形排列，浮阀用支腿在塔盘上定位并予以导向。浮阀盖在阀孔上，气体依靠压力使浮阀升起并鼓泡而穿过液层，进行气液两相传。浮阀塔板在蒸气负荷、操作弹性、效率和造价等方面都比较优越。 浮阀塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备为减少对传质的不利影响可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。浮阀塔多用不锈钢板或合金制成，使用碳刚的比率较少。实际操作表明，筛板塔在一定程度的漏夜状态下操作使其板效率明显下降其操作的负荷范围较袍罩塔窄，但良好的塔其操作弹性仍可达到2-3。蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。精馏是典型的化工操作设备之一。进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,到能独立进行化工设计初步训练，为以后从事设计工作打下坚实的基础。 目录 前言 (5) 1设计方案的确定 (5) 2精馏塔的物料衡算 (6) 2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (6) 2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (7) 2.3物料衡算 (7) 3塔板数的确定 (8) 3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数 (9)
化工原理课程设计任务书 一、设计题目及任务 设计题目：甲醇-水溶液连续精馏塔设计 试设计一座甲醇-水溶液连续精馏塔，年产量为15000+（学号×1000）吨，要求甲醇产品产品纯度为98%、99%、99.5%（1-10号同学数据为98%；11-20号同学数据为99%；21-30号同学数据为99.5%），塔顶易挥发组分的回收率为99%,原料液中含甲醇40%（以上均为质量分数）。 二、操作条件 （1）操作压力常压（2）进料热状态 20℃（3）回流比自选（4）塔底加热蒸汽压力（表压）（5）年实际生产时间 7200h （6）其他参数（除给出外）可自选 三、塔板类型 自选 四、设计内容 （1）精馏塔的工艺计算 （2）工艺流程图及主体设备图 五、设计说明书内容 （1）目录（2）设计题目及原始数据（任务书）（3）设计方案的确定及流程说明（4）精馏塔的物料衡算 （5）塔板数的确定（用图解法求理论板数需提供用坐标纸绘制甲醇-水溶液的y-x图）（6）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 （7）精馏塔的工艺尺寸计算（包括塔底、塔板） （8）塔体的流体力学验算（9）辅助装置的选定 （10）设计结果概要或设计一览表（主要设备尺寸、衡算结果等） （11）对设计过程的评述和有关问题的讨论 （12）符号表（13）设计参考资料 （14）图纸（1号图594×841；二号图420×594，实际打印时可以缩小打印） 1、带控制点及物流量的工艺流程图；2号图 2、精馏塔总体结构图（包括主要工艺尺寸、技术特性、接管表、重要附件图等）；1号图
目录 1设计题目及原始数据 (1) 1.1设计题目：甲醇-水溶液连续精馏塔设计 (1) 1.2操作条件 (1) 2设计方案的确定及流程说明 (1) 2.1塔设备的选定 (1) 2.1.1浮阀塔 (2) 2.2.2浮阀类型 (2) 2.2进料热状态 (3) 2.3进料方式 (3) 2.3塔顶冷凝方式 (3) 2.4回流方式 (3) 2.5塔釜加热方式 (3) 2.6总流程说明 (4) 3精馏塔工艺计算 (4) 3.1精馏塔的物料衡算 (4) 3.1.1摩尔流量衡算 (4) 3.1.2质量流量衡算 (5) 3.2 相对挥发度的计算 (6) 3.3 最小回流比及操作回流比的确定 (7) 4塔板数的确定 (7)
- -- 郑州轻工业学院 ——化工原理课程设计说明书 课题：甲醇和水的分离 学院：材料与化学工程学院 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 目录 第一章流程确定和说明 (2)
1.1.加料方式 (2) 1.2.进料状况 (2) 1.3.塔型的选择 (2) 1.4.塔顶的冷凝方式 (3) 1.5.回流方式 (3) 1.6.加热方式 (3) 第二章板式精馏塔的工艺计算 (3) 2.1物料衡算 (4) 2.3 塔板数的确定及实际塔板数的求取 (5) 2.3.1理论板数的计算 (5) 2.3.2求塔的气液相负荷 (6) 2.3.3温度组成图与液体平均粘度的计算 (6) 2.3.4 实际板数 (7) 2.3.5试差法求塔顶、塔底、进料板温度 (8) 第三章精馏塔的工艺条件及物性参数的计算 (9) 3.1 平均分子量的确定 (9) 3.2平均密度的确定 (10) 3.3. 液体平均比表面积张力的计算 (12) 第四章精馏塔的工艺尺寸计算 (13) 4.1气液相体积流率 (13) 4.1.1 精馏段气液相体积流率： (13) 4.1.2提馏段的气液相体积流率： (14) 第五章塔板主要工艺尺寸的计算 (15) 5.1 溢流装置的计算 (15) 5.1.1 堰长 (15) 5.1.2溢流堰高度： (15) 5.1.3弓形降液管宽度 (16) 5.1.4 降液管底隙高度 (16) 5.1.5 塔板位置及浮阀数目与排列 (17) 第六章板式塔得结构与附属设备 (25) 6.1附件的计算 (25) 6.1.1接管 (25) 6.1.2 冷凝器 (30) 6.1.3再沸器 (30) 第七章参考书录 (31) 第八章设计心得体会 (31)
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 学号： 设计时间：2014.5.20----2014.6.20 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 （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
前言 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。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。负荷调节范围可以在30%～110%，筛板塔的调节范围在70%～100%； 4)液体滞留量少，启动和负荷调节速度快； 5)可节约能源。由于阻力小，空气进塔压力可降低0.07MPa左右，因而使空气压缩能耗减少6.5%左右； 6)塔径可以减小。 此外，应用规整填料后，由于当量理论塔板的压差减小，全精馏制氩可能实现，氩提取率提高10%～15%。 本文以甲醇和水的混合液为研究对象，因为甲醇和水在常压下相对挥发度较大，较易分离。根据物理性质，操作条件等因素条件下选用泡点进料，塔顶再沸器和塔顶回流的方式，将甲醇和水进行分离的填料精馏塔。 本课程设计者能力有限，在设计中难免会有不足之处，恳请老师和读者给予批评指正。
《化工原理课程设计》报告 10000kg/h 甲醇~水 精馏装置设计
一、概述 (3) 1.1 设计依据 (3) 1.2 技术来源 (3) 1.3 设计任务及要求 (3) 二、计算过程 (4) 1 设计方案及设计工艺的确定 (4) 1.1 设计方案 (4) 1.2.设计工艺的确定 (4) 1.3、工艺流程简介 (4) 2. 塔型选择 (5) 3. 操作条件的确定 (5) 3.1 操作压力 (5) 3.2 进料状态 (5) 3.3加热方式的确定 (6) 3.4 热能利用 (6) 4. 有关的工艺计算 (6) 4.1精馏塔的物料衡算 (9) 4.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 4.1．2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (10) 4.1.3物料衡算 (10) 4.2 塔板数的确定 (10) 4.2.1 理论板层数NT的求取 (10) 4.2.3 热量衡算 (12) 4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (14) 4.3.1 操作压力的计算 (14) 4.3.2 操作温度的计算 (14) 4.3.3 平均摩尔质量的计算 (15) 4.3.4 平均密度的计算 (15) 4.3.5 液相平均表面张力的计算 (16) 4.3.6 液体平均粘度的计算 (17) 4.4 精馏塔的塔底工艺尺寸计算 (18) 4.4.1塔径的计算 (18) 4.4.2 精馏塔有效高度的计 (19) 4.5 塔板主要工艺尺寸的计算 (19) 4.5.1溢流装置的计算 (19) 4.5.2 塔板布置 (21) 4.6 筛板的流体力学验算 (24) 4.6.1 塔板压降 (24) 4.6.2 液面落差 (25) 4.6.3 液沫夹带 (26) 4.6.4 漏液 (26) 4.6.5 液泛 (27) 4.7 塔板负荷性能图 (27) 4.7.1、液漏线 (27)
甲醇-水连续精馏塔的设计 1.概述 1.1设计题目 在抗生素类药物生产过程中，需要用丙酮溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，其组成为含丙酮 55％ 。为使废甲醇溶媒重复使用，拟建立一套板式精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精馏。得到含水量≤0.5%的甲醇溶液。设计要求废甲醇溶媒的处理量为13500吨/年，塔底废水中丙酮含量≤0.5％（质量分数）。 1.2操作条件 1.2.1塔顶压力 常压 1.2.2进料热状态 泡点进料 1.2.3回流比 2倍 1.2.4塔底加热蒸气压力 0.5Mpa （表压） 1.2.5单板压降 ≤0.7kPa 1.2.6塔板类型 筛板塔 1.2.7工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。 2.设计内容 2.1本设计任务为分丙酮——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加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。该物系塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储。 2.2 精馏塔的物料衡算 2.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率： 丙酮的摩尔质量A M =323kg/kmol 水摩尔质量B M =18.02 kg/kmol F x = 0.55/320.4070.55/320.45/18.02 =+ D x =0.915/320.9140.915/320.05/18.02 =+ W x =0.1/320.05880.01/32.0.9/18.02=+ 2.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =0.407*32+0.593*18.02=23.698 kg/kmol D M =0.914*32+0.086*18.02=30.796 kg/kmol W M =0.0588*32+0.9412*18.02=18.82 kg/kmol
10000kg/h 甲醇~水精馏装置设计
一、概述..................................................... 错误!未定义书签。 设计依据................................................ 错误!未定义书签。 技术来源................................................ 错误!未定义书签。 设计任务及要求.......................................... 错误!未定义书签。 二、计算过程................................................. 错误!未定义书签。 1 设计方案及设计工艺的确定............................... 错误!未定义书签。 设计方案............................................ 错误!未定义书签。 .设计工艺的确定.......................................... 错误!未定义书签。 、工艺流程简介........................................... 错误!未定义书签。 2. 塔型选择.............................................. 错误!未定义书签。 3. 操作条件的确定........................................ 错误!未定义书签。 操作压力............................................ 错误!未定义书签。 进料状态............................................ 错误!未定义书签。 加热方式的确定....................................... 错误!未定义书签。 热能利用............................................ 错误!未定义书签。 4. 有关的工艺计算........................................ 错误!未定义书签。 精馏塔的物料衡算......................................... 错误!未定义书签。 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.................... 错误!未定义书签。 ．2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量................. 错误!未定义书签。 物料衡算............................................. 错误!未定义书签。 塔板数的确定............................................ 错误!未定义书签。 理论板层数NT的求取................................. 错误!未定义书签。 热量衡算............................................ 错误!未定义书签。 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.................... 错误!未定义书签。 操作压力的计算...................................... 错误!未定义书签。 操作温度的计算...................................... 错误!未定义书签。 平均摩尔质量的计算.................................. 错误!未定义书签。
目录 1 绪论 0 设计意义 0 塔设备类型简介 0 塔设备的开展状况及方向 (1) 塔设备选型及要求 (1) 设计步骤 (2) 本章小结 (2) 2 精馏塔工艺设计计算 (3) 精馏塔全塔物料衡算 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (3) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (3) 物料衡算 (3) 最小回流比确实定 (4) 塔板数确实定 (5) N的求取 (5) 理论板数 T N的求取 (6) 实际塔板数p 精馏塔有关物性数据的计算 (6) 平均温度计算 (6) 平均密度计算 (7) 混合液体外表张力计算 (9) 2.4.4 混合液体粘度计算 (12) 混合液的相对挥发度计算 (12) 气液相体积流量计算 (12) 塔体工艺尺寸计算 (13) 塔径的计算 (13) 塔体有效高度的计算 (15) 塔板工艺尺寸计算 (15) 溢流装置的设计计算 (15) 塔板布置及筛孔数目与排列 (17) 塔板流体力学验算 (19) 气相通过浮阀塔板的压降 (19) 淹塔 (20) 物沫夹带量 (21) 塔板性能负荷图 (22) 物沫夹带线 (22) 液泛线 (23) 液相负荷上限线 (25) 漏液线 (25) 液相负荷下限线 (25)
塔板结构 (29) 矩形板 (29) 通道板 (30) 弧形板 (30) 受液盘 (31) 凹形受液盘 (31) 液封盘 (31) 降液板 (32) 支持板和支持圈 (32) 紧固件结构 (32) 3.6 塔盘机械计算 (34) 塔盘的载荷 (34) 塔盘板的允许挠度 (34) 矩形板稳定性校核 (34) 通道板稳定性校核 (38) 本章小结 (39) 4 辅助装置及附件设计 (40) 接管设计 (40) 进料管 (40) 回流管 (41) 塔釜出料管 (41) 塔顶蒸气出料管 (42) 塔釜进气管 (43) 法兰 (43) 除沫器设计 (43) 设计气速的选取 (44) 除沫器直径计算 (45) 吊柱 (45) 吊柱的选型 (45) 吊柱的结构 (45) 人孔 (46) 裙座 (47) 裙座选材 (47) 裙座的结构 (47) 操作平台和扶梯 (49) 本章小结 (49) 5 塔的强度设计和稳定性校核 (50) 设计条件 (50) 塔总体高度计算 (50) 其他主要条件 (50) 5.2 按计算压力计算塔体和封头的厚度 (51)
目录 一、概述------------------------------------------------2 二、工艺计算--------------------------------------------2 1．设计参数的确定---------------------------------------2 2．设计计算---------------------------------------------3 3. 塔板数的确定-----------------------------------------3 4. 浮阀塔的工艺尺寸确定---------------------------------5 5. 塔板的流体力学验算----------------------------------12 6．塔板负荷性能图及操作弹性的确定----------------------14 7．辅助设备及零件设计----------------------------------18 8．设计计算结果总汇------------------------------------22 三、课程设计心得---------------------------------------23 参考文献------------------------------------------------23 附图 甲醇－水体系精馏浮阀塔的设计
一、概述 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。 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。 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。 图1 浮阀（F1型）图2 浮阀（a）V-4型，（b）T型 二、工艺计算 1.设计参数的确定 (1)设计条件： 进料量:F=200kmol/h; 进料组成：X =0.25; f 进料温度:泡点进料; (2)设计要求： 塔顶产品X =0.99; D 回收率η=99%。
浮阀精馏塔甲醇水化工原理课程设 计 浮阀精馏塔甲醇水化工原理课程设计 甲醇水化是一种重要的化工反应，广泛应用于化学工业中。浮阀精馏塔是甲醇水化反应的常用设备，其原理和设计对提高甲醇水化反应的效率和质量具有重要意义。本文将探讨浮阀精馏塔甲醇水化工原理课程设计的相关内容。 一、浮阀精馏塔的原理 浮阀精馏塔是一种典型的精馏设备，能够对多种化学物质进行分离和纯化。其基本原理是依据不同物质的沸点差异，在分层的过程中分离出不同纯度的物质。浮阀精馏塔由塔体、下塔、冷凝器和加热器等部分组成，其中塔体是实现分离的主要部分。 浮阀精馏塔中，液体从塔底进入塔体顶部，然后在塔体中间柱板上形成薄层流，流动到下一个柱板并和从下面进入的气体进行接触，由于气体和液体的性质不同，就会发生蒸发和冷凝的过程，其中蒸发的组分会随着气体升到上一柱板继续进行分离，冷凝的组分则落回下一柱板。这样，物质就在塔体中不断上升和下降，最终在塔顶部和下塔进行分离。 在浮阀精馏塔中，浮阀的作用是控制液位，防止各级柱板之间发生混合，确保塔体的分离效果。在液面上方安装的浮阀
会随着液位的变化而上升和下降，从而控制进入塔体的液体流量。如果液位过高，浮阀会阻碍液体的进入，从而保持一定高度的液位；如果液位过低，浮阀会打开，促进液体的进入，保持一定的液位。 二、甲醇水化反应原理 甲醇水化是一种将甲醇和水在一定条件下进行反应，生成甲醇醇解液（甲醇和水的混合物）。反应的化学方程式是 CH3OH+H2O=CH3OH2+，反应的过程中需要一定的催化剂和温度条件。 甲醇水化反应是一种比较复杂的反应过程，其反应原理主要包括以下几个部分：首先是甲醇和水的分子结构，甲醇的分子中带有羟基，而水的分子中带有氢键，二者可以相互吸引，形成氢键，产生甲醇醇解液；其次是催化剂的作用，催化剂可以加速化学反应的速度，提高反应的效率；最后是反应的温度和压力条件，温度和压力的变化可以影响反应的速度和方向，从而影响甲醇水化反应的质量和产量。 三、浮阀精馏塔甲醇水化工原理课程设计 浮阀精馏塔甲醇水化工原理课程设计主要涉及到浮阀精馏塔和甲醇水化反应两方面的内容。具体设计步骤如下： 1.浮阀精馏塔的结构设计：根据实际需求，设计符合甲醇水化反应要求的塔体结构，包括塔体、柱板、液位测定器以及浮阀等。在设计中需要考虑液体和气体流动的特点，选择合适的材料和接口，确保塔体的可靠性和耐用性。
南京工业大学 《化工原理》课程设计 设计题目 常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生姓名 陈献富 班级、学号 化工070313 指导教师姓名 刘晓勤、王晓东 课程设计时间2010年6月14日-2010年6月25日 课程设计成绩 指导教师签字
化学化工学院 课程名称化工原理课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生姓名周佳佳专业化学工程与工艺 班级学号1001090605 设计日期2010 年6 月14 日至2009 年6 月25日 设计条件及任务： 设计体系：甲醇－水体系 设计条件： 进料量：F= 200 kmol/h 进料浓度：Z F= 0.35 （摩尔量分数） 进料状态：q= 1.08 操作条件： 塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。 塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃； 塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用3kgf/cm2(表压)水蒸汽 全塔效率：E T = 52% 分离要求：X D= 0.995（质量分数）；X W= 0.002（质量分数）； 回流比：R/R min =1.6 指导教师刘晓勤、王晓东 2010年6月11日
目录 绪论 (1) 1.精馏简介 (1) 2.塔设备简介 (1) 3.体系介绍 (2) 4.设计要求 (2) 第一节概述 (3) 1.1精馏操求作对塔设备的要求 (3) 1.2板式塔类型 (3) 1.2.1筛板塔 (3) 1.2.2浮阀塔 (3) 1.2.3泡罩塔 (3) 1.3设计单元操作方案简介 (4) 1.4精馏塔的设计简介 (4) 1.4.1 筛板塔设计须知 (4) 1.4.2 筛板塔的设计程序 (4) 第二节设计方案的初步确定 (5) 2.1操作条件的确定 (5) 2.1.1操作压力 (5) 2.1.2进料状态 (5) 2.1.3加热方式 (5) 2.1.4冷却剂与出口温度 (5) 2.1.5回流比 (6) 2.1.6热能的利用 (6) 2.2确定设计方案的原则 (6) 2.3操作流程简图 (7) 第三节板式精馏塔的工艺参数计算 (8) 3.1 物料衡算与操作线方程 (8) 3.2 理论塔板数的计算与实际板数的确定 (10) 3.2.1理论板数的计算 (10) 3.2.1实际板数的确定 (11) 3.3操作压强的计算 (11) 3.4操作温度的计算 (11) 3.5塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 (12) 3.5.1密度及流量 (12) 3.5.2液相表面张力的确定： (13) 3.5.3液体平均粘度计算 (13) 第四节板式塔主要尺寸的设计计算 (14)
化工原理课程设计 题目浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计 学生姓名学号 教学院系化学化工学院 专业年级2009 指导教师职称 单位 完成日期2012 年7 月 5 日 目录 一设计任务................................................. 错误!未定义书签。 1.设计题目浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计......... 错误!未定义书签。
2.工艺条件.............................................. 错误!未定义书签。二设计内容................................................. 错误!未定义书签。 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图（见附图）。........... 错误!未定义书签。 2.工艺参数的确定........................................ 错误!未定义书签。 2.1基础数据......................................... 错误!未定义书签。 2.2全塔的物料衡算................................... 错误!未定义书签。 2.3塔板数的确定..................................... 错误!未定义书签。 2.4实际塔板数的确定................................. 错误!未定义书签。 2.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............. 错误!未定义书签。 3.主要设备的工艺尺寸计算................................ 错误!未定义书签。 3.1塔径计算......................................... 错误!未定义书签。 3.2板间距........................................... 错误!未定义书签。 3.3精馏塔有效高度的计算............................. 错误!未定义书签。 3.4 溢流装置计算..................................... 错误!未定义书签。 3.5 塔盘布置......................................... 错误!未定义书签。 4.流体力学计算.......................................... 错误!未定义书签。 4.1流体力学验算..................................... 错误!未定义书签。 4.2 塔板操作负荷性能图............................... 错误!未定义书签。 5 主要附属设备设计计算及选型........................... 错误!未定义书签。 5.1塔顶全凝器的计算及选型........................... 错误!未定义书签。 5.2接管尺寸的计算................................... 错误!未定义书签。 5.3进料管线管径..................................... 错误!未定义书签。 5.4进料泵的选择..................................... 错误!未定义书签。三精馏塔的设计计算结果汇总一览表........................... 错误!未定义书签。四主要符号................................................. 错误!未定义书签。五参考文献................................................. 错误!未定义书签。 一设计任务 1. 设计题目浮阀式连续精馏塔及其主要附属设备设计
XX 工业大学 《化工原理》课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生XX 陈献富班级、学号化工070313 指导教师XXX 晓勤、王晓东 课程设计时间2010年6月14日-2010年6月25日 课程设计成绩
指导教师签字 化学化工学院 课程名称化工原理课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生XX周佳佳专业化学工程与工艺 班级学号1001090605 设计日期2010 年6 月14 日至2009 年6 月25日 设计条件及任务： 设计体系：甲醇－水体系 设计条件： 进料量：F= 200 kmol/h 进料浓度：Z F= 0.35 （摩尔量分数） 进料状态：q= 1.08 操作条件： 塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。 塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃； 塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用3kgf/cm2(表压)水蒸汽全塔效率：E T = 52% 分离要求：X D= 0.995（质量分数）；X W= 0.002（质量分数）；
回流比：R/R min =1.6 指导教师X晓勤、王晓东 2010年6月11日 目录 绪论1 1.精馏简介1 2.塔设备简介2 3.体系介绍2 4.设计要求3 第一节概述4 1.1精馏操求作对塔设备的要求4 1.2板式塔类型4 1.2.1筛板塔4 1.2.2浮阀塔5 1.2.3泡罩塔5 1.3设计单元操作方案简介5 1.4精馏塔的设计简介6 1.4.1 筛板塔设计须知6 1.4.2 筛板塔的设计程序6 第二节设计方案的初步确定7 2.1操作条件的确定7 2.1.1操作压力7 2.1.2进料状态8 2.1.3加热方式8 2.1.4冷却剂与出口温度8 2.1.5回流比8