甲醇-水精馏化工原理课程设计

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 (2)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 (3)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 (5)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 (7)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 (11)第四章精馏塔的工艺尺寸计算 (12)4.1气液相体积流率 (12)4.1.1 精馏段气液相体积流率： (12)4.1.2提馏段的气液相体积流率： (13)第五章塔板主要工艺尺寸的计算 (14)5.1 溢流装置的计算 (14)5.1.1 堰长 (14)5.1.2溢流堰高度： (15)5.1.3弓形降液管宽度 (15)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 (16)第六章板式塔得结构与附属设备 (24)6.1附件的计算 (24)6.1.1接管 (24)6.1.2 冷凝器 (27)6.1.3再沸器 (28)第七章参考书录 (28)第八章设计心得体会 (29)第一章流程确定和说明1.1.加料方式加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。

采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流速和流量，通过重力加料，可以节省一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用相应增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速不太稳定，流速不太稳定，从而影响了传质效率，但结构简单，安装方便。

甲醇水精馏塔化工原理课程设计本文将介绍一门关于“甲醇水精馏塔化工原理课程设计”的学习内容，该课程设计将涉及到许多重要的化工原理和技术应用方面。

本文将主要从以下几个方面进行介绍：一、课程设计背景甲醇和水是常见的有机溶剂和溶媒，广泛应用于化学工业、食品工业、医药工业等诸多领域。

但甲醇和水的相互溶解度较低，难以用简单的混合物方法来进行分离。

因此，需要采用精馏技术对甲醇水混合物进行分离与提纯，而甲醇水精馏塔就是典型的精馏设备。

本课程设计就是为了让学生深入了解甲醇水精馏塔的化工原理和工艺操作，并掌握甲醇水分离的关键技术。

二、课程设计内容本课程设计的主要内容包括理论学习和实验操作两部分。

具体来说，理论学习将介绍甲醇水混合物的化学性质、相图、相平衡、相接触、塔、节流和板面效应等理论基础知识，并通过相应的实验操作来加深学生的理解。

实验操作将包括设备组装、实验前检查、实验过程控制和实验后数据处理等环节，以培养学生的实验技能和实际操作能力。

三、课程设计任务本课程设计的主要任务是让学生了解甲醇水精馏塔的化工原理和工艺操作，在此基础上能够独立设计和操作精馏设备，实现甲醇和水混合物的高效分离和提纯。

具体而言，学生需要完成以下任务：1. 研究甲醇水混合物的相图，掌握不同温度下甲醇和水的相互溶解度和相变情况；2. 根据甲醇水混合物的相平衡数据，设计合适的塔板数和塔壳直径，以实现甲醇和水的有效分离；3. 设计甲醇水精馏塔的流程图和操作流程，确保操作步骤合理且安全；4. 根据实验数据，计算塔效和塔效影响因素，并分析其影响和解决方法；5. 总结课程设计过程中遇到的问题和方法，撰写相关实验报告和课程设计论文。

四、课程设计意义本课程设计不仅能够深入学习甲醇和水的化学性质和相互关系，也可以了解甲醇水精馏塔的精细操作技术和机理原理，从而加深对化工实践的理解和认识。

同时，学生还可以在实验操作中培养实际能力和团队配合能力，为今后从事化工实践和科研工作奠定坚实基础。

目录摘要 (3)Abstract (3)引言 (1)第1章设计条件与任务 (2)1.1设计条件 (2)1.2设计任务 (2)第2章设计方案的确定 (3)2.1操作压力 (3)2.2进料方式 (3)2.3加热方式 (3)2.4热能的利用 (3)第3章精馏塔的工艺设计 (5)3.1全塔物料衡算 (5)3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 (5)3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 (5)3.1.3物料衡算进料处理量 (5)3.1.4物料衡算 (5)3.2实际回流比 (6)3.2.1最小回流比及实际回流比确定 (6)3.2.2操作线方程 (7)3.2.3汽、液相热负荷计算 (7)3.3理论塔板数确定 (7)3.4实际塔板数确定 (7)3.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 (8)3.5.1操作压力计算 (8)3.5.2操作温度计算 (8)3.5.3平均摩尔质量计算 (8)3.5.4平均密度计算 (9)3.5.5液体平均表面张力计算 (10)3.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11)3.6.1塔径计算 (11)3.6.2精馏塔有效高度计算 (13)第4章塔板工艺尺寸的计算 (14)4.1精馏段塔板工艺尺寸的计算 (14)4.1.1溢流装置计算 (14)4.1.2塔板设计 (15)4.2提馏段塔板工艺尺寸设计 (15)4.2.1溢流装置计算 (15)4.2.2塔板设计 (16)4.3塔板的流体力学性能的验算 (16)4.3.1精馏段 (16)4.3.2提馏段 (18)4.4板塔的负荷性能图 (19)4.4.1精馏段 (19)4.4.2提馏段 (21)第5章板式塔的结构 (23)5.1塔体结构 (23)5.1.1塔顶空间 (23)5.1.2塔底空间 (23)5.1.3人孔 (23)5.1.4塔高 (23)5.2塔板结构 (24)第6章附属设备 (24)6.1冷凝器 (24)6.2原料预热器 (24)第7章接管尺寸的确定 (26)7.1蒸汽接管 (26)7.1.1塔顶蒸汽出料管 (26)7.1.2塔釜进气管 (26)7.2液流管 (26)7.2.1进料管 (26)7.2.2回流管 (26)7.2.3塔釜出料管 (26)第8章附属高度确定 (28)8.1筒体 (28)8.2封头 (28)8.3塔顶空间 (28)8.4塔底空间 (28)8.5人孔 (28)8.6支座 (28)8.7塔总体高度 (28)第9章设计结果汇总 (30)设计小结与体会 (32)参考文献 (33)摘要课程设计不同于平时的作业，在设计中需要我们自己做出决策，即自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要求自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

甲醇-水分离过程板式精馏塔的设计1.设计方案的确定本设计任务为分离甲醇和水混合物。

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，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。

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1.8倍。

塔釜采用间接蒸汽加热①。

2.精馏塔的物料衡算2.1.原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量M A=32.04kg/kmol水的摩尔质量M B=18.02 kg/kmolx F=0.46/32.040.324 0.46/32.040.54/18.02=+x D=0.95/32.040.914 0.95/32.040.05/18.02=+x W=0.03/32.040.0171 0.03/32.040.97/18.02=+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(10.324)*18.0222.56+-=kg/kmol M D=0.914*32.04(10.914)*18.0230.83-=kg/kmol M W=0.0171*32.04(10.0171)*18.0218.26+-=kg/kmol 2.3.物料衡算原料处理量F=30000*1000184.724*300*22.56=kmol/h总物料衡算184.7=D+W甲醇物料衡算184.7*0.324=0.914D+0.0171W 联立解得D=63.21 kmol/hW=121.49 kmol/h3.塔板数的确定3.1.理论塔板层数N T的求取3.1.1.由手册查的甲醇-水物系的气液平衡数据温度饱和蒸汽压（甲醇）kPa 饱和蒸汽压（水）kPa 64.5 101.3 25.00370 125.1458 31.15775 150.8157 38.54480 180.667 47.34385 215.19957.80890 254.946970.09595 300.48384.513100 352.4169101.3由上数据可绘出x-y图和t-x(y)图。

《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)4.7.2、液沫夹带线 (28)4.7.3、液相负荷下限线 (29)4.7.4、液相负荷上限线 (29)4.7.5、液泛线 (29)5.热量衡算 (32)5.1塔顶换热器的热量衡算 (33)5.2塔底的热量计算 (33)5.3、热泵的选型 (36)5.4、塔底料液和热蒸气预热进料液 (36)5.5、水蒸汽加热进料液 (37)三、辅助设备的计算及选型 (38)（一）、管径的选择 (38)1、加料管的管径 (38)2、塔顶蒸汽管的管径 (38)3、回流管管径 (38)4、料液排出管径 (39)（二）、泵的选型 (39)1、原料液进入精馏塔时的泵的选型 (39)2、塔顶液体回流所用泵的型号 (39)(三)、储罐选择 (40)1、原料储槽 (40)2、塔底产品储槽 (40)3、塔顶产品储槽 (40)四、费用的计算 (41)（一）设备费用的计算 (41)1、换热器费用的计算 (41)2、精馏塔的费用计算 (42)泵的费用 (42)储槽费用 (42)输送管道费用 (43)分液槽费用 (44)（二）操作费用的计算 (44)1、热蒸汽的费用 (44)2、冷却水的费用 (44)3、泵所用的电费 (44)4、总费用 (44)参考文献 (45)主要符号说明 (46)对本设计的评述 (49)一、概述塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，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。

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。

化工原理课程设计设计题目：甲醇水分离精馏塔设计班级：学号：甲醇-水分离过程精馏塔的设计(一)设计题目甲醇-水分离过程精馏塔的设计（二）操作条件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，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，以对废甲醇溶媒进行精馏。

设计要求及条件如下：1．处理量：（23000+80×1）吨/年2. 料液组成（质量分数）：含甲醇45%、水55%3. 塔顶产品组成（质量分数）：含水量≤0.3%4. 塔底沸水中甲醇含量（质量分数）：≤0.5%5．操作压力：常压6．进料热状态：泡点进料7．回流比：2R min8．塔底加热蒸气压力0.3Mpa（表压）（三）塔板类型浮阀塔（四）工作日每年工作日为330天7920小时，每天24小时连续运行（五）设计内容1、设计说明书的内容1)设计方案的确定及流程说明2) 精馏塔的物料衡算；3) 塔板数的确定；4) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；5) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算；6) 塔板主要工艺尺寸的计算；7) 塔板的流体力学验算；8) 塔板负荷性能图；9) 设计结果一览表；10) 板式塔的结构计算；11) 附属设备的计算机选型；12) 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) 绘制精馏塔的工艺图（A3号图纸）；3) 绘制塔板构造图（A3号图纸）。

目录1 设计方案的确定说明书及工艺流程草图 ............................................................................... 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 ....................................................................................................................... 2 3塔板数的确定........................................................................................................................... 2 3.1理论板层数T N 的求取 (2)3.1.1 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 ............................................................................... 4 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 全塔相对挥发度 ............................................................................................... 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 ............................................................................................................... 5 4.3 平均摩尔质量计算 ....................................................................................................... 5 4.4 平均密度计算 (6)4.4.1 气相平均密度计算 ........................................................................................... 6 4.4.2 液相平均密度计算 ........................................................................................... 6 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)6.1.1 堰长W l .............................................................................................................. 9 6.1.2 溢流堰高度W h ................................................................................................. 9 6.1.3 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 . (10)6.2塔板布置及浮阀数目与排列 (10)6.3 浮阀塔的型号选取.................................................................... 错误！未定义书签。

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)4.1塔的有效高度和板间距的初选 (14)4.1.1塔有效高度 (14)4.2 塔径 (14)第五节板式塔的结构 (16)5.1 塔的总体结构 (16)5.2 总塔高度 (16)5.2.1塔顶空间H D (16)5.2.2塔底空间 (16)5.2.3整体塔高 (16)5.2.4人孔数 (16)5.3 塔板结构 (16)5.3.1溢流装置 (16)5.3.2弓形降液管宽度W d和面积A f (17)h (18)5.3.3降液管底隙高度5.3.4塔板布置及筛孔数目与排列 (18)5.4.筛板的力学检验 (19)5.4.1塔板压降 (19)5.4.2液面落差 (20)5.4.3液沫夹带 (20)5.4.4漏液 (21)5.4.5液泛 (21)5.5.塔板负荷性能图 (21)5.5.1漏液线 (21)5.5.2液沫夹带线 (22)5.5.3液相负荷下限线 (23)5.5.4液相负荷上限线 (23)5.5.5液泛线 (23)5.5.6操作弹性 (24)第六节设计结果汇总 (26)第七节精馏装置的附属设备 (28)7.1 管壳式换热器的设计与选型 (28)7.1.1塔顶冷凝器（列管式换热器） (28)7.1.2进料预热器 (31)7.2 再沸器 (32)7.3 管件 (33)7.3.1塔釜残液出料管 (33)7.3.2塔顶回流液管 (33)7.3.4塔釜再沸器蒸汽进口管 (33)7.3.5塔顶蒸汽进冷凝器进口管 (34)7.3.6塔顶冷凝水管 (34)7.4冷凝水泵的选择 (34)7.5除沫器 (35)7.6裙座 (35)附表 (36)1、常压下甲醇-水气液平衡组成与温度关系 (36)2、理论塔板数计算（MATLAB程序）： (36)3、进料、塔顶及塔釜温度—组成的插值计算（MATLAB程序） (37)4、史密斯关联图 (38)参考文献及设计手册 (38)设计感想 (39)感谢 (40)绪论1.精馏简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是一种属于传质分离的单元操作。

化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇—水系统甲醇回收设计者：专业：学号：指导老师：厦门大学化学工程与生物工程系200 年月日厦门大学化学工程与生物工程系化工原理课程设计任务书设计题目：15000吨/年甲醇—水系统甲醇回收精馏塔设计设计条件：泡点进料，塔顶压强109.5kPa，冷却水温28℃，加热蒸汽压力0.2 MPa（表压）处理量：15000吨/年进料浓度：19%甲醇（质量）处理要求：塔顶浓度≥98.5% （质量）塔底浓度≤0.2% （质量）年工作小时：7200小时专业：学号：姓名：指导老师：201 年月日目录设计方案简介 (4)工艺设计说明 (4)精馏塔的设计计算 (6)精馏塔工艺计算 (9)精馏塔主要工艺设计 (14)填料塔结构设计 (19)塔附件的选型与设计 (23)设计结果概要 (31)塔强度设计和稳定校核 (31)参考文献 (40)结束语 (40)设计方案简介精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在石油化工等工业中得到广泛应用。

精馏过程在能量剂或质量剂推动下，使气液两项多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。

根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。

本方案设计了一座填料精馏塔并采用连续精馏方式来完成回收甲醇的任务。

工艺设计说明1.塔型选择一个精馏塔的分离能力或分离出的产品纯度如何，与原料体系的性质、操作条件以及塔的性能有关。

实现精馏过程的气、液传质设备，主要有两大类，板式塔和填料塔。

本设计选取的是填料塔，填料塔结构简单、装置灵活、压降小、持液量少、生产能力大、分离效率高、耐腐蚀，而且易于处理易起泡、易热敏、易结垢物系。

近年来由于填料塔结构的改进，新型的高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以及性能稳定的特点。

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。

4.3.2 前言在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。

塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。

所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。

塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。

以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。

近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。

因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。

在某些场合还代替了传统的板式塔。

如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。

随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。

板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、操作弹性大、持液量小等优点。

同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。

本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。

塔型的选择因素很多。

主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。

1 与物性有关的因素①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。

因为填料不易形成泡沫。

本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。

②对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。

2 与操作条件有关的因素①传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。

因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。

②难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。

③若塔的高度有限制，在某些情况下，选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。

④要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，宜用规整填料。

4.3.3 流程确定和说明1 加料方式加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。

采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。

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 。

目录一．概述 (3)1.设计原始条件 (3)2.板式塔类型 (3)3.工艺流程选定 (4)二．精馏塔物料衡算 (4)三、经济费用估算 (5)1.最小回流比Rmin计算（图解法） (5)2.精馏塔气、液相负荷 (7)3.精馏、提镏段操作方程 (7)4.理论塔板数N (8)5.总板效率ET和实际板数NT (8)6.塔径估算 (9)7.年总费用估算 (11)四．精馏塔塔体工艺尺寸计算 (14)1.最适回流比Ropt的求取 (14)2.精馏塔气、液相实际负荷 (15)3.精馏、提镏段操作方程 (15)4.理论塔板数N (15)五、塔板主要工艺尺寸及流体力学性能计算 (16)1.塔径初选 (16)2．塔径初步核算 (17)3.堰及降液管设计（选用齿形堰） (18)4.孔布置 (19)5.干板压降h和塔板压降P h (19)c6.漏液计算并验其稳定性 (20)7.校核液泛情况 (20)8.雾沫夹带 (21)9.计算结果整理 (21)六．描绘负荷性能图（第一块塔板） (22)1.漏液线 (22)2.过量雾沫夹带线 (22)3.液泛线 (22)4.液相上限线 (23)5.液相下限线 (23)6.操作线 (23)七描绘负荷性能图 (24)第一块板(精馏段第一块板) (24)八附属设备的设计 (29)1.塔高计算 (29)2.泵的设计和选型 (29)4.冷却器选用 (32)5.塔底再沸器的选用 (33)6.全凝器选用 (33)(图一) 由图一查得，x F =0.3152时，泡点进料t b =77.1℃ 此时进料状况 参数q=1， 所以q 线方程为：f x x用图解法，在图二上做q 线，与相平衡线交与e 点（0.3152， 0.6758），所以，最小回流比为： 8889.03152.06758.06758.09964.0min =--=--=e e e D x y y x R取操作回流比为：33.18889.05.15.1min =⨯=⨯=R R2.精馏塔气、液相负荷精馏段：)/(26.4269.3133.1h kmol D R L =⨯=⨯= ())/(95.7369.3133.21h kmol D R D L V =⨯=+=+= 提镏段：)/(65.14239.10026.42h kmol qF L L =+=+=')/(95.7370.6865.142h kmol W L V =-=-'='3.精馏、提镏段操作方程换热器费用)/(1645002000年元==A C F 7.3冷却水费用30℃时，)/(174.4,K kg kJ C pc ⋅=水 5=∆t ℃ s kg t C Q Q m pc /296.375174.413.1724.76132=⨯+=∆⋅+=冷)/(44.3222371000/3.080003600296.37年元=⨯⨯⨯=Cw 7.4蒸气费用150.9℃时，水的潜热kg kj r /4.21159.150=s kg r Q Q m /4647.0)(9.15041=+=蒸年）（元/22.29442421000/220800036004647.0s =⨯⨯⨯=C7.5 年总费用年）（元/368065805.1)(33.0=+++⨯=w s F D C C C C C 四．精馏塔塔体工艺尺寸计算1.最适回流比Ropt 的求取通过对R/Rmin 与费用关系的优化计算，选取Ropt=1.1Rmin总费用与R/Rmin 的关系如图所示。