摘要：
填料塔为连续接触式的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。本文以甲醇-水的混合液为研究对象，因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，所以此设计采用常压精馏。根据物料性质、操作条件等因素选择填料塔，此设计采用泡点进料、塔底再沸器和塔顶回流的方式，将甲醇—水进行分离的填料精馏塔。通过甲醇—水的相关数据，对全塔进行了物料衡算和热料衡算，得出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系，进而得到精馏塔的理论板数。分析了进料、塔顶、塔底、提馏段、精馏段的流量及其物性参数。对精馏段和提留段的塔径及填料层高度进行了计算，以确定塔的结构尺寸。对塔内管径、液体分布器、筒体壁厚进行了选型计算，从而得到分离甲醇—水混合物液的填料精馏塔。
关键词：填料塔；流量；回流比；理论板数；工艺尺寸
第一章：设计任务书 (1)
一、设计题目 (1)
二、操作条件 (1)
三、填料类型 (1)
四、设计内容 (2)
第二章：工艺设计计算 (2)
一、设计方案的确定 (2)
二、精馏塔的物料衡算 (3)
三、理论塔板数的确定 (3)
四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)
五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 (10)
六、填料层压降的计算 (13)
七、筒体壁厚的计算 (14)
八、管径的计算 (14)
九、液体分布器简要设计 (16)
第三章：结论 (18)
一、设计感想 (18)
二、全章主要主要符号说明 (19)
三、参考资料： (20)
第一章：设计任务书
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
甲醇溶液，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。为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精
馏得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶媒。设计要求废甲醇溶媒的处理量为
4t/h,塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
二、操作条件
1、操作压力为常压
2、进料热状态自选（饱和）
3、回流比自选
4、塔底加热蒸汽压力0.3MPa（表压）
三、填料类型
因甲醇溶媒中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便定期拆卸和清理。填料类型和规格自选。
四、设计内容
1、精馏塔的物料衡算；
2、塔板数的确定；
3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；
4、精馏塔的塔体工艺尺寸的计算；
5、填料层压降的计算；
6、液体分布器的简要设计；
7、精馏塔接管尺寸计算；
8、绘制精馏塔设计条件图；
9、对设计过程的评述和有关问题的讨论。
第二章：工艺设计计算
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，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。甲醇常压下的沸点为64.7℃，所以采用常压操作。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槽。塔釜采用间接蒸汽加热方式。填料类型选用散装金属环矩鞍填料。
二、精馏塔的物料衡算
1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数
甲醇的摩尔质量M A =32.04 kg kmol ，水的摩尔质量M B =18.02 kg kmol
D 0.99732.04
0.9950.99732.040.00318.02x =
=+
W 0.00532.04
0.0030.00532.040.99518.02
x =
=+
0.4632.04
0.3240.4632.040.5418.02
F x =
=+
2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
F M =0.3239×32.04＋0.6761×18.02=22.56kg kmol
D M =0.9947×32.04＋0.0053×18.02=31.9657kg kmol W M =2.8183××32.04＋0.9972×18.02=18.059kg kmol
3、物料衡算
废甲醇溶媒的处理量为4t/h,则原料液的处理量为
,4000
177.3022.56
n F q kmol h =
= 总物料衡算：,,177.30n D n W q q =+ （1）
甲醇物料衡算：,,177.300.3240.9950.003q n D n W q ?=?+? （2） 联立方程（1）（2）解得：,,58.38119.92n D n W q kmol h
q kmol h
=??
=?
三、理论塔板数的确定
对甲醇—水二元物系，采用图解法求理论板层数 1、由手册查得甲醇—水物系的汽液平衡数据
甲醇—水物系的气液平衡数据
2、求最小回流比及操作回流比
查的甲醇—水物系的气液平衡数据，绘出x y
图。
由于泡点进料q=1,在图上作直线x=0.995交对角线与a 点，作直线x=0.324交平衡点与q 点，连线aq 两点，过q 点作横轴的平行线交纵轴与一点，读的y=0.682。 即最小回流比如下：
min 0.9950.682
0.8740.6820.324
R -=
=-
取操作回流比min 1.5 1.31R R == 5 3、求精馏塔的气液相负荷
,,,,,,,,, 1.31(1) 2.3157.38132.5575.17177.30252.47132.55n L n D n V n D n L n L n F n V n V q Rq kmol h q R q kmol h q q q kmol h q q kmol h
''==?57.38=75.17=+=?==+=+===
4、求操作线方程 精馏段操作线方程：
,,,,75.1757.38
0.9950.5710.431132.55132.55
n L n D D n V
n V
q q y x x x x q q =
+
=
+?=+（3） 提馏段操作线方程：
,,,,252.47119.92
0.003 1.9050.003132.55132.55
n L n W W n V n V q q y x x x x q q ''
'=
'-
=
'+?='-'
（4） 5、理论板层数（采用逐板法） 由(1)(1)
A A
A A x y x y -α=
-，再根据甲醇—水物系的气液平衡数据中的数据可计算
出不同温度下的挥发度，见下表：
表1
所以 4.45α== 由1(1)q q q
x y x α=
+α-得(1)y
x y
=
α-α-
将 4.45α=代入相方程(1) 4.45 3.45y y
x y y
=
=α-α--（5）
联立（3）（4）（5）方程式可自上而下逐板计算所需理论板数。因塔顶全凝， 则10.995D y x ==
由（3）式求得第一块板下降组成
10.995
0.9784.45 3.45 4.45 3.450.995
y x y =
==--?
利用（1）式计算第二块板上升蒸汽组成为
20.5710.4310.5710.9780.4310.989y x =+=?+=
交替使用（1）式和（3）式直到n F x x ≤，然后改用提馏段操作线方程，直到n W x x ≤为止。计算结果见表2。
表2
精馏塔的理论塔板数为T N =13-1=12（不包括再沸器）
进料板位置8
F
N=
四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
由甲醇—水物系的汽液平衡数据，采用内插法，计算结果如下：
塔顶温度64.6
D
t=℃
塔底温度
W 99.5
t=℃
进料温度77.4
F
t=℃
水跟甲醇的物理性质见表3
表3
塔顶第一块板有关参数：
气相流量：1
,,(1) 2.3157.38132.55n V n D q R q kmol h =+=?=
液相流量：1
,, 1.3157.3875.17n L n D q R q kmol h =?=?=
由表2可知，塔顶第一块板的气相组成为10.995y =，液相组成为
10.978x =
气相平均摩尔质量为 1
0.99532.040.00518.0231.97V M kg kmol =?+?=
液相平均摩尔质量为 1
0.97832.040.02218.0231.73L M kg kmol =?+?=
气相密度为 11
3101.32531.97
1.1548.314337.75
V V PM kg m RT
ρ?=
=
=?
由表3内插法的64.6℃时，水的密度为980.73kg m ，甲醇的密度为755.73kg m
则液相密度为 1
3980.70.022755.70.978760.7L kg m ρ=?+?=
由1
lg 0.022lg 0.4400.978lg 0.327L μ=+
可计算出液体的黏度为1
0.329L mPa s μ=
同理，进料板（第一块板）的有关参数： 气相流量：8
1
,,132.55n V n V q q kmol h ==
液相流量：8
1
,,,75.17177.30252.47n L n L n F q q q kmol h =+=+=
由表2可知，塔顶第一块板的气相组成为80.624y =，液相组成为
80.272x =
气相平均摩尔质量为8
0.62432.040.37618.0226.77V M kg kmol =?+?=
液相平均摩尔质量为8
0.27232.040.72818.0221.83L M kg kmol =?+?=
气相密度为 88
3101.32526.77
0.9318.314350.55
V V PM kg m RT
ρ?=
=
=?
由表3内插法的77.4℃时，水的密度为973.363kg m ，甲醇的密度为740.523kg m
则液相密度为：8
3973.360.728740.520.272910.03L kg m ρ=?+?=
由8
lg 0.728lg 0.3690.272lg 0.285L μ=+
可计算出液体的黏度为8
0.344L mPa s μ=
五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算
1、塔径的计算 ①精馏段塔径的计算
在本设计中采用泛点气速法计算适宜的空塔气速 取泛点率
0.7F
u
u =，则依据贝恩-霍根关联式计算调填料的泛点气速法 14
18
0.23lg t V V F L L L V L a u w A K g w ρρμερρ????????
??=-?? ?
? ? ???????
????
查表可知A=0.06225，K=1.75 g=9.81 2m s
散装金属环矩鞍散装填料，假设其公称直径为50㎜，则查表可知
t a =74.9 ε=96％
液相质量流量为 1
1
,75.1731.732385.14L n L L w q M kg h =?=?=
气相质量流量为 1
1
,132.5531.974237.62V n V V w q M kg h =?=?=
代入上式得：
14
18
0.2374.9 1.1542385.14 1.154lg 0.3290.06225 1.759.810.96760.74237.62760.7F u ??????????=- ??? ? ?????????????
求得： 4.85F u m s =则0.7 3.40F u u m s ==
0.618D m =
== 由于
8N
D
D >故可采用N D 50散装金属环矩鞍填料。 ②提馏段塔径的计算 取泛点率
0.7F
u
u =，则依据贝恩-霍根关联式计算调填料的泛点气速法 14
18
0.23lg t V V F L L L V L a u w A K g w ρρμερρ????????
??=-?? ?
? ? ???????
????
查表可知A=0.06225，K=1.75 g=9.81 2m s
散装金属环矩鞍散装填料，假设其公称直径为50㎜，则查表可知
t a =74.9 ε=96％
液相质量流量为 8
8
,252.4721.835511.42L n L L w q M kg h =?=?=
气相质量流量为 8
8
,132.5526.773548.36V n V V w q M kg h =?=?=
代入上式得：
14
10.2374.90.9315511.420.931lg 0.3440.06225 1.759.810.96910.033548.36910.03F u ??????????=- ??
? ? ?????????????
求得： 4.92F u m s =则0.7 3.44F u u m s ==
0.626D m =
==
由于
8N
D
D >故可采用N D 50散装金属环矩鞍填料。 比较精馏段与提馏段计算结果，两者基本相同。圆整塔径，取D=700㎜
则校核精馏段有22
444237.62
2.65
3.1436000.9310.7s V u m s D π?===??? 泛点率
0.54F
u
u =符合标准 同理校核提馏段 2.75u m s =泛点率0.56F
u
u =符合标准 液体喷淋密度
32min min ()0.00874.9 5.992()W t U L a m m h ==?=
精馏段液体喷淋密度
323222
2385.14760.7
8.15() 5.992()0.7850.7850.7
h L U m m h m m h D =
==>? 提馏段液体喷淋密度
323222
5511.42910.03
15.74() 5.992()0.7850.7850.7
h L U m m h m m h D =
==>? 2、填料层高度的计算
有查找数据得，N D 50散装金属环矩鞍填料时，HETP=0.65㎜ T E =0.75
则，精馏段的填料高度为80.65 5.2T Z N HETP m ==?=精
5.2
=
6.930.75
T
Z Z m E '
=
=精精，圆整精馏段填料层高度为7m 提馏段填料层高度为40.65 2.6T Z N HETP m ==?=提
2.6
=
3.470.75
T Z Z m E '==提提，圆整提馏段填料层高度为3.5m 依据散装填料分段高度推荐值，将精馏段分为两段，每段高度为3.5m 。
精馏段分段处的物性参数为：
41,,75.17n L n L q q kmol h ==
4
0.94432.040.05618.0231.25L M kg kmol =?+?=
1
3755.70.944980.70.056768.3L kg m ρ=?+?=
六、填料层压降的计算
对N D 50金属散装环矩鞍填料压降的计算依据埃克托通用关联图来计
算。先根据气液负荷有关物性数据求出横坐标12
V L
V
L w
w ρρ?? ???
对于精馏段：11
1112
12
2385.14 1.154=()0.0224237.62760.7L V V L w w ρρ???=
? ???
对于提馏段：88
88
12
15511.420.931=()0.0403548.36910.03L V V L w w ρρ???=
? ???
根据空塔气速u 及有关物性数据，求出纵坐标： 20.2
V
P L L
u g ρμρ??Φψ
???
已知N D 50金属散装环矩鞍填料P Φ=71 对于精馏段： 2.65u m s = 980.7
1.289760.7
L ρρψ=
==水代入式中得： 220.20.22.65 1.28971 1.1540.3290.07969.81760.7V
P L L
u g ρμρ??Φψ????== ? ?????
对于提馏段： 2.75u m s =
973.36 1.070910.03
L ρρψ=
==水代入式中得： 220.20.22.75 1.070710.9310.3440.0489.81910.03V
P L L
u g ρμρ??Φψ????== ? ?????
在埃克托通用关联图中查得： 精馏段
509.81490.5P Pa m Pa m Z
?=?=精 则=490.57=3.433P kPa ??提
提馏段
309.81294.3P Pa m Pa m Z
?=?=提
则=294.3 3.5=1.03P kPa ??提 则填料层总压降为 3.433 1.03 4.463P kPa ?=+=
七、筒体壁厚的计算
内有3个大气压，内径700i D mm =，0.3c P MPa =，选用Q235C 钢板制造，[]125t
MPa σ=，0.8φ=（局部无损检测，单面焊接） 计算厚度[]0.3700
1.0521250.80.3
2c i t
c
P D mm P δσφ?=
=
=??--
10.25C mm =
2 1.0C mm =
0.25 1.0 1.05 2.3n mm δ=++=。圆整量为3㎜，由于碳素钢制塔式容器厚
度要不少于4㎜，所以去4㎜。 校核水压强度：()
0.92t T i e s e
p D δσφδδ+=
≤ 1.250.3 1.250.375T c p p MPa ==?=
4 1.2
5 2.75e mm δ=-=
235s MPa δ= 则：0.375702.75
47.92 2.75
t MPa σ?=
=?
0.90.90.8235169s MPa φδ=??= ，可见 0.9t s σφδ<，所以水压强度足够
采取椭圆型封头厚度为4㎜。
八、管径的计算
管径的计算依据公式 1、塔顶出气管径的计算
已知饱和甲醇蒸汽出料u 取30m/s ，
1
1
3,4237.62
1.021.1543600
V V s V
W q m ρ=
=
=?
0.208208d mm mm =
=
==
由GB 8163-87查得选用2196mm mm φ=?的无缝钢管 其内径d=219-2×6=207㎜，重新核算u=30.32m/s 2、塔顶回流管径计算 已知u 取2m/s
1
1
43,2385.14
8.7110760.73600
L V s L
W q m s ρ-=
=
=??
0.023623.6d mm mm =
=== 由GB 8163-87查得选用324mm mm φ=?的无缝钢管 其内径d=32-2×4=24㎜，重新核算u=1.971m/s 。 3、进料管径计算 已知u 取1.5m/s
,177.30n F q kmol h =
32.040.32418.020.67622.56
F M k g k m o l =?+?= 30.676973.360.324740.52897.92L kg m ρ=?+?= 8
8
33,177.3022.56
1.2410897.923600
L V s L
W q m s ρ-?=
=
=??
0.032532.5d mm mm =
=== 由GB 8163-87查得选用424mm mm φ=?的无缝钢管 其内径d=42-2×4=34㎜，重新核算u=1.37m/s 。
4、塔釜出液管管径计算 已知u 取1.5m/s
13
32.040.000918.020.999118.03L M kg kmol =?+?=
13
30.0009712.650.9991958.75958.53L kg m ρ=?+?=
13
13
33,252.4718.03
1.31910958.533600
L V s L
W q m s ρ-?=
=
=??
0.033533.5d mm mm =
=== 由GB 8163-87查得选用424mm mm φ=?的无缝钢管 其内径d=42-2×4=34㎜，重新核算u=1.45m/s 。 5、塔釜回流蒸汽管径计算 已知u 取30m/s
1332.040.00418.020.99618.08V M kg kmol =?+?=
13
3101.32518.08
0.5918.314372.65
V PM kg m RT ρ?=
==? 13
13
3,132.5518.08
1.130.5913600
V V s V
W q m s ρ?=
=
=?
0.2191219.1d mm mm =
=
==
由GB 8163-87查得选用2457mm mm φ=?的无缝钢管 其内径d=245-2×7=231㎜，重新核算u=27m/s 。
九、液体分布器简要设计
1、液体分布器选型
由于该液体混合物中含有固体悬浮物，故本设计采用槽盘式液体分布
器，它兼有集液和分液的功能，而且操作弹性大。
2、布液点密度
按照埃克托建议值，D=700㎜设计取分布点密度为185点/㎡
布液点数n=0.785×0.72×185=71.2点≈71点
按照分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计，设计结果为：二级槽共设5 道，在槽侧面开孔。两槽中心间距130mm,槽宽度65mm,槽高度为170mm.
布液点示意图如下
由图可知实际布点数为70 个。
3、布液计算
依据公式
204
s L d n π
=(1)
对塔顶和精馏段分段处的液体再分布，相关数据为n=70 g=9.81 取φ=0.60，H ?=130㎜ 将上述数据代入公式（1）得
112
2
10.0041 4.1d m mm ???==== 112
2
40.0044d m mm ???==== 对进料处的液体再分布，相关数据为n=61 g=9.81 取φ=0.60，H ?=130㎜ 将上述数据代入公式（1）得
112
2
80.0057 5.7d m mm ???==== 第三章：结论
一、设计感想
通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性。更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的各个方面要注意问题都有所了解。 ，不仅让我将所学的只是应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助之下，及时的按要求完成了设计
化工原理课程设计说明书 设计题目：甲醇—水连续填料精馏塔 设计者： 专业： 学号： 指导老师： 2007年7 月13日
目录 一、设计任务书 (1) 二、设计的方案介绍 (1) 三、工艺流程图及其简单说明 (2) 四、操作条件及精熘塔工艺计算 (4) 五、精熘塔工艺条件及有关物性的计算 (14) 六、精馏塔塔体工艺尺寸计算 (19) 七、附属设备及主要附件的选型计算 (23) 八、参考文献 (26) 九、甲醇－水精熘塔设计条件图
一、设计任务书 甲醇散堆填料精馏塔设计： 1、处理量：12000 吨/年(年生产时间以7200小时计算) 2、原料液状态：常温常压 3、进料浓度：41.3%(甲醇的质量分数) 塔顶出料浓度：98.5%(甲醇的质量分数) 塔釜出料浓度：0.05%(甲醇的质量分数) 4、填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 5、厂址位于沈阳地区 二、设计的方案介绍 1、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 2、精熘塔的操作压力 在精馏操作中，当压力增大，混合液的相对挥发度减小，将使汽相和液相的组成越来越接近，分离越来越难；而当压力减小，混合液的相对挥发度增大，α值偏离1的程度越大，分离越容易。但是要保持精馏塔在低压下操作，这对设备的要求相当高，会使总的设备费用大幅度增加。在实际设计中，要充分考虑这两
课程设计任务书 一、课题名称 苯——甲苯混合体系分离过程设计 二、课题条件（原始数据） 1、设计方案的选定 原料：苯、甲苯 年处理量：108000t 原料组成（甲苯的质量分率）：0.5 塔顶产品组成：%99>D x 塔底产品组成：%2 设计容 摘要：精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工﹑炼油﹑石油化工等工业中得到广泛的应用。本设计的题目是苯—甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。关键词：板式塔；苯--甲苯；工艺计算；结构图 一、简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0．866克／厘米3，对光有很强的折射作用（折射率：1,4961）。甲苯 4.3 填料精馏塔设计示例 4.3.1 化工原理课程设计任务书 1 设计题目 分离甲醇-水混合液的填料精馏塔 2 设计数据及条件 生产能力：年处理甲醇-水混合液0.30万吨（年开工300天） 原料：甲醇含量为70%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶甲醇含量不低于98%，塔底甲醇含量不高于2% 建厂地址：沈阳 3 设计要求 （1）编制一份精馏塔设计说明书，主要内容： ①前言； ②流程确定和说明； ③生产条件确定和说明； ④精馏塔的设计计算； ⑤主要附属设备及附件的选型计算； ⑥设计结果列表； ⑦设计结果的自我总结评价与说明； ⑧注明参考和使用的设计资料。 （2）编制一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点的工艺流程图。 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。通过重力加料，可 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) 目录 设计任务书 一、概述 1、精馏操作对塔设备的要求和类型 (4) 2、精馏塔的设计步骤 (5) 二、精馏塔工艺设计计算 1、设计方案的确定 (6) 2、精馏塔物料衡算 (6) 3、塔板数的确定 (7) 的求取 (7) 3.1理论板层数N T 3.2实际板层数的求取 (8) 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4.1操作温度的计算 (11) 4.2平均摩尔质量的计算 (11) 4.3平均密度的计算 (12) 4.4液相平均表面张力计算 (12) 4.5液体平均粘度计算 (13) 5、精馏塔塔体工艺尺寸计算 5.1塔径的计算 (14) 5.2精馏塔有效高度的计算 (15) 6、塔板主要工艺尺寸计算 6.1溢流装置计算 (16) 6.2塔板的布置 (17) 6.3浮阀计算及排列 (17) 7、浮阀塔流体力学性能验算 (19) 8、塔附件设计 (26) 7、精馏塔结构设计 (30) 7.1设计条件 (30) 7.2壳体厚度计算………………………………………………… 7.3风载荷与风弯矩计算………………………………………… 7.4地震弯矩的计算………………………………………………… 三、总结 (27) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 甲醇-水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件: 年产量: 95%的甲醇17000吨 料液组成(质量分数): (25%甲醇，75%水) 塔顶产品组成(质量分数): (95%甲醇，5%水) 塔底釜残液甲醇含量为6% 每年实际生产时间: 300天/年,每天24小时连续工作 连续操作、中间加料、泡点回流。 操作压力：常压 塔顶压力4kPa(表压) 塔板类型：浮阀塔 进料状况：泡点进料 单板压降：kPa 7.0 厂址：安徽省合肥市 塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.5Mpa 三、设计任务 完成精馏塔的工艺设计,有关附属设备的设计和选型,绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图,编写设计说明书. 设计内容包括： 1、 精馏装置流程设计与论证 2、 浮阀塔内精馏过程的工艺计算 3、 浮阀塔主要工艺尺寸的确定 4、 塔盘设计 5、 流体力学条件校核、作负荷性能图 6、 主要辅助设备的选型 四、设计说明书内容 1 目录 2 概述(精馏基本原理) 3 工艺计算 4 结构计算 5 附属装置评价 6 参考文献 7 对设计自我评价 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主 1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏(即三塔加回收塔) (1) 单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇,由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少,而且二甲醚的含量几十倍地降低,因此在取消化学净化的同时,可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行,即单塔流程,就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离,很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程(见图1.1)为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入,轻组分由塔顶排出,高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出,水从塔底排出,产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔,甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100万吨/年以下,仅仅能提供简单的过程,所以设备和投资较低。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的 大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部之间进行。这种形式节省大约30%~40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置，加压塔塔底的甲醇、高沸组分、 目录 一、概述 二、设计方案和工艺流程的确定 三、塔的物料衡算四、回流比确定 五、塔板数的确立 六、塔的工艺条件及物性数据计算 七：塔和塔板主要工艺尺寸计算 八、塔板的流体力学验算 十、热量衡算 十一、筛板塔的设计结果总表 十二、辅助设备选型及接管尺寸 十三、精馏塔机械设计计算 十四、设计中的心得体会 一、概述： 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质，热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐渐接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流而上（也有并流向下者）与液体接触进行质热传递，气液组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的要求：（1）生产能力大；（2）传质传热效率高;(3)气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量小（6）制作安装容易，维修方便。（7）设备不易堵塞，耐腐蚀。 其中板式塔又可分为有降液管的塔板（如泡罩塔，浮阀塔，筛板塔，舌型，S型等）和无降液管的（如穿流式筛板，穿流式波纹板）该课程涉及到的是板式塔中的浮阀塔，其广泛用于精馏、吸收、和解吸等过程。其主要特点是再塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀的周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触，浮阀课根据气流流速地大小上下浮动，自行调节。浮阀有盘式、条式等多种。国内多采用盘式，其优点为生产能力大，操作弹性大，分离效率较大，塔板结构较简单。此型中的F-1型结构简单，已经列入部颁标准，因此型号的重阀操作稳定性好，一般采用重阀。 二、设计方案和工艺流程的确定: 在此次课程涉及中主要介绍浮阀塔在精馏中的应用，精馏装置包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器、和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料再塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器的冷却物质将余热带走。此过程中因考虑节能。 另外，为保持塔的稳定性，流程除用泵直接送入塔原料外，也可采用高位槽送料以受泵操作波动影响。 塔顶冷凝器装置根据生产情况以决定采用全凝器和分凝器。一般，塔顶分凝器对上升蒸汽虽由一定的增浓作用，当在石油等工业中获取液相产品时往往采用全凝器，以便于准确的控制回流比。若后继装置使用气态物料，则宜用分凝器 操作压强由常压、低压和高压操作，其取决于冷凝温度，一般都采用常压，对于热敏性物质或混合液沸点过高的物质则宜采用减压操作，而常压下为气态的物质采用高压操作。 对于物料的进料，一般情况下采用冷进料，但是为了考虑塔的操作稳定性，则一把采用泡点进料。 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/Kmol x 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/Kmol M D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol M W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol 3、物料衡算 3 原料处理量：F=（3.61*10 3）/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=1.82 ③求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=（R+1）D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h 《化工原理课程设计》报告 一、概述...................................................................................................................................... - 4 - 1.1 设计依据....................................................................................................................... - 4 - 1.2 技术来源....................................................................................................................... - 4 - 1.3设计任务及要求........................................................................................................... - 4 - 二、计算过程.............................................................................................................................. - 5 - 2. 1 设计方案.................................................................................................................... - 5 - 2.2 塔型选择....................................................................................................................... - 5 - 2.3工艺流程简介................................................................................................................ - 5 - 2.4 操作条件的确定........................................................................................................... - 6 - 2.41 操作压力............................................................................................................. - 6 - 2.4.2 进料状态............................................................................................................ - 6 - 2.4.3 热能利用............................................................................................................ - 6 - 2.5 有关的工艺计算........................................................................................................... - 6 - 2.5.1精馏塔的物料衡算...................................................................错误!未定义书签。 2.5.2物料衡算............................................................................................................. - 7 - 2.6 塔板数的确定............................................................................................................... - 7 - 2.6.1 理论板层数NT的求取 .................................................................................... - 7 - 2.6.2 实际板层数的求取............................................................................................ - 8 - 2.7精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............................................................... - 8 - 2.7.1操作压力的计算................................................................................................. - 8 - 2.7.2操作温度的计算(详见附录一（1）) ................................................................ - 9 - 2.7.3 平均摩尔质量的计算........................................................................................ - 9 - 2.7.4 平均密度的计算................................................................................................ - 9 - 2.7.5液相平均表面力的计算................................................................................... - 11 - 2.7.6 液体平均粘度的计算...................................................................................... - 11 - 2.8 精馏塔的塔底工艺尺寸计算..................................................................................... - 12 - 2.8.1塔径的计算....................................................................................................... - 12 - 2.8.2 精馏塔有效高度的计算.................................................................................. - 13 - 2.9 塔板主要工艺尺寸的计算......................................................................................... - 14 - 2.9.1溢流装置的计算............................................................................................... - 14 - 2.9.2 塔板布置.......................................................................................................... - 15 - 2.10 筛板的流体力学验算............................................................................................... - 16 - 2.10.1 塔板压降........................................................................................................ - 16 - 2.10.2 液面落差........................................................................................................ - 18 - 2.10.3 液沫夹带........................................................................................................ - 18 - 2.10.4 漏液................................................................................................................ - 18 - 2.10.5 液泛................................................................................................................ - 18 - 2.11 塔板负荷性能图....................................................................................................... - 19 - 2.11.1液漏线............................................................................................................. - 19 - 2.11.2液沫夹带线..................................................................................................... - 20 - 2.11.3液相负荷下限线............................................................................................. - 20 - 2.11.4液相负荷上限线............................................................................................. - 21 - 2.11.5液泛线............................................................................................................. - 21 - 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/kmol x F= 0.46/32.04 0.324 0.46/32.040.54/18.02 = + x D= 0.95/32.04 0.914 0.95/32.040.05/18.02 = + x W= 0.03/32.04 0.0171 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*1000 184.7 24*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/h W=121.49 kmol/h 3.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 一、甲醇－水板式精馏塔设计条件 （1）生产能力：3万吨/年，年开工300天 （2）进料组成：甲醇含量65%（质量分数） （3）采用间接蒸汽加热并且加热蒸汽压力：0.3MPa （4）进料温度：采用泡点进料 （5）塔顶馏出液甲醇含量99%（质量分数） （6）塔底轻组分的浓度≤1%（本设计取0.01） （7）塔顶压强常压 （8）单板压降≤0.7Kpa （9）冷却水进口温度25℃ (10)填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 二、设计的方案介绍 1、工业流程概述 工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异，其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先，总是以蒸馏的方法在蒸馏塔的顶部，脱出较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质和甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或侧脱除水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。其次，根据精甲醇对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助办法。 常规甲醇精制流程可以分为两大部分，第一部分是预精馏部分，另一部分是主精馏部分。预精馏部分除了对粗甲醇进行萃取精馏脱出某些烷烃的作用之外，另外的还可以脱出二甲醚，和其它轻组分有机杂质。其底部的出料被加到主塔的中间入料板上，主塔顶部出粗甲醇，底部出废液，下部侧线出杂醇。 2、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 3、精馏塔加热与冷却介质的确定 在实际加热中，由于饱和水蒸气冷凝的时候传热的膜系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确控制加热温度。水蒸气容易获取，环保清洁不产生环境污染，并且不容易使管道腐蚀，成本降低。因此，本设计是以133.3℃总压是300 kpa的饱和水蒸汽作为加热介质。 冷却介质一般有水和空气。在选择冷却介质的过程中，要因地制宜充分考虑。以茂名市地处亚热带为例，夏天室外平均气温28℃。因此，计算选用28℃的冷却水，选择升温10℃，即冷却水的出口温度为38℃。 4、塔顶的回流方式 对于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安装在比精熘塔略高的地方，液体依靠自身的重力回流。但是必须保证冷凝器内有一定持液量，或加入液封装置防止塔顶汽相逃逸至 3．课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 3.2.1 流程的说明 首先，苯和甲苯的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成苯与甲苯的分离。 3.2.2 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流 动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。而浮阀塔的优点正是： 而浮阀塔的优点正是： 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。 2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 化学与化学工程学院 《化工原理》专业课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 姓名：潘永春 班级：化工101 学号： 2010054052 指导教师：朱宪 荣 课程设计时间2013、6、8——2013、6、20 化工原理课程设计任务书 专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春 学号 20100054052 指导教师朱宪荣 设计日期： 2013 年6月8日至 2013年6月20日 一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务 生产能力（进料） 413.34Kmol/hr 操作周期 8000小时/年 进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同） 进料密度 233.9Kg/m3 平均分子量 22.65 塔顶产品组成 >99% 塔底产品组成 <0.04% 2、操作条件 操作压力 1.45bar （表压） 进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水 20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气 塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔 4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿） 一．前言5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.设计要求: 6 二、设计说明书7 三．设计计算书8 1.设计参数的确定8 1.1进料热状态8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择8 1.4 塔顶冷凝水的选择 8 2.流程简介及流程图 8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9 3.1.2 q线方程9 3.1.3平衡线方程10 3.1.4 Rmin和R的确定10 3.1.5精馏段操作线方程的确定10 3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定10 3.1.7提馏段操作线方程的确定10 3.1.8逐板计算10 3.1.9图解法求解理论板数如下图: 12 3.2实际板层数的确定12 4精馏塔工艺条件计算12 4.1操作压强的选择12 4.2操作温度的计算13 题目：乙醇水精馏筛板塔设计 设计时间： 化工原理课程设计任务书（化工1） 一、设计题目板式精馏塔的设计 二、设计任务：乙醇-水二元混合液连续操作常压筛板精馏塔的设计 三、工艺条件 生产负荷（按每年7200小时计算）：6、7、8、9、10、11、12万吨/年 进料热状况：自选 回流比：自选 加热蒸汽：低压蒸汽 单板压降：≤0.7Kpa 工艺参数 组成浓度（乙醇mol%） 塔顶78 加料板28 塔底0.04 四、设计内容 1.确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2.工艺参数的确定 基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。 3.主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4.流体力学计算 流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5.主要附属设备设计计算及选型 塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。 管径计算。 五、设计结果总汇 六、主要符号说明 七、参考文献 八、图纸要求 1、工艺流程图一张(A2图纸) 2、主要设备工艺条件图（A2图纸） 目录 前言 (4) 1概述 (5) 1.1设计目的 (5) 1.2塔设备简介 (6) 2设计说明书 (7) 2.1流程简介 (7) 2.2工艺参数选择 (8) 3工艺计算 (8) 3.1物料衡算 (8) 3.2理论塔板数的计算 (8) 3.2.1查找各体系的汽液相平衡数据 (8) 如表3-1 (8) 3.2.2q线方程 (9) 3.2.3平衡线 (9) 3.2.4回流比 (10) 3.2.5操作线方程 (11) 3.2.6理论板数的计算 (11) 3.3实际塔板数的计算 (11) 3.3.1全塔效率ET (11) 3.3.2实际板数NE (12) 4塔的结构计算 (13) 摘要 甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 C-H4-O。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。 目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化,总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料—甲醇的价格还会稳步提高。国又有一批甲醇项目在筹建。这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法是至关重要的。 本计为分离甲醇－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。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，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。 关键字：精馏泡点进料物料衡算 目录 1精馏塔的物料衡算 (2) 1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2) 1.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (2) 1.3物料衡算 (3) 2塔板数确定......................................... N的求取 (3) 2.1理论板层数 T 2.1.1求最小回流比及操作回流比 (3) 2.1.2求精馏塔的气、液相负荷............. 错误!未定义书签。 2.1.3求操作线方程 (4) 2.2实际板层数的求取........................ 错误!未定义书签。 3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 3.1操作压力 (5) 3.2操作温度 (5) 3.3平均摩尔质量计算 (5) 3.4平均密度计算 (6) 3.5液体平均表面力的计算 (8) 3.6液体平均粘度............................ 错误!未定义书签。4精馏塔的塔体工艺尺寸计算. (9) 4.1塔径的计算.............................. 错误!未定义书签。 4.1.1精馏段塔径计算...................................... 4.1.2 提馏段踏进计算..................................... 4.2精馏塔有效高度的计算 (12) 5 塔板主要工艺尺寸的计算 (13) 精馏段 5.1溢流装置计算............................ 错误!未定义书签。 l............................. 错误!未定义书签。 5.1.1堰长 W h (1) 5.1.2溢流堰高度 W填料精馏塔设计示例
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