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。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。
填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。但近年来又倾向于认为在一定塔径范围内，采用新型高效填料（如鲍尔环或鞍型填料）可以得到很好的经济效果。总之根据不同的具体情况（特别是在小直径塔，或压降有一定限制，或有腐蚀情况时），填料塔还是具有很多适用的。
本次课程设计就是针对甲醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。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，恳请老师指出以便修正。
第一章流程确定和说明
选择精馏设备，首先应从经济考虑，在充分考虑整个系统热能的利用，降低操作费用。
另外还应考虑到它对操作稳定性的影响，塔的操作如不稳定就不能保证产品质量的均匀，具体情况如下：
1.1加料方式的确定
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，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单，安装方便。如果采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。本设计采用高位槽进料。
1.2进料状况的确定
进料状况一般有冷液进料和泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加热费用。但冷液进料受环境影响较大，对于沈阳地区来说，存在较大温差，冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增加建筑费用。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。
1.3冷凝方式的确定
塔顶冷凝采用全冷凝器，用水冷凝，在常压下乙醇和水不反应，且容易冷
凝，故用全冷凝器符合要求。
1.4回流方式的确定
回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小塔型，回流冷凝器一般安装在塔顶，其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处理量或塔板数较多时，回流冷凝器不适合于塔顶安装，且塔顶冷凝器不易安装、检修和清理。在此情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本
次设计为小型塔，故采用重力回流。
1.5加热方式的确定
加热方式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热，直接蒸汽加热时蒸汽直接由塔底进入塔内，由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使理论塔板数增加，费用增加。间接蒸汽加热时通过加热器使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论板数，缺点是增加加热装置。本次设计采用间接蒸汽加热。
1.6加热器的确定
采用U形管蒸汽间接加热器，用水蒸气做加热剂。因为塔小，可将加热器放在塔内，即再沸器，这样釜液部分气化，维持了原有浓度，减少理论塔板数。
第二章精馏塔设计计算
2.1操作条件与基础数据
2.1.1操作压力
精馏操作按操作压力可分为常压、加压和减压操作。精馏操作中压力影响非常大，当
压力增大时，混合液的相对挥发度将减小，对分离不利；当压力减小时，对分离有利。但当压力太低时，对设备要求太高，设备费用增加。因此在设计时一般采用常压蒸馏乙醇—水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。
2.1.2气液平衡关系与平衡数据
表2-1 常压下甲醇-水的气液平衡与温度关系
液相甲醇摩尔百分数(x) 气相甲醇摩尔百分数(y) 温度/C
0 0 100.0
5.31 28.34 92.9
7.67 40.01 90.3
9.26 43.53 88.9
13.15 54.55 85.0
20.83 62.73 81.6
28.18 67.75 78.0
33.33 69.18 76.7
46.20 77.56 73.8
52.92 79.71 72.7
59.37 81.83 71.3
68.49 84.92 70.0
85.62 89.62 68.0
87.41 91.94 66.9
100 100 64.7
注：摘自化工原理课程设计 P710表19-38（2）。
2.2精馏塔工艺计算
2.2.1物料衡算
⑴ 物料衡算图
图2-1 物料衡算图
F ——原料流量，h Kmol ； D ——馏出液流量，h Kmol ；
W ——釜液流量，h Kmol ； F x ——原料中易挥发组分的摩尔分数；
D x ——馏出液中易挥发组分的摩尔分数；W x ——釜液中易挥发组分的摩尔分数。
⑵ 物料衡算
质量分数： %
30`=F X %59`
=D
X %
3.0`=w X
甲醇M =32.04kg/kmol 水M =18.02kg/kmol
所以：%
19.4218
30
10032303230`1``=-+=-+=B F A F A
F
F M X M X M X X
%16.9818
1
32953295`1``=+=-+=B D A D A
D
D M X M X M X X
%017.018
7
.99323.0323.0`1``=+=-+=B W A W A
W
W M X M X M X X
原料处理量：h Kmol y t F /469.290.7168272001007400006
=⨯⨯==
总物料衡算：469.29 ＝D ＋ W
甲醇物料衡算：469.29×19.42% ＝ D×98.16% ＋ W×0.017% 得 D ＝49.769kmol/h W ＝419.521kmol/h (3)物料衡算结果
表2-2 物料衡算结果表
塔顶出料
塔底出料 进料 摩尔流量/（kmol/h ） 49.769 419.521 469.29 摩尔分数/（%） 98.16
0.017
19.42
（4）塔顶气相、液相，进料和塔底的温度分别为：LD t ，VD t ，W t ，F t 查表2-1，用内插法解得 塔顶： 66.992.087.4110087.4164.766.9
LD t --=-- 解得：66.9LD t C =︒
64.710092.010091.9464.766.9
VD t --=--解得：66.88VD t C =︒
塔釜：
1000 3.00 5.3110092.9
W t --=-- 解得：95.99W t C =︒
进料：
20.8313.1581.685.0
14.013.1585.0
F t --=
-- 解得：84.62F t C =︒ 精馏段平均温度：166.8886.62
75.7522
VD F t t t C ++=
==︒
提馏段平均温度：295.9984.62
90.3122
W F t t t C ++=
==︒ （5）相对挥发度的计算
取x-y 曲线上两端点的温度下α的平均值。 查表2-1得：05.731
.5)34.28100()31.5100(34.28)1()1(1=⨯--⨯=--==x y x y x y x y A B B A α t=92.9℃时，64.141.87)94.91100()
41.87100(94.91)1()1(2=⨯--⨯=--=y x x y α
所以，35.42
64
.105.72
2
1=+=
+=
ααα (6)求最小回流比及操作回流比
图2-2 操作线图
由图2-2可知：225.0=q x
086.1225.01)92.01(35.4225.092.0135.411)1(11min
=⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡----=q D q D x x x x R αα 5.1min
=R R
63.1=R
2.2.2 热量衡算
1.加热介质的选择
常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸气冷凝时的传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达到100～1000C ︒，适用于高温加热。烟道气的缺点是比热容及传热系数很低，加热温度控制困难。本设计选用选用300KPa(温度为133C ︒)的饱和水蒸气作加热介质。原因，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本相应降低，塔结构也不复杂。
2. 冷凝剂的选择
常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜地加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为10～25C ︒。如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。本设计建厂地区为沈阳。沈阳市夏季最热月份平均气温为C ︒25。故选用的冷却水C ︒25的冷却水，选升温C ︒10，故冷却水的出口温度是C ︒35。
3.热量衡算
（1）冷凝器的热负荷
(1)()C VD LD Q R D I I =+- 式中 VD I ——塔顶上升蒸汽的焓; LD I ——塔顶馏出液的焓。
又 (1)D D VD LD V V I I x H x H ∆∆-=+-甲水 式中V H ∆甲——甲醇的蒸发潜热；
V H ∆
水——水的蒸发潜热。
蒸发潜热的计算：
蒸发潜热与温度的关系：0.38
211211V V Tr H H Tr -⎛⎫
∆=∆ ⎪
-⎝⎭
式中：Tr ——对比温度。
表2 沸点下蒸发潜热列表
沸点/°C 蒸发潜热1/()V H kj kg -∆⋅ /c T K 甲醇 64.7 1105 513.15 水 100 2257 648.15 注：摘自《化工原理》修订版，上册附录4（P328~329）及附录18（P350~351）。 66.88℃时，甲醇：663.015
.51388
.6615.27322=+==
C r T T T 658.05
.5137
.6415.27311=+==
C r T T T 蒸发潜热：mol /k 833.1098658.0-1663.0-1110538
.0J H V =⎪
⎭⎫ ⎝⎛⨯=∆甲
同理，水:525.015
.64888
.6615.27322=+='=
C r T T T 576.015
.648100
15.27311=+='=
C r T T T 蒸发潜热：mol /k 547.2356576.0-1525.0-1225738
.0J H V =⎪
⎭
⎫
⎝⎛⨯=∆水
所以：
kg J H x H x I I V D V D LD VD /k 403.822547.235692.0-1-833.109892.0-1-=⨯⨯=∆∆=-）（）（水甲所以：h kJ I I D R Q LD VD C /102.9403.82235.4250)163.1()()1(6⨯=⨯⨯+=-'+=
（2）冷却水消耗量：)
(12t t C Q W PC C
C -=
式中： 所以:C t t t ︒=+=+=
302
35
25221 此温度下冷水的比热容 )/(25.4C kg kJ C PC ︒⋅=
所以：h
kg t t C Q W PC C C /1016.2)2535(25.4102.9)12(56
⨯=-⨯⨯=-= （3）加热器热负荷及全塔热量衡算
列表计算甲醇和水在不同温度下混合物的比热容P C (单位：)/(C kg kJ ︒⋅)
塔顶 塔釜 进料 精馏段 提馏段 甲醇（1） 3.037 3.449 3.297 3.179 3.373 水（2） 4.262
4.268
4.280
4.275
4.283
精馏段：
甲醇：kg kJ t t C F LD P /907.58)62.8409.66(179.3)(1-=-⨯=- 水：kg kJ t t C F LD P /216.79)62.8409.66(275.4)(2-=-⨯=- 提馏段：
甲醇：kg kJ t t C F W P /351.38)62.8499.95(373.3)(1=-⨯=- 水：kg kJ t t C F W P /698.48)62.8499.95(283.4)(2=-⨯=-
质量分数的计算：F W D x x x '''、、
)1(-1D D D D x x M x x M '-='甲醇水）（ )1()1(W W W
W x x M x x M '-='-甲醇水 )1(-1F F F F x x M x x M '-='甲醇水）（ %
45.22%21.5%34.95='='='F W D x x x
塔顶镏出液的比热容:
)/(320.3275.4)9534.01(9534.0179.3)1(211C kg kJ C x x C C P D D P P ︒⋅=⨯-+⨯=-+'= 塔釜镏出液的比热容：
)/(236.4283.4)0521.01(0521.0373.3)1(221C kg kJ C x x C C P W W P P ︒⋅=⨯-+⨯=-+'= 为简化计算，现以进料焓，即84.62℃时的焓值为基准。
根据表2-2可得：h kg D /35.4250
='，h kg W /61.17974=' h kJ t C D dt C D Q L D
F
t t P P D /1054.2)62.8409.66(230.335.4250511⨯-=-⨯⨯=∆'='=⎰
h kJ t C W dt C W Q W
F
t t P P W /1066.8)62.8499.95(236.461.17974522⨯=-⨯⨯=∆'='=⎰
对全塔进行热量衡算：
=++=+F C W D S F Q Q Q Q Q Q
所以：h kJ Q S /10812.9102.91066.81054.26655⨯=⨯+⨯+⨯-= 由于塔釜热损失为%10,则%90=η
所以:h kJ Q Q S
S /1009.19
.010812.976
⨯=⨯=='η
式中：
h kg H Q W V S h /44.50271.21681009.17
=⨯=∆'=
（4）热量衡算的结果
表2-4 热量衡算结果表 符号 h kJ Q C /
h kJ W C / h kJ Q F / h kJ Q D / h kJ Q W / h kJ Q s /' h
kJ W h / 数值
6
102.9⨯ 5
1016.2⨯ 0 5
1054.2⨯-
5
1066.8⨯ 7
1009.1⨯ 44
.5027
2.2.3理论塔板数计算
本次设计采用图解法。
精馏段操作线方程为 11+++=
R x x R R y D 即：63
.1192
.0163.163.1+++=x y 本次所选为冷夜进料，所以2.1=q 。
图2-3 塔板数图
由图2-3可知，精馏塔理论塔板数为8块，其中精馏段6块，提馏段2块。
2.3 精馏塔主要尺寸的设计计算 2.
3.1精馏塔设计主要依据和条件
表2-5 甲醇-水在不同温度下的密度)/(3m kg 温度C ︒/ 甲醇 水 50 760 988.1 60 751 983.2 70
743
977.8
80 734 971.8 90 725 965.3 100
716
958.4
表2-6 甲醇-水在特殊点的粘度)(s mPa ⋅ 物质
甲醇
水
塔顶：C ︒09.66 329.0 449.0 塔底：C ︒99.95 235.0
296.0
进料：C ︒62.84
0.265 0.338
塔顶条件下的流量及物性参数
92.0=D x ,9534.0='D x ,h kmol D /47.137=
(1)气相平均相对分子质量
kmol kg x M x M M D D VD /92.30)92.01(02.1892.004.32)-1=-⨯+⨯=+=（水甲 （2）液相平均相对分子质量
mol kg M M VD LD /92.30== （3）气相密度
300/1088.188
.6615.27315
.2734.2292.304.22m kg p p T T M VD VD =+⨯=⨯⨯=
ρ （4）液相密度
C t L
D ︒=09.66,查表2-5，用内插法得：
3
/128.746m kg =甲ρ，3/912.979m kg =水ρ
912
.9799534.0-1128.7469534.0-11
）（）（水甲+='+'=
ρρρD D LD
x x 解得：3/516.754m kg LD =ρ
（5）液相粘度
查表2-6得：C t LD ︒=09.66时，s mPa ⋅=329.0甲μ，s mPa ⋅=449.0水μ
s mPa x x D D LD ⋅=⨯+⨯=-+=339.092.0-1449.092.0329.0)1(）（水甲μμμ
（6）塔顶出料的质量流量
h kg M D D LD /57.425047.13792.30=⨯=⋅=' 表2-7 塔顶数据结果表 符号 kmol
kg M LD /
kmol
kg M VD / km ol
kg VD /ρ
3
/m
kg LD ρ
s
mPa LD ⋅μ h
kg D /'
h
kmol D /
数值
92
.30
92
.30
1088
.1
516
.754
339
.0
57
.4250
47
.137
塔釜条件下的流量及物性参数
03.0=W x ,0521.0='W
x ,h kmol W /73.974= (1)液相相对分子质量
kmol kg x M x M M W W VW /44.18)03.01(02.1803.004.32)-1=-⨯+⨯=+=（水甲 mol kg M M VW LW /44.18== （2）气相密度
C t W ︒=99.95
300/609.099
.9515.27315.2734.2244.184.22m kg p p T T M VW VW =+⨯=⨯⨯=
ρ （3）液相密度
C t W ︒=99.95
查表2-5，内插法算得：3/61.719m kg =甲ρ，3/17.961m kg =水ρ
17
.9610521.0-1610.7190521.0-11
）
（）（水甲+
='+'=ρρρW W LW
x x 解得：3/65.944m kg LW =ρ (4)塔釜出料的质量流量
h kg M W W LW /1079.144.1873.9744⨯=⨯=⋅=' (5)液相密度
查表2-6可得：C t W ︒=99.95
s mPa ⋅=235.0甲μ，s mPa ⋅=296.0水μ
s mPa x x W W LW ⋅=⨯+⨯=-+=294.003.0-1296.003.0235.0)1(）（水甲μμμ
表2-8 塔釜数据结果表 符号 kmol
kg M LW /
kmol
kg M VW / km ol
kg VW /ρ
3
/m
kg LW ρ
s
mPa LW ⋅μ h
kg W /
h
kmol W /'
数值
44
.18
44
.18
609
.0
65
.944
294
.0
73
.974 41079.1⨯
进料条件下的流量及物性参数
h kmol F /21.1112=，14.0=F x ，2245.0='F x
查表2-1得：
F x 83.20
0.14
15.13
F y
73.62
F y
55.54
由内插法可得：
55
.5415
.131444.5473.6215.1383.20--=--F y
解得：5546.0%46.55==F y （1）气相平均相对分子质量
kmol kg y M y M M F F VF /79.25)5546.01(02.1804.325546.0)-1=-⨯+⨯=+=（水甲 (2) 液相平均相对分子质量
kmol kg x M x M M F F LF /98.19)14.01(02.1814.004.32)-1=-⨯+⨯=+=（水甲 （3）气相密度
300/897.062
.8415.27315
.2734.2280.294.22m kg p p T T M VF VF =+⨯=⨯⨯=
ρ （4）液相密度
查表2-5，内插法算得：3/84.729m kg =甲ρ，3/79.968m kg =水ρ
79
.9682245.0-184.7292245.0-11
）（）（水甲+='+'=
ρρρF F LF
x x 解得：3/72.918m kg LF =ρ （5）液相粘度
查表2-6得：C t F ︒=62.84
s mPa ⋅=265.0甲μ，s mPa ⋅=338.0水μ
s mPa x x F F LF ⋅=⨯+⨯=-+=327.014.0-1338.014.0265.0)1(）（水甲μμμ
(6) 进料的质量流量
h kg F /22222='
表2-9 进料数据结果表 符号
kmol
kg M VF /
kmol
kg M LF / km ol
kg VF /ρ
3
/m kg LF ρ
s mPa LF ⋅μ h
kg F /' h
kmol F /
数值
79
.25
88
.19
879
.0
72
.918
327
.0
22222
21
.1112
精馏段的流量及物性参数
（1）气相平均相对分子质量
kmol kg M M M VF VD V /355.282
79
.2592.302=+=+=
精 （2）液相平均相对分子质量
kmol kg M M M LF LD L /45.252
98
.1992.302=+=+=
精 (3)气相密度
3/9939.02
879
.01088.12
m kg VF
VD V =+=
+=
ρρρ精
(4)液相密度
3/633.8362
75
.918561.7542
m kg LF
LD L =+=
+=
ρρρ精
(5)液相粘度
s mPa LF
LD L ⋅=+=
+=
333.02
327
.0339.02
μμμ精
(6)气相流量
摩尔流量 h kmol D R V /55.36147.137)163.1()1(=⨯+=+=精
质量流量 h kg M V V V /64.10251355.2855.361=⨯=='精精精 （7）液相流量
摩尔流量 h kmol RD L /08.22447.13763.1=⨯==精
质量流量 h kg M L L L /74.570245.2508.224=⨯=='精精精
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.
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
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
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。
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)
化工原理课程设计任务书甲醇水连续填料精馏 塔 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
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： %(甲醇的质量分数) 塔顶出料浓度： %(甲醇的质量分数) 塔釜出料浓度： %(甲醇的质量分数) 4、填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 5、厂址位于厦门地区 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，要充分考虑这两个方面的影响，我们一般采用的是常压精馏。如果在常压下无法完成操作，可以在一定条件下进行小幅度的减压或者增压来改变混合液的相对挥发度，实现精馏分离。对于甲醇—水二元混合物系统在常压的情况下，相对挥发度的差异很大，容易分离。因此在考虑多方面因素之后，本设计采用的常压精馏，即塔顶的操作压力控制在下。 由于本设计精馏塔不是很高，故可近似忽略每层塔板的压降。在实际计算当中，将全塔近似看做是在恒压下操作。 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
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》报告 一、概述- 2 - 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- 3 - 2. 1 设计方案- 3 - 2.2 塔型选择- 4 - 2.3工艺流程简介- 4 - 2.4 操作条件的确定- 4 - 2.41 操作压力- 4 - 2.4.2 进料状态- 5 - 2.4.3 热能利用- 5 - 2.5 有关的工艺计算- 5 - 精馏塔的物料衡算错误!未定义书签。 物料衡算- 5 - 2.6 塔板数的确定- 6 - 2.6.1 理论板层数NT的求取- 6 - 2.6.2 实际板层数的求取- 6 - 2.7精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算- 7 - 操作压力的计算- 7 - 操作温度的计算(详见附录一（1）) ...................................................................................... - 7 - 2.7.3 平均摩尔质量的计算- 7 - 2.7.4 平均密度的计算- 8 - 液相平均表面*力的计算- 9 - 2.7.6 液体平均粘度的计算- 10 - 2.8 精馏塔的塔底工艺尺寸计算- 11 - 塔径的计算- 11 - 2.8.2 精馏塔有效高度的计算- 12 - 2.9 塔板主要工艺尺寸的计算- 12 - 溢流装置的计算- 12 - 2.9.2 塔板布置- 14 - 2.10 筛板的流体力学验算- 15 - 2.10.1 塔板压降- 15 - 2.10.2 液面落差- 16 - 2.10.3 液沫夹带- 16 - 2.10.4 漏液- 17 - 2.10.5 液泛- 17 - 2.11 塔板负荷性能图- 17 - 液漏线- 17 - 液沫夹带线- 18 - 液相负荷下限线- 19 -
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。
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
滨州学院 课程设计任务书 一、课题名称 甲醇——水分离过程板式精馏塔设计 二、课题条件（原始数据） 原料：甲醇、水溶液 处理量：3200Kg/h 原料组成：33%（甲醇的质量分率） 料液初温：20℃ 操作压力、回流比、单板压降：自选 进料状态：冷液体进料 塔顶产品浓度：98%（质量分率） 塔底釜液含甲醇含量不高于1%（质量分率） 塔顶：全凝器 塔釜：饱和蒸汽间接加热 塔板形式：筛板 生产时间：300天/年，每天24h运行 冷却水温度：20℃ 设备形式：筛板塔 厂址：滨州市 三、设计内容 1、设计方案的选定 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（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数） 5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6、塔板主要工艺尺寸的计算
滨州学院化工原理课程设计说明书 7、塔板的流体力学验算 8、塔板负荷性能图（精馏段） 9、换热器设计 10、馏塔接管尺寸计算 11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸） 12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸） 13、撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容 ⑴课程设计任务书 ⑵课程设计成绩评定表 ⑶中英文摘要 ⑷目录 ⑸设计计算与说明 ⑹设计结果汇总 ⑺小结 ⑻参考文献 14、有关物性数据可查相关手册 15、注意事项 ⑴写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源 ⑵每项设计结束后列出计算结果明细表 ⑶设计最终需装订成册上交 四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 1、设计动员，下达设计任务书0.5天 2、收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天 3、初步确定设计方案及设计计算内容5-6天 4、绘制总装置图2-3天 5、整理设计资料，撰写设计说明书2天 6、设计小结及答辩1天
课程设计题目：甲醇—水分离过程填料 精馏塔塔设计 1、设计简要 1.1 设计任务及概述 在抗生素类药物生产中，需要甲醇溶液洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶液，其组成为含甲醇50%、水50%（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，拟建一套填料精馏塔，对废甲醇进行精馏，得到含水量≦0.3%（质量分数）的甲醇溶液。设计要求废甲醇溶液处理量为日产3吨，塔底废水中甲醇含量≦0.5%（质量分数）。 操作条件： (1) 常压； (2) 拉西环，填料规格。 1.2 设计方案 填料塔简介 填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有： ①：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视; ②：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差异对操作性能的影响）； ③：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）;
④：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）； ⑤：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）； ⑥：气液进出口。 塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率，并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。 1.3 填料精馏塔流程图 2、设计所需基本数据 本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。 表1甲醇~水溶液体系的平衡数据（101.3K a P） 液相中甲醇的含量(摩尔分数) 汽相中甲醇的含 量(摩尔分数) 液相中甲醇的含 量(摩尔分数) 汽相中甲醇的含 量(摩尔分数) 0.0531 0.2834 0.2909 0.6801
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%。
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)
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。此外，本课程设计还能够提高学生的学科综合素质和创新能力，培养他们在工程实践中解决实际问题的能力和拓展创新思路的能力。 五、总结
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
(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。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