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南昌大学甲醇-水连续精馏塔的课程设计

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化工原理课程设计 一、设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计 二、设计条件 1、常压操作：p=1atm 2、进精馏塔的料液含甲醇61%（质量），其余为水 3、产品的甲醇含量不得低于99%（质量） 4、残液中甲醇含量不得高于3%（质量） 5、生产能力为日处理（24h）66.5吨粗甲醇 三、设计内容 3.1：设计方案的确定及流程说明 3.1.1：选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要有板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大，由板式塔与填料塔比较知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大，液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。 筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，制造维修方便，造价低，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。本次设计为分离甲醇与水，所以由各方面条件考虑后，本次设计应用筛板塔。 3.1.2：精馏方式 由设计要求知，本精馏塔为连续精馏方式 3.1.3：装置流程的确定 为获取也液相产品，采用全凝器。 含甲醇61%（质量分数）的甲醇-水混合液经过预热器，预热到泡点进料。进入精馏塔后分离，塔顶蒸汽冷凝后有一部分作为产品经产品冷却器冷却后流入甲醇贮存罐，一部分回流再进入塔中，塔底残留液给再沸器加热后，部分进入塔中，部分液体作为产品经釜液冷却器冷却后流入釜液贮存罐。 3.1.4：操作压强的选择 常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益, 在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。 3.1.5：进料热状态的选择 泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料，提馏段和精馏段塔径大致相同，在设备制造上比较方便。冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。所以根据设计要求，可采用泡点进料，q＝1。 3.1.6：加热方式 本次采用间接加热，设置再沸器 3.1.7：回流比的选择 选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用最低，一般经验值为：R=(1.2~2)Rmin 经后面简捷法计算对应理论板数N时，可知，R=2Rmin时，理论板数最少，所以回流比选择为最小回流比的2倍。 3.2：二元连续板式精馏塔的工艺计算 3.2.1:相对挥发度的确定 根据安托因方程

CtBAp0log 查表得安托因常数

塔顶产品浓度为99%，因此，可近似看成纯甲醇溶液；同理，塔底浓度为3%可近似看成纯水溶液。所以，塔顶温度为甲醇沸点为64.6℃，塔底温度为水的沸点100℃。 因此塔底的相对挥发度aW=3.497 塔顶的相对挥发度aD=4.138

804.3WDm

3.2.2：全塔物料衡算 总物料：F=D+W 易挥发组分：FxF=DxD+WxW F、D、W：分别为进料、馏出液和釜液的流量（kmol/h） xF、xD、xW：分别为进料、馏出液和釜液中易挥发组分的组成、摩尔分率

由操作条件得;hF/kmol475.86042.322410005.66

4677.01839.0042.3261.0042.3261.0Fx 98.01801.0042.3299.0042.3299.0Dx

017.01897.0042.3203.0042.3203.0Wx 即：86.475=D+W 86.475*0.4677=0.98D+0.017W 解得：D=40.752kmol/h W=45.7233kmol/h 3.2.3：平衡线方程

xxxx804.21804.3)1(1y

3.2.4：精馏段操作线方程 已知q=1、即xe=xF=0.4677 a=3.804

A B C 甲醇 7.19736 1574.99 238.86 水 7.07406 1657.46 227.02 即7698.04677.0804.214677.0804.3)1(1yxxe 即4103.04677.098.07698.098.01minminFDeDxxyxRR 解得：Rmin=0.6958 即R=2Rmin=1.3916 所以精馏段的操作线方程为

4098.05819.0111y1nDnnxxRxR

R

xn:见第八页 yn+1:同上 3.2.5：提馏段操作线方程

00798.04691.1)1()1(y1nwnnxxDRDFxDR

FRD

3.2.6：理论板数的求算 （1）逐板计算法 第一层板上升蒸汽组成等于塔顶产品组成：y1=xD=0.98 根据操作线方程以及平衡线方程可得如下： y1 0.98 x1 0.927960003 y2 0.94978 x2 0.832543565 y3 0.894257 x3 0.689745445 y4 0.811163 x4 0.530345371 y5 0.718408 x5 0.40143852 x5y6 0.581773 x6 0.26776421 y7 0.385392 x7 0.141513587 y8 0.199918 x8 0.061637695 y9 0.082572 x9 0.023113414 y10 0.025976 x10 0.006961881 x10即：可知理论板数为10块 第5层理论版为进料板 精馏段理论板数为4层 提馏段理论板数为5层 （2）直角梯级图解法 （3）简捷法 Rmin=0.6958

95.5804.3lg017.0983.002.098.0lglg)1)(1(lgminwwDDxxxxN 根据吉利兰经验关联图以及关系式求得： R (R-Rmin)/(R+1) (N-5.95)/(N+1) N 1.2Rmin 0.835 0.075858311 0.577733459 15.45879873 1.3Rmin 0.90454 0.109601269 0.53871474 14.06659891 1.4Rmin 0.97412 0.140984337 0.504793898 13.0345605 1.5Rmin 1.0437 0.170230464 0.49 12.62745098 1.6Rmin 1.11328 0.197550727 0.48 12.36538462 1.7Rmin 1.18286 0.223129289 0.46 11.87037037 1.8Rmin 1.25244 0.247127559 0.44 11.41071429 1.9Rmin 1.32202 0.2696876 0.425 11.08695652 2Rmin 1.3916 0.290934939 0.4 10.58333333 可知：R=2Rmin时 理论板数最少 xF=0.4677 由甲醇-水气液平衡数据可知 348.51K x1=0.4 346.31K x2=0.5 即用内插法算

5.0-4677.031.346-5.0-4.031.346-51.348T

xF=0.4677时 T=347.02K=73.87℃ 即由安托因方程得 aF=3.94 aD=4.138

038.4138.494.3,mDF

即88.2038.4log4677.05323.002.098.0(loglog)1)(1(log,minmFFDDxxxxN精 即精馏段理论板数为3层 加料板为第4块板 3.2.7：塔效率的估算 （1）Drickarner法 塔顶温度64.6℃ 塔釜温度100℃ 平均温度为

℃82156.355115.2736.6415.273100ln6.64100ln1212KTTTTT

即82℃下 μ甲醇=0.272mpa.s μ水=0.3485mpa.s

即smpaxLifi.3127.03485.0)4677.01(272.04677.0m

481.03127.0lg616.017.0lg616.017.0mTE （2）O’connell法 μL=0.4677*0.272+（1-0.4677）*0.3485=0.3127 82℃下的相对挥发度a为a=3.787 47.049.0245.0-）（LTE

实际塔板数为28.2147.010N 约为22块 3.3:塔和塔板主要工艺尺寸的设计 3.3.1：塔径的计算 （1）精馏段

精馏段平均温度为℃21.6936.34215.2736.6415.27387.73ln6.64-87.73KTm

查t-x-y图得 xa＝0.72，ya＝0.878 查表得：p甲醇=0.75g/cm3 p水=0.978g/cm3 液相平均分子量： Ml=XaM甲醇+(1-Xa) M水=0.72*32.042+（1-0.72）*18=28.11kg/kmol 气相平均分子量： Mv= yaM甲醇+(1-ya) M水=0.878*32.042+（1-0.878）*18=30.33kg/kmol 液相密度：

3/kg7833/783.0978.0)72.01(1875.072.0042.3211.28aalmcmgbMbXbXaMML

气相密度 3/079.13m/g42.107936.342314.833.3010013.15mkgRTPMVV 液相体积流量 smMLLLS/31066.5783360011.28752.403916.13600l4-

气相体积流量 smMvVVVS/3761.0079.1360033.30752.403916.23600

即气液动能参数02.0079.1783761.01066.54-VLSSLVVLF 取塔板间距HT=0.45m、板上液层高度hl=0.07m 那么分离空间：HT- h1=0.45-0.07=0.38m 即由史密斯关联图得： C20=0.078 甲醇与水在各温度下的表面张力

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甲醇-水精馏课程设计—化工原理课程设计

甲醇-水精馏课程设计—化工原理课程设计

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---甲醇-水混合物常压精馏塔设计

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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设计任务书一、设计题目：甲醇生产过程精馏塔的设计二、设计条件1、生产能力：15万吨甲醇/年2、原料：甲醇含量50%的粗镏冷凝液，以甲醇-水二元系为主3、采取直接蒸汽加热4、采取泡点进料5、塔顶馏出液中甲醇含量≥90%6、塔釜残出液中甲醇含量≤5%7、其他参数（除给出外）可自选三、设计说明书的内容1、目录2、设计题目及原始数据（任务书）3、简述甲醇精馏过程的生产方法及特点4、论述精馏总体结构的选择和材料选择5、精馏过程有关计算（物料衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径塔板设计、管径等）6、设计结果概要（主要设备尺寸、衡算结果等）7、主题设备设计计算及说明8、附属设备的选择（再沸器、加热器等）9、参考文献10、后记及其他四、设计图要求1、绘制主要装置图，设备技术要求、主要参数、大小尺寸、部件明细表、标题栏2、绘制设备流程图一张3、用坐标纸绘制甲醇-水溶液的y-x图一张，并用图解法求理论板数4、用坐标图绘制温度与气液相含量的关系图概述及设计方案简解一、概述1、精馏操作对塔设备的要求精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。

甲醇-水板式精馏塔课程设计

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课程设计报告《处理量为5000T/a的分离苯-甲苯的精馏塔的工艺设计》专业：应用化学工程与工艺班级：化工082*名：**指导教师：***年月日化工原理课程设计任务书一、设计题目：乙醇精馏塔二、设计任务及条件（1）、进料含甲醇30%，其余为水（均为质量分率，下同）（2）、产品甲醇含量不低于98%；（3）、釜残液中乙醇含量不高于xxx%；（4）、生产能力17500T/Y乙醇产品，年开工7200小时（5）、操作条件：①间接蒸汽加热；②塔顶压强：1. 03 atm（绝对压强）③进料热状况：泡点进料；④单板压降：75mm液柱三、设计内容（1）、流程的确定与说明；（2）、塔板和塔径计算；（3）、塔盘结构设计：i. 浮阀塔盘工艺尺寸及布置简图；ii.流体力学验算；iii.塔板负荷性能图。

（4）、其它；i.加热蒸汽消耗量；ii.冷凝器的传热面积及冷却水的消耗量四、设计成果（1）设计说明书一份（2）A4设计图纸包括：流程图、精馏塔工艺条件图。

目录1.精馏塔的物料衡算1. 原料液及其塔顶与塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量为：32.04kg/kmol 水的摩尔质量为： 18.01kg/kmol()()194.001.1870.004.3230.004.3230.0=+=F x()()982.001.1801.004.3299.004.3299.0=+=D x2. 原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量()mol Kg M F 73.20194.0101.18194.004.32=-*+*=()mol Kg M D 78.31982.0101.18982.004.32=-*+*=则可知：原料的处理量：()h Kmol F 117100073.202430017500=⨯⨯⨯= 根据回收率： )%99=⨯⨯=F x D x F D η 则有： h Kmol D 23= 由总物料衡算：W D F +=以及: W D F x W D x F x *+*=*容易得出： h Kmol W 94= ,0012.0=W x2.塔板数的确定2.1逐板计算法求取理论板层数T N甲醇-水汽液平衡数据：0.06 0.304 0.40 0.729 0.95 0.979 0.08 0.365 0.50 0.779 1.00 1.000 0.100.4180.600.825最小回流比及其操作回流比的求解：δy =0.570,δx =0.194()()δδδx y y x R D --=min =(0.982-0.570/(0.570-0.194)=1.096取操作回流比为min 8.1R R ==1.8⨯1.096=1.97 2.1.1精馏塔的气、液相负荷D R L ⨯==1.97⨯23=45h Kmol()682397.21=⨯=⨯+=D R V h Kmol16211745'=+=+=F L L h Kmol68=='V V h Kmol2.1.2精馏段、提馏段操作线方程精馏段操作线：332.06618.0+=*+*=x x V D x V L y D 提馏段操作线：0016.0832.2-'=*'-'*''='x x V W x V L y W 2.1.3 用逐板计算法求塔板数：相平衡方程：()nnn x x y 111-+=+αα由前面可得：194.0==F q x x 982.01==D x y 解得：692.01=x 依次解得：q x x 〈7，即前面7块板是精馏段，后面起用提留段操作线方程和相平衡方程进行计算。

甲醇—水精馏分离板式塔设计

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3.3.5 提馏段平均摩尔质量
MVm 25.67 18.08 2 21.88 Kg mol
M
Lm
20.1118.01
2 19.06 Kg
mol
4.精馏塔的塔体工艺尺寸
4.1 精馏段塔径的计算
由上面可知精馏段 L 45 Kmol h V 68 Kmol h
精馏段的气、液相体积流率为
Vs VMVm 3600 Vm 68 28.73 3600 1.01 1.481 m3 s
根据回收率： xD D xF F 99%
则有：
D 23 Kmol h
由总物料衡算： F D W
以及:
xF F xD D W xW
容易得出： W 94 Kmol h , xW 0.0012
2.塔板数的确定
2.1 逐板计算法求取理论板层数 NT
甲醇-水汽液平衡数据：
x
y
x
y
3600 Af
HT Lh
3600 0.0448 0.40 3600 0.0084
21.31s5s 其中 HT 即为板间距
0.40m， Lh 即为每小时的体积流量
验证结果为降液管设计符合要求。 5.1.1.4 降液管底隙高度 ho
10
ho Lh 3600 lw uo 取 uo 0.07 m s ho 0.0084 3600 3600 0.6 0.07 0.020024 m0.02m
故精馏塔有效高度为 Z Z精 Z提 0.8 10.4m
5.塔板主要工艺尺寸
5.1 精馏段塔板工艺尺寸计算
5.1.1 溢流装置计算
9
因塔径
，
所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。( 此种溢流方式液体流径较长， 塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于 2.2m 的塔中被广泛使用。) 各项计算如下：