武汉工程大学化工原理课程设计

化工与制药学院 课程设计说明书

课题名称 6万吨/年甲醇—水溶液板式精馏塔设计 专业班级 10级 XXXXXX 学生学号 XXXXXXXX 学生姓名 XXXX 学生成绩 指导教师 SX老师 课题工作时间

武汉工程大学化工与制药学院 武汉工程大学课程设计说明书

II 课程设计任务书

专业 化学工程与工艺 班级 XXX班 学生姓名 xXXX 发题时间： 2013 年 6 月 23 日 一、 课题名称 6万吨苯－甲苯板式精馏塔设计 二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量） 1. 课程设计参考书： i. 陈敏恒，丛德兹，方图南，齐鸣斋. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000 ii. 化学工程手册编辑委会. 化学工程手册，第1篇化工基础数据；第13篇气液传质设备. 北京：化学工业出版社，1986 iii. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，1995 2. 计算用计算机及绘图化工CAD软件 三、 设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等，只需简明列出大项目） 1. 撰写课程设计说明书一份 2. 带控制点的工艺流程图一张 3. 塔设备的总装图（包括部分构件）一张 四、 设计所需技术参数 原料： 甲醇/水 原料温度： 泡点进料，℃ 处理量： 6万吨/年 原料组成： 甲醇的质量分率40%，水的质量分率60% 产品要求： 塔顶甲醇的质量分率99%，塔底甲醇的质量分率1% 生产时间： 300天/年 冷却水进口温度：25℃ 加热剂： 0.3MPa饱和水蒸汽 单板压降: ≤0.7kpa 生产方式：连续操作，泡点回流 武汉工程大学课程设计说明书 III 五、 设计说明书内容(指设计说明书正文中包括的主要设计内容，根据目录列出大标题即可) 1． 设计方案的确定 2． 带控制点的工艺流程图的确定 3． 操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、加热剂、冷却剂、回流比） 4． 塔的工艺计算 (1) 全塔物料衡算 (2) 最佳回流比的确定 (3) 理论板及实际板的确定 (4) 塔径的计算 (5) 降液管及溢流堰尺寸的确定 (6) 浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定 (7) 塔板流动性能的校核（液沫夹带校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核，液体在降液管内停留时间校核，严重漏液校核） (8) 塔板负荷性能图的绘制 (9) 塔板设计结果汇总表 5． 辅助设备工艺计算 （1）塔附件设计 （2）换热器的面积计算及选型 （3）各种接管管径的计算及选型 （4）泵的扬程计算及选型 6．塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管） 六、 进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 2013年06月17～2013年06月19：查找资料，初步确定设计方案及设计内容 2013年06月20～2013年06月22：根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿 2013年06月23～2013年06月25：撰写设计说明书 2013年06月26～2013年06月28： 绘制工艺流程图及总装图 2013年06月29～2013年07月01： 答辩 指导教师（签名）： 杜治平 2013 年 6 月 16 日 学科部主任（签名）： 吴广文 2013 年 6 月 16 日 武汉工程大学课程设计说明书 IV 《课程设计》综合成绩评定表 学生姓名 学生班级 设计题目 XX XXXX 甲醇-水筛板式精馏塔 指导教师评语

指导教师签字： 年 月 日

答辩记录

答辩组成员签字： 记录人： 年 月 日 成绩综合评定栏 设计情况 答辩情况

项 目 权重 分值 项 目 权重 分值 1、计算和绘图能力 35 1、回答问题能力 20 2、综合运用专业知识能力 10 2、表述能力（逻辑性、条理性） 10 3、运用计算机能力和外语能力 10 4、查阅资料、运用工具书的能力 5 5、独立完成设计能力 5 6、书写情况（文字能力、整洁度） 5 综合成绩 指导教师签名： 学科部主任签名：

年 月 日 年 月 日 武汉工程大学课程设计说明书 V 摘 要 本设计年处理甲醇-水混合液6万吨(300天/年）, 甲醇含40%的常温液体，分离要求：塔顶甲醇含量为≥0.99，塔底甲醇含量为≤0.01。根据实际情况采用筛板精馏塔,分离甲醇和水,由于物料中含水,采用过热水蒸汽加热,现根据气液平衡曲线和操作要求算出最小回流比0.916，再由吉利兰图算出最佳回流比1.47，根据最佳回流比和物料衡算式求出塔内的气液速率和塔顶流出液102.97kmol/h和塔底流出液流量533.79kmol/h,然后算出基本的物性参数,如密度,摩尔分子质量.粘度.张力等.然后估计塔高0.45m和塔间距1.2m，求出塔板的基本尺寸参数，根据求出的参数画出塔的截面图，计算实际开孔率13.79%，然后计算气液实际速率，再结合前面求出的参数求出板压降、雾沫夹带量、能否发生液泛等等，经过计算合格后，在画出气液负荷曲线图，若操作线能够取得适宜的弹性，则设计合理。 关键词：筛板塔 甲醇分离 精馏塔设计武汉工程大学课程设计说明书

VI Abstract In this paper, the plate distillation column is designed to separate methanol from water in a binary mixture. We have to deal an annual handling capacity of 60,000 tons , of which the raw materials take up 40 percent .As a result , the top product contains methanol no less than 99 percent, and methanol in the bottom is no higher than 1%, with an atmospheric pressure operation, bubble point feeding. Continuous distillation process and bubble point feeding is selected. The raw material liquid is sent into the Distillation Column after heated to soak . The whole steam condensator works on the upwarding gas, and the condensated liquid below the bubble point goes back to the next part of the tower, and the remaining portion of products is delivered to a storage tank after being cooled. The matter of isolates belongs to a department of easy-seperated, and the direct steam heating is taken. The tray process dimension is obtained through the material balance of the entire tower, the calculation of tower process size and the tray size process. It ends with a tower diameter of 1.2m, a total of 20 plate installed, the 16th board as the feeding board, 5483 openings holes in each tray ,single-arch overflow downcomer , 16 m of the whole tower height .At last, the checked design of fluid mecha `1QQnics should meet the requirements.

Keywords: fractionatingcolumn Methyl—water Orificecolumn武汉工程大学课程设计说明书

VII 目 录

摘 要 ................................................................. V 关键词： ................................................................ V Abstract ............................................................... VI 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 第3章 精馏塔的工艺设计 ................................................. 7 3.1全塔物料衡算 .................................................................................................................................. 7 3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数................................................................................ 7 3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量........................................................................ 7 3.1.3原料液的进料流量 ............................................................................................................... 7 3.2实际回流比及操作线方程 .............................................................................................................. 7 3.2.1最小回流比及实际回流比确定 ......................................................................................... 8 3.2.2操作线方程 ....................................................................................................................... 10 3.2.3汽、液相热负荷计算 ....................................................................................................... 10 3.2.4物料衡算 ........................................................................................................................... 10 3.3理论塔板数确定 ............................................................................................................................. 11 3.4实际塔板数确定 ............................................................................................................................. 11 3.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 .................................................................................... 13 3.5.1操作压力计算 ..................................................................................................................... 13 3.5.2操作温度计算 ..................................................................................................................... 13 3.5.3平均摩尔质量计算 ............................................................................................................. 13 3.5.4平均密度计算 ..................................................................................................................... 14 3.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算 ....................................................................................................... 16 3.6.1塔径计算 ........................................................................................................................... 16 3.6.2精馏塔有效高度计算 ....................................................................................................... 18 第4章 塔板工艺尺寸的计算 .............................................. 19 4.1精馏段塔板工艺尺寸的计算 ....................................................................................................... 19 4.1.1溢流装置计算 ................................................................................................................... 19 4.1.2塔板设计 ........................................................................................................................... 20 4.2提馏段塔板工艺尺寸设计 ........................................................................................................... 20 4.2.1溢流装置计算 ................................................................................................................... 20 4.2.2塔板设计 ........................................................................................................................... 21 4.3塔板的流体力学性能的验算 ....................................................................................................... 22 4.3.1精馏段 ............................................................................................................................... 22 4.3.2提馏段 ............................................................................................................................... 24 4.4塔板的负荷性能图 ....................................................................................................................... 25 4.4.1精馏段 ............................................................................................................................... 25 4.4.2提馏段 ............................................................................................................................... 28 第5章 板式塔的结构 .................................................... 32 5.1塔体结构 ....................................................................................................................................... 32