完整word版南昌大學甲醇 水連續(xù)精餾塔的課程設計

1、化工原理課程設計一、設計題目甲醇 - 水連續(xù)精餾塔的設計二、設計條件1、常壓操作： p=1atm2、進精餾塔的料液含甲醇61%（質(zhì)量），其余為水3、產(chǎn)品的甲醇含量不得低于99%（質(zhì)量）4、殘液中甲醇含量不得高于3%（質(zhì)量）5、生產(chǎn)能力為日處理（ 24h）66.5 噸粗甲醇三、設計內(nèi)容3.1 ：設計方案的確定及流程說明3.1.1 ：選擇塔型精餾塔屬氣液傳質(zhì)設備。 氣液傳質(zhì)設備主要有板式塔和填料塔兩大類。該塔設計生產(chǎn)時日要求較大， 由板式塔與填料塔比較知： 板式塔直徑放大時， 塔板效率較穩(wěn)定 , 且持液量較大，液氣比適應范圍大，因此本次精餾塔設備選擇板式塔。篩板塔是降液管塔板中結(jié)構(gòu)最簡單的，制造維

2、修方便，造價低，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔， 塔板效率接近浮閥塔。 本次設計為分離甲醇與水， 所以由各方面條件考慮后，本次設計應用篩板塔。3.1.2 ：精餾方式由設計要求知，本精餾塔為連續(xù)精餾方式3.1.3 ：裝置流程的確定為獲取也液相產(chǎn)品，采用全凝器。含甲醇 61%（質(zhì)量分數(shù)）的甲醇 - 水混合液經(jīng)過預熱器，預熱到泡點進料。進入精餾塔后分離， 塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后流入甲醇貯存罐， 一部分回流再進入塔中， 塔底殘留液給再沸器加熱后， 部分進入塔中，部分液體作為產(chǎn)品經(jīng)釜液冷卻器冷卻后流入釜液貯存罐。3.1.4 ：操作壓強的選擇常壓操作可減少因加壓或減壓操作所增加的增

3、、減壓設備費用和操作費用，提高經(jīng)濟效益 , 在條件允許下常采用常壓操作，因此本精餾設計選擇在常壓下操作。3.1.5 ：進料熱狀態(tài)的選擇泡點進料時，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。飽和液體進料時進料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點進料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設備制造上比較方便。 冷液進塔雖可減少理論板數(shù)，使塔高降低，但精餾釜及提餾段塔徑增大，有不利之處。所以根據(jù)設計要求，可采用泡點進料，q1。3.1.6 ：加熱方式本次采用間接加熱，設置再沸器3.1.7 ：回流比的選擇選擇回流比， 主要從經(jīng)濟觀點出發(fā)， 力求使設備費用和操作費用最低， 一般經(jīng)驗值

4、為： R=(1.22)Rmin經(jīng)后面簡捷法計算對應理論板數(shù) N 時，可知， R=2Rmin時，理論板數(shù)最少，所以回流比選擇為最小回流比的 2 倍。3.2 ：二元連續(xù)板式精餾塔的工藝計算3.2.1: 相對揮發(fā)度的確定根據(jù)安托因方程logp0ABt C查表得安托因常數(shù)ABC甲醇7.197361574.99238.86水7.074061657.46227.02塔頂產(chǎn)品濃度為 99%，因此，可近似看成純甲醇溶液；同理，塔底濃度為3%可近似看成純水溶液。所以，塔頂溫度為甲醇沸點為 64.6 ，塔底溫度為水的沸點 100。因此塔底的相對揮發(fā)度aW=3.497塔頂?shù)南鄬]發(fā)度aD=4.138mDW3.804

5、3.2.2 ：全塔物料衡算總物料： F=D+W易揮發(fā)組分： FxF=DxD+WxWF、D、W：分別為進料、餾出液和釜液的流量（kmol/h ）xF、xD、 xW：分別為進料、餾出液和釜液中易揮發(fā)組分的組成、摩爾分率由操作條件得 ; F66.5100086.475kmol / h2432.0420.610.99xF32.0420.4677xD32.0420.980.610.390.990.0132.0421832.042180.03xW32.0420.0170.030.9732.04218即： 86.475=D+W86.475*0.4677=0.98D+0.017W解得： D=40.752kmo

6、l/hW=45.7233kmol/h3.2.3 ：平衡線方程yx3.804x1(1) x12.804x3.2.4 ：精餾段操作線方程已知 q=1、即 xe=xF=0.4677a=3.804即 y ex3.8040.46770.7698(1) x1 2.8040.46771即RminxDye0.980.76980.4103Rmin1xDxF0.980.4677解得： Rmin=0.6958即 R=2Rmin=1.3916所以精餾段的操作線方程為yn 1Rxn1xD0.5819xn0.4098R1R1xn: 見第八頁yn+1: 同上3.2.5 ：提餾段操作線方程RDFFDyn 11) Dxnxw

7、1.4691xn 0.00798( R( R1) D3.2.6 ：理論板數(shù)的求算（ 1）逐板計算法第一層板上升蒸汽組成等于塔頂產(chǎn)品組成： y1=xD=0.98 根據(jù)操作線方程以及平衡線方程可得如下：y10.98x10.927960003y20.94978x20.832543565y30.894257x30.689745445y40.811163x40.530345371y50.718408x50.40143852x5xFy60.581773x60.26776421y70.385392x70.141513587y80.199918x80.061637695y90.082572x90.023113

8、414y100.025976x100.006961881x100.006m提餾段h 0LS 8.5 10-40.022ml w0 0.48 0.08hw -h0=0.07-0.022=0.048m0.006m故降液管底隙高度設計合理3.3.3.3受液盤及進口堰選用平形受液盤。不設進口堰。3.3.4 ：塔板設計3.3.4.1 ：塔板布置（1）開孔區(qū)（鼓泡區(qū)）面積Aa 計算取邊緣區(qū)寬度 Wc=0.05mx=(D/2)-(Wd+Wc)=0.4-(0.0784+0.05)=0.2716mR =(D/2)-Wc=0.4-0.05=0.35m即Aa 2 x R 2x2R2 sin 1 ( x / R)2

9、0.2716 0.3520.2716 20.352 sin 1 (0.2716 / 0.35)0.338m 2180180（ 2）溢流區(qū)溢流區(qū)面積 Af 及 Af 分別為降液管和受液盤所占面積（3）安定區(qū)（破沫區(qū)）取溢流堰前的安定區(qū)寬度為Ws=0.07m取進口堰后的安定區(qū)為Ws=0.05m（4）無效區(qū)取無效區(qū)寬度為0.03m3.3.4.2:篩板的篩孔與開孔率（1）孔徑 d0本設計所處理的物系無腐蝕性, 可選用碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm。(2) 篩板厚度取 =0.8d0=4mm(3) 孔心距 t篩孔在篩板上按正三角形排列，取孔心距t=3d0=15mm(4) 開孔率A0（ d0)20.907

10、(5)210.1%Aa0.90715t（5）篩孔數(shù)n (115810 3) Aa(1158 10 3)0.338 1740個t 21523.3.5 篩板的流體力學驗算3.3.5.1 ：塔板壓降 Pp氣體通過篩板的壓降 Pp 以相當?shù)囊褐叨缺硎緯r可由下式計算：hp=hc+hl+h hp: 氣體通過每層塔板壓降相當?shù)囊褐叨?，m（1） 干板阻力 hc 的計算精餾段篩孔氣速VS0.76122.27m / s00.005A01740)2(2d0/ =5/4=1.25查干篩孔的流量系數(shù)圖可知流量系數(shù)C0=0.84即 h c0.051(0)2(V)0.051（22.272 1.0790.049mC 0）

11、（）L0.84783提餾段篩孔氣速0 VS 0.823.416m / sA00.00521740()2C0=0.84即 h c 0.051(0)2(V 0.051（23.416 20.82）0.036mC0)0.84）（L 913（2） 氣體通過液層阻力 hl 的計算精餾段按有效流通面積計算的氣速aVS0.7611.597m / sATAf0.820.026()2FaaV1.5971.0791.659查找充氣系數(shù) 0 與 Fa 的關(guān)聯(lián)圖可知： 0=0.58即 hl= 0hL= 0(hw+how)=0.58*0.078=0.045m提餾段aVS 0.81.678m / sATAf0.82(0.0

12、26)2Fa a V 1.678 0.821.519查找充氣系數(shù) 0 與 Fa 的關(guān)聯(lián)圖可知： 0=0.6即 hl =0hL=0(hw +how )=0.6*0.076=0.0456m（3） 液體表面張力的阻力 h的計算精餾段4430.92710 3h7839.820.0032mL gd00.005提餾段4 456.310 3h 9139.820.005mL gd 00.005即精餾段板壓降 hp=hc+hl+h =0.049+0.045+0.0032=0.0972m Pp=hpLg=0.0972*783*9.82=747.38pa=0.747kpa提餾段板壓降 hp = hc +hl +h

13、=0.036+0.0456+0.005=0.0866m Pp=hpLg=0.0866*913*9.82=776.43pa=0.776kpa3.3.5.2:霧沫夾帶量 ev 的計算精餾段5.7 106a3.25.7 1061.5973.2液kg氣ev（）（）0.065kgH Thf30.927 10 3 0.452.50.078/提餾段ev5.7 10 6（a3 .25.71061.6783.20.0395kg液 / kg氣H T）56.3（2.5）h f 10 30.450.076故本設計液沫夾帶量在允許范圍ev0.1kg 液 /kg 氣內(nèi) , 所以符合要求。3.3.5.3 ：漏液點氣速 ow

14、的計算精餾段ow4.4Co (0.00560.13hLh )L / V4.40.84 （0.00560.130.078 - 0.0032）783/ 1.07911.149m / s穩(wěn)定性系數(shù) K0Kow提餾段22.271.997 1.5 2.0 所以無明顯漏液現(xiàn)象11.149ow 4.4Co (0.0056 0.13hL h) L/V 4.40.84 （0.00560.13 0.076 - 0.005）913/ 0.82 12.625m / s穩(wěn)定性系數(shù) KK0 23.4161.8551.5 2.0所以無明顯漏液現(xiàn)象ow 12.6253.3.5.4 ：液泛（淹塔）條件的校核降液管內(nèi)的清液層高度Hd的計算精餾段液體流過降液管的壓強降相當?shù)囊褐叨萮d 的計算Ls)25.6610 425.318 104mh d 0.153(0.153()l w ? h00.480.02即 Hd=hp+hL+hd=0.0972+0.07