甲醇水精餾塔設(shè)計報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 黃 河 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢業(yè)論文（設(shè)計）報告題目：甲醇-水精餾塔的設(shè)計學(xué) 生：xxx指導(dǎo)教師：xxx專 業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù)2班2013年 12 月 25 日專心-專注-專業(yè)甲醇-水精餾塔的工藝設(shè)計作者：xxx 單位：黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化工技術(shù)02班 河南開封 摘要：塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計流程和應(yīng)注意的事項是非常必要的。本設(shè)計對甲醇-水分離過程篩板精餾塔裝置進(jìn)行了設(shè)計，主要進(jìn)行了以下工作：1、對主要生產(chǎn)工藝流程和方案進(jìn)行了選擇和確定。2、對生

2、產(chǎn)的主要設(shè)備篩板塔進(jìn)行了工藝計算設(shè)計,其中包括：精餾塔的物料衡算；塔板數(shù)的確定；精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算；精餾塔的塔體工藝尺寸計算；精餾塔塔板的主要工藝尺寸的計算。3、繪制了生產(chǎn)工藝流程圖和精餾塔設(shè)計條件圖。4、對設(shè)計過程中的有關(guān)問題進(jìn)行了討論和評述。本設(shè)計簡明、合理，能滿足初步生產(chǎn)工藝的需要，有一定的實踐指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：甲醇-水 分離過程 精餾塔 目錄 1 精餾塔設(shè)計任務(wù)和概述 1.1簡介甲醇最早是用木材干餾得到的，因此又叫木醇，是一種易燃的液體，沸點65，能溶于水，毒性很強(qiáng)，誤飲能使人眼睛失明，甚至致死。由于甲醇和水不能形成恒沸點的混合物，因此可直接用常壓蒸餾法把大部分的水除

3、去，再用金屬鎂處理，就得無水甲醇。甲醇在工業(yè)上主要用來制備甲醛，以及作為油漆的溶劑和甲基化劑等。本設(shè)計進(jìn)行甲醇和水的分離，采用精餾塔，選取效率較高、塔板結(jié)構(gòu)簡單、加工方便的單溢流方式，并采用了弓形降液盤。該設(shè)計的優(yōu)點：1.操用、調(diào)節(jié)、檢修方便；2.制造安裝較容易；3.處理能力大，效率較高，壓強(qiáng)較低，從而降低了操作費(fèi)用；4.操作彈性較大。 目前，精餾塔的設(shè)計方法以嚴(yán)格計算為主，也有一些簡化的模型，但是嚴(yán)格計算法對于連續(xù)精餾塔是最常采用的，我們此次所做的計算也采用嚴(yán)格計算法。 1.2 設(shè)計任務(wù)及要求原料：甲醇水混合溶液，處理量為100kmol/h,其中甲醇的含量為0.4（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）；原料液溫

4、度為泡點溫度。要求：塔頂甲醇的含量不小于0.95，塔底甲醇的含量不大于0.04。 1、精餾塔的物料衡算 2、塔板類型及塔板數(shù)的確定 3、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 4、精餾塔塔體工藝尺寸的計算 5、塔板主要工藝的計算和流體力學(xué) 6、餾塔接管尺寸計算 7、對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論 設(shè)計圖紙要求 1、繪制工藝流程圖 2、繪制精餾塔設(shè)計條件圖 3、編寫設(shè)計說明書一份 甲醇-水溶液平衡參數(shù)：溫度t/液相摩爾分?jǐn)?shù)x氣相摩爾分?jǐn)?shù)y相對揮發(fā)度10000096.42%13.40%7.93.54%23.40%7.91.26%30.40%6.89.38%36.50%6.87.710%41.80%

5、6.84.415%51.70%6.81.720%57.90%5.7830%66.50%4.75.340%72.90%4.73.150%77.90%3.71.260%82.50%3.69.370%87%2.67.580%91.50%2.6690%95.80%2.6595%97.90%2.64.5100%100%2 計算過程 2.1精餾塔的工藝計算 2.1.1精餾塔的物料衡算(1) 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率由于精餾過程的計算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。甲醇的摩爾質(zhì)量 水的摩爾質(zhì)量 原料液的摩爾組成： (2) 原料液的平均摩爾質(zhì)量原料液的平均摩爾質(zhì)量： 2.1

6、.2物料衡算 原料處理量 總物料衡算 甲醇的物料衡算 聯(lián)立解得 由此可查得原料液，塔頂和塔底混合物的沸點。2.2 塔板數(shù)的確定2.2.1 理論板層數(shù)NT的求取甲醇水屬非理想體系，但可采用逐板計算求理論板數(shù)。查得甲醇水體系的相對揮發(fā)度=4.454（詳見附錄一（1）求最小回流比采用泡點進(jìn)料 則有氣液平衡方程求得 故最小回流比為 可取操作回流比R=1.1Rmin=0.（詳見附錄一（2）塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考凹訜嵴羝康挠嬎?L=RD V=(R+1) D L=L+F V=V 求操作線方程 精餾段操作線方程為: 提餾段操作線方程為: 汽液平衡方程為： 逐板計算法求理論塔板數(shù) 由公式，代入數(shù)據(jù)可得： 總

7、理論板層數(shù)： （包括再沸器） 進(jìn)料板位置： 2.2.2 實際板層數(shù)的求取取全塔效率為0.52，則有 精餾段實際板層數(shù) 提餾段實際層數(shù) 2.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算2.3.1操作壓力的計算塔頂操作壓力 每層板的壓降 進(jìn)料板壓力 塔底壓力 精餾段平均壓力 提餾段平均壓力 2.3.2操作溫度的計算依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點塔頂溫度進(jìn)料處溫度塔釜溫度精餾段平均溫度 提餾段平均溫度 2.3.3 平均摩爾質(zhì)量的計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算由由平衡曲線得：進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計算由逐板計算得： 塔底平均摩爾質(zhì)量的計算由逐板計算得： 精餾段平均摩爾質(zhì)量：提餾段平均摩爾質(zhì)量：2.3

8、.4 平均密度的計算氣相平均密度的計算有理想氣體狀態(tài)方程計算，即精餾段提餾段 液相平均密度方程計算液相平均密度依下式計算，即塔頂液相平均密度的計算：由，查手冊得 進(jìn)料液相平均密度的計算由，查手冊得 塔底液相平均密度的計算由T w=99.2611，查手冊得 精餾段的平均密度 提餾段的平均密度 2.3.5液相平均表面張力的計算液相平均表面張力依下式計算 塔頂平均液相表面張力的計算由，查手冊得 進(jìn)料平均液相表面張力的計算由，查手冊得 塔底平均液相表面張力的計算由，查手冊得 精餾段平均液相表面張力 提餾段平均液相表面張力 2.3.6 液體平均粘度的計算液相平均粘度依下式計算，即塔頂液相平均粘度的計算由

9、，查手冊得 進(jìn)料液相平均粘度的 計算由，查手冊得 塔底液相平均粘度的計算 由，查手冊得 精餾段液相平均粘度提餾段液相平均粘度2.4 精餾塔的塔底工藝尺寸計算2.4.1塔徑的計算精餾段氣液相體積流率為取板間距，板上液層高度，則 H板間無液空間 取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔經(jīng)圓整后為 D=1.4m塔截面積為實際空塔氣速為2.4.2 精餾塔有效高度的計算為了便于篩板塔的檢修，塔壁上應(yīng)開若干人孔。開設(shè)人孔的位置為：塔頂空間、塔底空間各開一個，其他人孔的位置則根據(jù)下列原則確定：物料清潔，不需要經(jīng)常清洗時，每隔68塊塔板設(shè)一個人孔；物料臟物，需經(jīng)常清洗時，則每隔34塊塔板設(shè)置一個人孔。設(shè)計時定

10、位每8塊板開一孔，則：孔數(shù)S=實際塔板/8=27/84在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m實際塔高可按公式計算：式中：H塔高（不包括封頭和裙座高），m Hd塔高孔間高，m Hb塔底空間高，m HT板間距，m N實際塔板數(shù)（不包括再沸器） Hf進(jìn)料孔處板間距，m S手孔或人孔數(shù)（不包括塔頂、塔底空間所開入孔） HT開設(shè)手孔、人孔處板間距，m其中，Hd一般取1.21.5m,不宜太小，目的是有利于液滴的自由沉降，減少出場氣體中液滴的夾帶量。塔底空間Hb具有中間儲槽的作用，一般釜液最好能在塔底有1015min的停留時間。因此，Hb可按殘液量和塔徑進(jìn)行計算，也可取經(jīng)驗值。常取Hb=1.32m。進(jìn)料孔處

11、板間距決定于進(jìn)料孔的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)料狀況。為減少液沫夾帶，Hf要比HT大，常取Hf=1.2 1.4m。開設(shè)手孔、人孔處塔板間距HT，視手孔、人孔大小而定，一般取HT600mm。2.5 塔板主要工藝尺寸的計算2.5.1溢流裝置的計算因塔徑D=1.4m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下： 堰長 溢流堰高度由 選用平直堰，堰上液層高度how由下式計算，即近似取E=1，則取板上清液層高度 故 弓形降液管寬度Wd和截面積Af由 查圖(化工原理 148頁圖21)，得Af/At=0.055 Wd/D=0.097故 Af=0.055At=0.055×1.5386=0.0846Wd=

12、0.097D=0.097×1.4=0.1358m驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設(shè)計合理。降液管底隙高度ho取 故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度2.5.2 塔板布置塔板的分布因D800mm，故塔板采用分塊式。查表（查化工原理及課程設(shè)計p154表83）得，塔板分為3塊。邊緣區(qū)寬度確定取開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)Aa按下式計算，即其中 x=D/2-(Wd+Ws)=0.7-0.2158=0.4842m r=D/2-Wc=0.7-0.06=0.6400m故 篩孔計算及其排列所處理的物系無腐蝕性，可選用=3.5mm碳鋼板，取篩孔直徑 。篩孔按正三角形排列，取孔中間篩孔數(shù)目n為 開

13、孔率為 氣體通過閥空的氣速為 2.6 篩板的流體力學(xué)驗算2.6.1 塔板壓降干板阻力h0計算干板阻力h0下式計算，即由查圖得，故 液柱氣體通過液層的阻力h1計算 氣體通過液層的阻力h1由式計算，即 查圖（化工原理 151頁圖814）得=0.55 故液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式計算，即 液柱氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算，即 液柱氣體通過每層塔板的壓降為： 故設(shè)計符合要求。2.6.2 液面落差對于篩板塔，液面落差很小，故本精餾塔的工藝設(shè)計，可忽略液面落差的影響。2.6.3 液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即 故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。2.6.4 漏液對篩板塔

14、，漏液點氣速可由下式計算，即實際空速 穩(wěn)定系數(shù)為 故在本設(shè)計中無明顯漏液。2.6.5 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式的關(guān)系，即甲醇水物系屬一般物系，取，則而 板上不設(shè)進(jìn)口堰，可有下式計算，即液柱液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。3管徑的計算3.1管徑的選擇 3.1.1加料管的管徑管路的流量：F=10000在進(jìn)口溫度與出口溫度范圍內(nèi)，料液的密度變化不大，在77.8466時 ，進(jìn)料密度為： 取管流速:,則 圓整后，外徑45mm, 3.1.2塔頂蒸汽管的管徑蒸汽用量：取氣速，圓整后，外徑 =9mm 3.1.3回流管管徑回流管的摩爾流量為：平均摩爾量： 該溫度下的密度： 取流速圓整后

15、，外徑D=76mm =3mm3.1.4料液排出管徑 排液量 取=0.4 m/s液相密度953.5997圓整后，外徑， 總結(jié)本設(shè)計對甲醇-水分離過程篩板精餾塔裝置進(jìn)行了設(shè)計，主要進(jìn)行了以下工作：1、對主要生產(chǎn)工藝流程和方案進(jìn)行了選擇和確定。2、對生產(chǎn)的主要設(shè)備篩板塔進(jìn)行了工藝計算設(shè)計,其中包括：精餾塔的物料衡算；塔板數(shù)的確定；精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算；精餾塔的塔體工藝尺寸計算；精餾塔塔板的主要工藝尺寸的計算。3、繪制了生產(chǎn)工藝流程圖和精餾塔設(shè)計條件圖。4、對設(shè)計過程中的有關(guān)問題進(jìn)行了討論和評述。設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化

16、學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟(jì)合理性。 化工生產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。塔設(shè)備一般分為階躍接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。  篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少，塔板的造價可減少40%左右；安

17、裝容易，也便于清理檢修。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮到設(shè)計的業(yè)精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。節(jié)省能源，綜合利用余熱。經(jīng)濟(jì)合理，冷卻水進(jìn)出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。即對操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有影響，因此設(shè)計是否合理的利用熱能R等直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)問題。 本設(shè)計簡明、合理，能滿足初步生產(chǎn)工藝的需要，有一定的實踐指導(dǎo)作用。CAD制圖主要符號說明精（提）鎦段液相平均摩爾質(zhì)量精（提）鎦段氣相平均摩爾質(zhì)量精（提）鎦段液相平均密度精（提）鎦段氣相平均密度平均表面張力平均粘度氣相體積流量液相體積流量板間距板上液層高度塔截面積實際空

18、塔氣速精餾塔有效高度堰長液流堰高度堰上液層高度弓形降液管高度截面積停留時間降液管底隙高度凹形受液盤深度開孔區(qū)面積篩孔直徑孔中心距 篩孔數(shù)目開孔率閥孔的氣數(shù)干板阻力氣體通過液層的阻力液體表面張力的阻力氣體通過每層塔板的壓降液沫夾帶漏液點氣速穩(wěn)定系數(shù)降液管內(nèi)液層高主要工藝參數(shù)序號項目精餾段提鎦段序號項目精餾段172.126688.538111.42109.338KPa118.788KPa120.8403實際塔板數(shù)N1216130.05184塔有效高度Z14.5m14551.1163kg/m30.90019kg/m3150.066803.8172kg/m3904.8531kg/m31615732.8385mN/m53.3966mN/45779空塔流速u，m/s1.26721.6623190.56310板間距HT/m0.40.420參考文獻(xiàn) 1 、化工工設(shè)計設(shè)計