化学与化学工程学院《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：***班级：化工101学号：2010054052指导教师：朱宪荣课程设计时间2013、6、8——2013、6、20化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号 20100054052 指导教师朱宪荣设计日期： 2013 年6月8日至 2013年6月20日一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计二、设计任务及操作条件：1、设计任务生产能力（进料） 413.34Kmol/hr操作周期 8000小时/年进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同）进料密度 233.9Kg/m3 平均分子量 22.65塔顶产品组成 >99%塔底产品组成 <0.04%2、操作条件操作压力 1.45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98%冷却水 20℃直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。
3、设备形式筛板式或浮阀塔4、厂址齐齐哈尔地区三、图纸要求1、计算说明书（含草稿）2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一．前言51.精馏与塔设备简介 52.体系介绍 53.筛板塔的特点 64.设计要求: 6二、设计说明书7三．设计计算书8 1.设计参数的确定81.1进料热状态81.2加热方式81.3回流比（R）的选择81.4 塔顶冷凝水的选择 82.流程简介及流程图 82.1流程简介83.理论塔板数的计算与实际板数的确定93.1理论板数计算93.1.1物料衡算93.1.2 q线方程93.1.3平衡线方程103.1.4 Rmin和R的确定103.1.5精馏段操作线方程的确定103.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定103.1.7提馏段操作线方程的确定103.1.8逐板计算103.1.9图解法求解理论板数如下图: 123.2实际板层数的确定124精馏塔工艺条件计算124.1操作压强的选择124.2操作温度的计算134.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算134.3.1 密度及流量134.3.2液相表面张力的确定：144.3.3 液体平均粘度计算154.4塔径的确定154.4.1精馏段154.4.2提馏段174.5塔有效高度174.6整体塔高175.塔板主要工艺参数确定185.1溢流装置185.1.1堰长lw 185.1.2出口堰高hw 185.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af 185.1.4降液管底隙高度h195.2塔板布置及筛孔数目与排列195.2.1塔板的分块195.2.2边缘区宽度确定195.2.3开孔区面积Aa计算195.2.4筛孔计算及其排列206.筛板的力学检验206.1塔板压降20计算206.1.1干板阻力hc6.1.2气体通过液层的阻力Hl计算21216.1.4气体通过每层塔板的液柱高hp6.2 筛板塔液面落差可忽略216.3液沫夹带216.4漏液226.5液泛227.塔板负荷性能图227.1漏液线 227.2液沫夹带线237.3液相负荷下限线247.4液相负荷上限线247.5液泛线 247.6操作弹性258. 辅助设备及零件设计268.1塔顶冷凝器（列管式换热器）268.1.1方案Ⅰ：垂直管268.1.2方案Ⅱ：水平管298.2各种管尺寸的确定308.2.1进料管308.2.2釜残液出料管308.2.3回流液管318.2.4再沸器蒸汽进口管318.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管318.2.6冷凝水管328.3冷凝水泵329.设计结果汇总3310. 参考文献及设计手册35四．设计感想35一．前言1.精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。
例如，设计所选取的甲醇-水体系，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较水为低,即甲醇挥发度较水高,故甲醇较水易从液相中汽化出来。
若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。
这多次进行部分汽化成部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。
在工业中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。
蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。
按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。
按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。
此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。
工业中的蒸馏多为多组分精馏，本设计着重讨论常压下的双组分精馏，即苯-甲苯体系。
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紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。
前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。
五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。
本设计讨论的就是筛板塔。
2.体系介绍甲醇－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)：x 0 0.0531 0.0767 0.0926 0.1257 0.1315 0.1674 0.1818 0.2083 0.2319y 0 0.2834 0.4001 0.4353 0.4831 0.5455 0.5585 0.5775 0.6273 0.6485t/℃100 92.9 90.3 88.9 86.6 85.0 83.2 82.3 81.6 80.2x0.2818 0.2909 0.3333 0.3513 0.4620 0.5292 0.5937 0.6849 0.7701 0.8741 1.00y0.6775 0.6801 0.6918 0.7347 0.7756 0.7971 0.8183 0.8492 0.8962 0.9194 1.00t/℃78.0 77.8 76.7 76.2 73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9 64.7 甲醇、水密度、粘度、表面张力在不同温度下的值：50 60 70 80 90 1ρ甲醇760 751 743 734 725 7ρ水988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 9µ甲醇0.350 0.306 0.277 0.251 0µ水0.479 0.414 0.362 0.321 0σ甲醇18.76 17.82 16.91 15.82 1σ水66.2 64.3 62.6 60.7 53.筛板塔的特点筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。
根据孔径的大小，分为小孔径筛板(孔径为3—8mm)和大孔径筛板(孔径为10—25mm)两类。
工业应用小以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。
筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。
其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。
应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降．故过去工业上应用较为谨慎。
近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。
在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。
4.设计要求:设计条件：体系：甲醇-水体系P=145kpa（表压）进料组成0。
4634 馏出液组成》0.99釜液组成《0.004 （以上均为质量分率）加料热状况q=1.0塔顶全凝器泡点回流回流比R=(1.1—2.0)R min单板压降≤0.7kPa二、设计说明书（1）设计单元操作方案简介蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。
连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。
间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。
故分离苯-甲苯混合物体系应采用连续精馏过程。
蒸馏是通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。
塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。
工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。
（2）筛板塔设计须知（1）筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。
对于气、液恒摩尔流的塔段，只需任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。
例如，全塔最上面一段塔段，通常选上面第一块塔板进行设计；全塔最下面一段塔段，通常选最下面一块塔板进行设计。
这样计算便于查取气液相物性数据。
（2）若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，若不同塔段塔板的筛孔数、空心距与筛孔直径之比t/d0可能有差异。
对筛孔少、塔径大的塔段，为减少进塔壁处液体“短路”，可在近塔壁处设置挡板。
只有当不同塔段的塔径相差较大时才考虑采用不同塔径，即异径塔。
（3）筛板塔的设计程序（1）选定塔板液流形式、板间距 HT、溢流堰长与塔径之比lw/D、降液管形式及泛点百分率。
（2）塔径计算。
（3）塔板版面布置设计及降液管设计。
（4）塔板操作情况的校核计算——作负荷性能图及确定确定操作点。
三．设计计算书1.设计参数的确定1.1进料热状态泡点进料时，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，泡点进料，q＝1。
1.2加热方式精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于甲醇-水体系中，甲醇是轻组分由塔顶冷凝器冷凝得到，水为重组分由塔底排出。
所以本设计应采用再沸器提供热量，采用直接（低压）水蒸汽加热。
1.3回流比（R）的选择实际操作的R必须大于R min，但并无上限限制。