甲醇与水填料精馏塔的设计任务书-----------------------作者：-----------------------日期：食品工程原理课程设计说明书甲醇、水填料精馏塔的设计姓名：学号：班级：指导老师：目录一、设计任务书 (3)二、设计方案简介 (3)三、工艺计算 (5)1．基础物性数据 (5)（1）液相物性的数据 (5)（2）气相物性数据 (5)（3）气液相平衡数据 (5)（4）物料衡算 (6)2．填料塔的工艺尺寸的计算 (7)（1）塔径的计算 (7)（2）填料层高度计算 (9)（3）填料塔附属高度及总高计算 (11)（4）填料层压降计算 (11)（5）液体分布器简要设计 (12)（6）吸收塔接管尺寸计算 (13)四、设计一览表 (13)五、主要符号说明 (14)六、参考文献 (15)七、附图……………………………………………………………………………食品工程原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔第一章流程的确定和说明一、加料方式加料方式有两种，高位槽加料和泵直接加料。

采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。

通过重力加料，可以节省一笔动力费用。

但由于多了高位槽，建设费用相应增加，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。

本次实验采用高位槽加料。

二、进料状况进料状况一般有冷夜进料、泡点进料。

对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加料费用。

但冷液进料受环境影响较大，对于地区来说，存在较大温差，冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。

采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。

综合考虑，设计上采用泡点进料。

泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，股精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。

三、塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。

甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器。

塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。

四、回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。

对于小型塔，回流冷凝器一般装在塔顶。

其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。

如果需要较高的塔处理量或板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。

而且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。

在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。

由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。

五、加热方式加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。

直接蒸汽加热直接由塔底进入塔。

由于重组分是水，故省略加热装置。

但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使理论塔板数增加，费用增加。

间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。

上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数，缺点是增加加热装置，本次设计采用间接蒸汽加热。

六、加热器采用U形管蒸汽间接加热器，用水蒸汽作加热剂。

因为塔较小，可将加热器放在塔即再沸器。

这样釜液部分汽化，维持了原有浓度，减少理论塔板数。

第二章精馏塔的设计计算第一节操作条件及基础数据一、操作压力精馏操作按操作压力可分为常压、加压和减压操作。

精馏操作中压力影响非常大。

当压力增大时，混合液的相对挥发度减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增大，对分离有利。

但当压力太低时，对设备要求较高，设备费用增加。

因此再设计时一般采用常压精馏。

甲醇-水系统在常压下挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。

二、气液平衡时x 、y 、t 数据气液平衡时，x 、y 、t 数据如表1所示第二节 精馏塔工艺计算一、物料衡算 2.物料衡算已知：F '=15000kg/h,质量分数：F x '=20%,D x '=95%,Wx '=0.2% 甲醇M =30.04kg/kmol,水M =18.02kg/kmol进料液、馏出液、釜残液的摩尔分数分别为F x 、D x 、W x ：123.002.18/8004.32/2004.32/20=+=F x914.002.18/504.32/9504.32/95=+=D x00113.002.18/89.904.32/2.004.32/2.0=+=W x进料平均相对分子质量：4.71902.18)123.01(04.32123.0=⨯-+⨯=M kg/h 原料液：88.759kg/mol98.25kg/h15000==F kmol/h总物料：W D F +=易挥发组分：W D F Wx Dx Fx += 代入数据解得：⎩⎨⎧==kmol/h34.4658kmol/h46.4101W D塔顶产品的平均相对分子质量：834.30)914.01(02.18914.004.32=-⨯+⨯=D M kg/kmol塔顶产品质量流量：986.3127446.101834.30=⨯=='D M D D kg/kmol塔釜产品平均相对分子质量：036.18)00113.01(02.1800113.004.32=-⨯+⨯=W M kg/kmol塔釜产品质量流量：11875052036.18434.658=⨯=='W M W W kg/h3.物料衡算结果4.塔顶气相、液相、进料和塔底的温度分别为 VD t 、LD t 、F t 、W t 查表1，用插法算得： 塔顶：C t t LD LD ︒=⇒--=--20.669.667.649.6641.8710041.874.91C t t VD VD ︒=⇒--=--16.670.689.660.6862.8994.9162.894.91塔釜：C t t W W︒=⇒--=--85.999.9210010031.50113.00进料：C t t FF ︒=⇒--=--85.859.880.859.8826.915.1326.93.12精馏段平均温度：C t t t F VD ︒=+=+=51.76285.8116.6721 提馏段平均温度C t t t F W ︒=+=+=85.92285.8585.9922 5.平均相对挥发度α取y x -曲线上两端点温度下α的平均值 查表1可得：9.92=t ℃时，05.731.5)34.28100()31.5100(34.28)1()1(1=⨯--⨯=--==x y x y x y x y A B B A α 9.66=t ℃时，64.141.87)94.91100()41.87100(94.91)1()1(2=⨯--⨯=--=x y x y α所以 35.4264.105.7221=+=+=ααα6.回流比的确定 作图法 由图可知：=+1100m in R x D40.05所以，5.4014.91min =+R得：=min R 1.26又操作回流比R 可取： R=(1.1~2)R min所以 R=2R min =2×1.26=2.55 二、热量衡算 1.热量示意图 2.加热介质的选择常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。

饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂。

由于饱和水蒸气冷凝时得传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热温度。

燃料燃烧所排放的烟道气温度可达100~1000℃，适用于高温加热。

烟道气的缺点是比热容及传热系数很低，加热温度控制困难。

本设计选用300kPa （温度为133℃）的饱和水蒸气作为加热介质。

水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。

3.冷却剂的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。

受当地气温限制，冷却水一般为10~25℃.如需冷却到较低温度，则需采用低温介质，如冷冻盐水、氟利昂等。

本设计建厂地区为。

市夏季最热月份平均气温为25℃，故选用25℃的冷却水，选升温10℃，即冷却水的出口温度为35℃. 4.热量衡算（1）冷凝器的热负荷)()1(LD VD c I I D R Q -+=式中-VD I 塔顶上升蒸汽的焓；-LD I 塔顶馏出液的焓。

又水甲V D V D LD VD H x H x I I ∆-+∆=-)1( 式中-∆甲V H 甲醇的蒸发潜热；-∆水V H 水的蒸发潜热。

蒸发潜热的计算： 蒸发潜热与温度的关系38.01212)11(r r V V T T H H --∆=∆ 式中-r T 对比温度。

注：摘自《化工原理》修订版，上册附录4(P328~329)及附录18(P350~351)。

67.16℃时，甲醇：663.015.51316.6715.27322=+==c r T T T 658.015.5137.6415.27311=+==c r T T T蒸发潜热：833.1098)658.01663.01(110538.0=--⨯=∆甲V H同理，水：523.015.64816.6715.27322=+='=c r T T T 576.015.64810015.27311=+='=c r T T T 蒸发潜热：kg kj H V /550.2356)576.01525.01(225738.0=--⨯=∆水所以kgkj H x H x I I V D V D LD VD /67.801550.2356)914.01(833.1098914.0)1(=⨯--⨯=∆-+∆=-水甲所以h kJ I I D R Q LD VD c /109.867.801986.3127)155.2()()1(6⨯=⨯⨯+=-'+=(2)冷却水消耗量)(12t t C Q W pc cc -=式中-c W 冷却水消耗量；kg/h;-pc C 冷却介质在平均温度下的比热容，C)kJ/(kg ⋅-21,t t 冷却介质在冷凝器进出口处的温度，℃。

所以C t t t ︒=+=+=2523515221 此温度下冷却水的比热容)/(18.4C kg kJ C pc ︒⋅=所以h kg t t C Q W pc c c /106.1)1535(18.41034.1)(5712⨯=-⨯⨯=-=(3)加热器热负荷及全塔热量衡算列表计算甲醇、水在不同温度下混合物的比热容p C （单位：C)kJ/(kg⋅）甲醇kg kJ t t C F LD p /481.62)85.8520.66(198.3)(1-=-⨯=-水kg kJ t t C F LD p /392.82)85.8520.66(193.4)(2-=-⨯=- 提馏段：甲醇kg kJ t t C F W p /272.48)85.8585.99(448.3)(1=-⨯=-水kg kJ t t C F W p /01.59)85.8585.99(215.4)(2=-⨯=- 塔顶流出液的比热容：)/(134.3183.405.095.0079.3)1(211C kg kJ C x x C C p D D p p ︒⋅=⨯+⨯='-+'=塔釜流出液的比热容：)/(219.4220.4998.0002.0501.3)1(212C kg kJ C x x C C p W Wp p ︒⋅=⨯+⨯='-+'= 为简化计算，现以进料焓，即81.85℃时的焓值为基准。