【正文】 《化工原理課程設(shè)計》報告 10000kg/h 甲醇~水精餾裝置設(shè)計一、概述 3 設(shè)計依據(jù) 3 技術(shù)來源 3 設(shè)計任務(wù)及要求 3二、計算過程 41 設(shè)計方案及設(shè)計工藝的確定 4 設(shè)計方案 4 工藝流程簡介 42. 塔型選擇 53. 操作條件的確定 5 操作壓力 5 進料狀態(tài) 5 6 熱能利用 64. 有關(guān)的工藝計算 6 9 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 9．2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 10 10 塔板數(shù)的確定 10 理論板層數(shù)NT的求取 10 熱量衡算 12 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 14 操作壓力的計算 14 操作溫度的計算 14 平均摩爾質(zhì)量的計算 15 平均密度的計算 15 液相平均表面張力的計算 16 液體平均粘度的計算 17 精餾塔的塔底工藝尺寸計算 18 18 精餾塔有效高度的計 19 塔板主要工藝尺寸的計算 19 19 塔板布置 21 篩板的流體力學(xué)驗算 24 塔板壓降 24 液面落差 25 液沫夾帶 26 漏液 26 液泛 27 塔板負荷性能圖 2液漏線 2液沫夾帶線 2液相負荷下限線 2液相負荷上限線 2液泛線 29 32 33 3熱泵的選型 3塔底料液和熱蒸氣預(yù)熱進料液 3水蒸汽加熱進料液 37三、輔助設(shè)備的計算及選型 38（一）、管徑的選擇 38加料管的管徑 38塔頂蒸汽管的管徑 38回流管管徑 38料液排出管徑 39（二）、泵的選型 39原料液進入精餾塔時的泵的選型 39塔頂液體回流所用泵的型號 39(三)、儲罐選擇 40原料儲槽 40塔底產(chǎn)品儲槽 40塔頂產(chǎn)品儲槽 40四、費用的計算 41（一）設(shè)備費用的計算 41換熱器費用的計算 41精餾塔的費用計算 42泵的費用 42儲槽費用 42輸送管道費用 43分液槽費用 44（二）操作費用的計算 44熱蒸汽的費用 44冷卻水的費用 44泵所用的電費 44總費用 44參考文獻 45主要符號說明 46對本設(shè)計的評述 49一、概述塔設(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。精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到汽相中，汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達到分離的目的。 設(shè)計依據(jù)本設(shè)計依據(jù)于教科書的設(shè)計實例，對所提出的題目進行分析并做出理論計算。 技術(shù)來源目前，精餾塔的設(shè)計方法以嚴格計算為主，也有一些簡化的模型，但是嚴格計算法對于連續(xù)精餾塔是最常采用的，我們此次所做的計算也采用嚴格計算法。 設(shè)計任務(wù)及要求原料：甲醇~水溶液，10000kg/h 甲醇含量：%(質(zhì)量分數(shù))，設(shè)計要求：塔頂甲醇的含量不小于97%(質(zhì)量分數(shù)) 塔底甲醇的含量不大于2%(質(zhì)量分數(shù))已知條件： 操作壓力： 4kPa（塔頂表壓） 進料熱狀況： 泡點（q=1） 回流比： 自選 單板壓降： = 全塔效率： ET=52%二、計算過程 1 設(shè)計方案及設(shè)計工藝的確定 設(shè)計方案本課程設(shè)計的任務(wù)是分離甲醇—水混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。本設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點狀態(tài)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點狀態(tài)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。原料預(yù)熱器精 餾 塔熱泵貯槽熱換器貯槽再沸器殘液貯槽工藝流程圖、工藝流程簡介 連續(xù)精餾裝置主要包括精餾塔，蒸餾釜（或再沸器），冷凝器，冷卻器，原料預(yù)熱器及貯槽等．原料液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱至規(guī)定溫度后，由塔中部加入塔內(nèi)．蒸餾釜（或再沸器）的溶液受熱后部分汽化，產(chǎn)生的蒸汽自塔底經(jīng)過各層塔上升，與板上回流液充分逆流接觸并進行多次熱量和質(zhì)量的交換，從而利用溢流液把上升的蒸汽逐步冷凝下來，使重組分在液相中濃縮，同時使上升蒸汽中易揮發(fā)組分的含量逐漸提高繼而在塔頂?shù)玫捷^純的輕組分，至塔頂引出后進入冷凝器中冷凝成液體，冷凝的液體一部分作為塔頂產(chǎn)品，另一部分由塔頂引入塔內(nèi)作為回流液，蒸餾釜中排出的液體為塔底的產(chǎn)品．2. 塔型選擇 塔的類型選擇板式塔，板式塔的主要構(gòu)件有塔體，塔板及氣液進、出口、平臺、塔頂?shù)踝　虐宓鹊倪x擇。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開動設(shè)備24小時計算，產(chǎn)品流量為10000kg/h，由于本設(shè)計中產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率提高傳質(zhì)效率，選用浮閥塔板。浮閥塔板結(jié)構(gòu)簡單，即在塔板上開若干個孔，在每個孔的上方裝上可以上下浮動的閥片，閥片有三條腿，插入閥空后將各底角轉(zhuǎn)九十度定位，形成限制閥片上升高度和防止被氣體吹走的凸肩。操作時，浮閥可隨上升氣量的變化自動調(diào)節(jié)開度，當氣量較小時，閥片的開度亦較小，從而可使氣體能以足夠的氣速通過環(huán)隙，避免過多的漏液，當氣量較大時，閥片浮起，開度增大，使塔板上開孔部分的氣速不隨氣體負荷變換而大幅度的變化，同時氣體從閥門下水平吹出加強了氣液接觸，從而提高了傳質(zhì)效率。浮閥塔板的優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，塔板壓降小，操作彈性大，氣液接觸狀態(tài)良好，塔板結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，塔板效率高，液面梯度小，使用周期長等。3. 操作條件的確定 操作壓力其中塔頂壓力： P（進）=+4=進料口的壓力： P(進)=+*N(精) 塔底壓力: P(釜)=+*Ne 進料狀態(tài)雖然進料方式有多種，但是泡點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，泡點進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計中采取泡點進料本設(shè)計使用于沸點相近的組分的分離，其塔頂塔底的溫差不大。蒸汽加熱，就是把塔頂蒸汽加壓升溫，使其返回用作本身的再沸熱源，回收期冷凝體熱。其優(yōu)點是可以利用壓力較低的蒸汽加熱，在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置寵大的傳熱面。這樣在設(shè)計費用上可節(jié)省許多。 熱能利用精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化，即將每次得到的氣相再部分冷凝已得到純度更高的氣相，將每次得到的液相部分汽化以得到易揮發(fā)組分更低，難揮發(fā)組分更高的液相。與此同時也存在著一個大問題：熱效率較低，通常進入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用，這是在正常情況下。塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，若在冷凝器和再沸器之間加一個熱泵，把塔頂中的產(chǎn)品加壓，加到與再沸器一樣的壓強，這就可以利用苯的冷凝熱用在再沸器中。另外，還可以將熱量至于加料出。4. 有關(guān)的工藝計算 主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)苯和甲苯的物理性質(zhì)項目分子式摩爾質(zhì)量M沸點/℃臨界溫度tc/℃臨界壓強Pc/Kpa甲醇ACH3OH水BH2O100 (2)常壓下甲醇—水的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度t/0C液相中的摩爾分數(shù)/x氣相中苯的摩爾分數(shù)/y10078876665(4)甲醇—水的液相密度ρL溫度t/0C5060708090100ρL,甲醇（kg/m3）760751743734725716ρL，水（kg/m3）（5）液體表面張力σ溫度t/0C6080100σ/甲醇(mN/m)σ/水(mN/m)（6）液體黏度μL溫度t/0C60708090100μL，水（mPa*s）(7)液體汽化熱γ