【正文】 浦化工 0910 19 號 楊福 1 《化工原理》 專業(yè)課程設計 設計題目 甲 醇 水 二元 體系浮閥精餾塔的工藝設計 學生姓名 班級、學號 指導教師姓名 課程設計時間 20 年 月 日 20 年 月 日 課程設計成績 設計說明書、計算書及設計圖紙質量， 70% 獨立工作能力、綜合能力及設計過程表現(xiàn)， 30% 設計最終成績（五級分制） 指導教師簽字 浦化工 0910 19 號 楊福 2 化學化工學院 課程名稱： 化工原理課程設計 設計題目： 甲 醇 水 二元 體系篩板精餾塔的工藝設計 學生姓名： 專業(yè)：化學工程與工藝 班級學號： 化工 設計日期： 20201220 至 20201231 設計任務： 甲醇 水體系 設計條件： 1. 進料量： F=320 kmol/h 2. 進料組成： xf = （摩爾分率） 3. 進料熱狀態(tài)： 冷夜進料 tf=℃ 4. 常壓，塔釜間接蒸汽加熱 5. 塔頂冷凝水溫度 t=25℃， 6. 塔釜加熱蒸汽溫度 T=139℃ 設計要求： ?X D （摩爾分率） ?X （ 摩爾分率） 浦化工 0910 19 號 楊福 3 目錄 一 概述 ………………………………………………………… ... 二 工藝設計 1 總體設計方案 操作壓強的選擇 …………………………………………… 物料的進料熱狀態(tài) ………………………………………… 回流比的確定 ……………………………………………… 塔釜的加熱方式 ……………………………………… …… 回流方式選定 ……………………………………………… 2 精餾的工藝流程圖 ……………………………………………… 3 精餾塔塔板數(shù)的確定 物料衡算 ……………………………………………………… ... 物系相平衡數(shù)據(jù) …………………………………………… … ... 回流比確定 …………………………………………………… .. 逐板法計算理論塔板數(shù) ……………………………………… .. 實際塔板數(shù)的確定 …………………………………………… ... 4 塔徑塔板工藝尺寸的 確定 各設計參數(shù) 操作壓力 ……………………………………………… …… 溫度 ……………………………………… ……………… ... 平均摩爾質量 ……………………………………… ……… . 浦化工 0910 19 號 楊福 4 平均密度 ……………………………………… … ................ 液體表面張力 ……………………………………… ……… . 液體的粘度 …………………………………… … ………… 液負荷計算 塔徑塔板工藝尺寸確定 塔徑塔板的計算 ……………………………………… … . 塔徑的計算 ………………………………………… 溢 流裝置的確定 …………………………………… 安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定 …………………………… 鼓泡區(qū)閥孔數(shù)的確定及排列 ……………………… 塔盤流體力學驗算 塔板壓降 ……………………………………… …… 降液管停留時間 …………………………………… 霧沫夾帶 …………………………………………… 負荷性能圖 液相下限線 ………………………………………… 液相上限線 ………………………………………… 漏液線 ……………………………………………… 溢流液泛線 ………………………………………… 過量霧沫夾帶線 …………………………………… 性能負荷圖 ……………………… ………………… 浦化工 0910 19 號 楊福 5 浮閥塔工藝設計計算結果 …………………………………… 5 輔助設備的設計 塔頂全凝器的計算及選型 ………………………………… … . 塔底再沸器面積的計算及選型 ……………………………… . 其他輔助設備的計算及選型 進料管 ………………………………………………… … 回流管 …………………………………………………… 塔釜出料管 ……………………………………………… 再沸器蒸汽進口管 ……………………………………… 冷凝水管 ……………………………………………… … 冷凝水泵 ………………………………………………… 進料泵 …………………………………………………… . 預熱器 …………………………………………………… . 6 致謝 ……………………………………………………………… 7 參考文獻 ………………………………………………………… 三 附錄： 1精餾段塔板布置圖 ………………………………………………… 2提餾段塔板布置圖 ………………………………………………… 浦化工 0910 19 號 楊福 6 一． 概述： 塔設備一般分為級間接觸式和連續(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。一般，與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結構較復雜，阻力降較大。在各種塔型中，當前應用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。 浮閥塔的優(yōu)點： 1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～ 40%，與篩板塔接近。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大 。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 5．塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～ 80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。 浦化工 0910 19 號 楊福 7 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。 二．工藝設計 1. 總體設計方案 操作壓強的選擇 精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進行。確定操作壓力時主要是根據(jù)處理物料的性質，技術上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來考慮的。 對于沸點低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進行操作。在相同條件下適當提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度液會下降。 對于熱敏性和高沸點的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但 是降低壓力也導致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設備，增加了相應的設備和操作費用。 本次任務分離的是甲醇和水體系，綜合考慮各個因素，決定采用常壓（ 1atm）下進行操作。 物料的進料熱狀態(tài) 采用 冷液 進料的方式，進料溫度為 ℃ ,該溫度為南京市全年平均溫度 ，冷液進料無需在進料前進行預熱，所以節(jié)省了操作費用，簡單方便。 回流比的確定 浦化工 0910 19 號 楊福 8 對于一定的分離任務，采用較大的回流比時，操作線的位置遠離平衡線向下向對角線靠攏，在平衡線和操作線之間的直角階梯的跨度增大 ,每層塔 板的分離效率提高了，所以增大回流比所需的理論塔板數(shù)減少，反之理論塔板數(shù)增加。但是隨著回流比的增加，塔釜加熱劑的消耗量和塔頂冷凝劑的消耗量液隨之增加，操作費用增加，所以操作費用和設備費用總和最小時所對應的回流比為最佳回流比。本次設計任務中，綜合考慮各個因素，采用回流比為最小回流比的 倍。 塔釜的加熱方式 本次分離任務采設置再沸器，采用間接蒸汽加熱，以提供做夠的熱量。 回流方式選定 重力回流 2 精餾的工藝流程圖 甲醇 水精餾體系冷夜進料 3 精餾塔塔板數(shù) 的確定 浦化工 0910 19 號 楊福 9 物料衡算 已知條件： F=320 kmol/h ?xf ?X D ?X W hk m olFxwx xwxDDF /74 ???????? hk mo lDFW /??? f???? F xD D? ()/()=(f)/() 該組成下的 泡點 ?tf℃ 物系相平衡數(shù)據(jù) 1) 基本物性數(shù)據(jù) 組分 分子式 分子量 沸點 熔點 水 H2O 甲醇 CH3OH 2） 甲醇 水汽液平衡組成 常壓下甲醇和水的氣液平衡表 (t— x— y) t x y t x y 100 0 0 浦化工 0910 19 號 楊福 10 100 100 根據(jù)汽液平衡表 ,由內(nèi)插法求得 ()/()=( )/() 塔釜溫度 ?tW ℃ (10099)/()=( )/() 塔頂溫度 ?tD ℃ 進料溫度 ?tf℃ ????? ttt DWm定性溫度 ℃ 3） 甲醇 水各溫度下的粘度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 定性溫度 tm 進料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇 410?? 410?? 410? 410?? 水 410?? 410?? 310?? 410?? 浦化工 0910 19 號 楊福 11 4） 甲醇 水各溫度下的表面張力 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇 N/m 水 N/m 5） 甲醇 水在各溫度下的密度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇3kgm 水3kgm 6）甲醇 水在各溫度下地比熱容（內(nèi)插法求得） 溫度℃ 塔釜溫度tW 進料溫度tf 塔