【正文】 許 昌 學 院 化工原理課程設計 題目名稱：連續(xù)精餾塔的設計 院 系 化學化工學院 專 業(yè) 化學工程與工藝 班 級 07級（ 2）班 學 號 0709070205 姓 名 楊鵬飛 指導教師 孫國富 徐靜莉 2021 年 5 月 24 日 精餾塔設計說明書 化工生產(chǎn)中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲存，運輸，加工和使用的需求，時常需 要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。 精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)得到廣泛應用。精餾過程在能量計的驅(qū)動下，使氣，液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。本次設計任務為設計一定處理量的分離四氯化碳和二硫化碳混合物精餾塔。 板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔， 20世紀 50年代起對板式精餾塔進行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握 了篩板塔的性能，并形成了較完善的設計方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)能力（ 20%—— 40%）塔板效率（ 10%—— 50%）而且結構簡單，塔盤造價減少 40%左右，安裝，維修都較容易。 化工原理課程設計是培養(yǎng)學生化工設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們初步掌握化工設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結果的校核，能畫出工藝流程、塔板結構等圖形。在設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)濟合理性。 在設計過程中 應考慮到設計的業(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)濟合理，冷卻水進出口溫度的高低，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。即對操作費用和設備費用均有影響，因此設計是否合理的利用熱能 R等直接關系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟問題 。 本課程設計的主要內(nèi)容是過程的物料衡算，工藝計算，結構設計和校核。 精餾塔設計任務書 設計題目：連續(xù)精餾塔的設計 一、 設計任務及操作條件 二、 1. 物 系： 甲醇－水 2. 塔板型式： 篩板塔 3. 年 產(chǎn) 量 ： 3 萬噸 4. 進料組成 (質(zhì)量百分比 )： 5. 分離要求 (質(zhì)量百分比 )：塔頂 塔底 6. 進料狀態(tài)：飽和液體 7. 操作壓強：常壓 8. 回流比 R/Rmin=（ ） 9. 進料熱狀態(tài)：泡點進料 10. 廠址選擇：河南新鄉(xiāng) 二、設計內(nèi)容及要求 1． 設計方案確定 選擇工藝流程、主要設備及典型輔助設備的形式。 2． 工藝過程計算 物料衡算、回流比和理論塔板數(shù)確定、熱量衡算等。 3． 典型輔助設備的計算 冷凝器的傳熱面積和冷卻介質(zhì)的用量計算；再沸器的傳熱面積和加熱介質(zhì)的用量計算。 4． 塔的結構設計 塔徑、溢流裝置及塔板布置、塔高等設計；要求 以單線圖的形式繪制塔板布置結構圖。 5． 流體力學驗算 繪制塔板負荷性能圖 6． 塔的工藝條件圖 以單線圖的形式繪制，圖面上應包括 主體 設備的外形、工藝參數(shù)等。 7． 編寫設計說明書 使用統(tǒng)一課程設計格式（詳見許昌學院課程設計編寫要求）。 主要項目及編排順序為： ① 設計說明書封面 (使用統(tǒng)一模板 )；②任務書；③目錄；④設計方案簡介；⑤工 藝過程計算及主要設備工藝尺寸的計算；⑥輔助設備的計算；⑦設計評述；⑧附錄：主體設備工藝條件圖；⑨參考文獻 指導教師：孫國富 徐靜莉 完成日期： 2021 年 5 月 10 日～ 26 日 四 設計結果總匯 將精餾塔的工藝設計計算的結果列在精餾塔的工藝設計計算結果總表中 。 五 參考文獻 列出在本次設計過程中所用到的文獻名稱、作者、出版社、出版日期。 流程的設計及說明 工藝流程：如附圖 1 所示。原料液由泵經(jīng)過預熱器預熱后進入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)的從再 沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜殘液）再沸器中原料液部分汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借強制回流作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進行，流程中還要考慮設置原料槽。產(chǎn)品槽和相應的泵 ,有時還要設置高位槽。為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現(xiàn)問題和采取相應的措施，常在流程中的適當位置設置必要的儀表。比如流量計、溫度計和壓力表等，以測量物流的各項參數(shù)。 目 錄 摘 要 .................................................................... 1 第 1章 流程的確定和說明 ................................................... 2 物料衡算 ........................................................... 2 熱量衡算 ........................................................... 6 理論塔板數(shù)的計算 ................................................... 9 全塔效率計算 ...................................................... 10 實際塔板數(shù) ........................................................ 11 各段操作壓力 ...................................................... 11 精餾塔設計的主要依據(jù)和條件 ......................................... 11 第 2章 塔及塔板工藝尺寸的設計計算 ......................................... 21 塔徑的設計計算 .................................................... 21 塔的有效高度的計算 ................................................ 22 塔的實際高度 ...................................................... 22 溢流裝置的計算 .................................................... 23 塔板布置 .......................................................... 25 篩孔數(shù)與開孔率 .................................................... 26 第 3章 流體力學驗算 ....................................................... 27 塔板壓強降 ........................................................ 27 霧沫夾帶量的驗算 .................................................. 28 漏液的驗算 ........................................................ 29 液泛驗算 .......................................................... 29 第 4章 塔板負荷性能圖 ..................................................... 31 霧沫夾帶線 ........................................................ 31 液泛線 ............................................................ 32 液相負荷上限線 .................................................... 34 漏液線（氣相負荷下限線） .......................................... 34 液相負荷下限線 .................................................... 35 第 5章 附屬設備及主要附件的選型 ........................................... 37 冷凝器 ............................................................ 37 再沸器 ............................................................ 37 第 6章 篩板塔工藝設計計算結果總表 .......................................... 39 附圖 1 ..................................................................... 40 附圖 2 ..................................................................... 41 參考文獻 ................................................................... 42 致 謝 ..................................................................... 43 1 摘 要 本文主要介紹了了板式精餾塔中篩板精餾塔的設計流程和有關板式塔的各個尺寸計算。首先簡要說明了流程的確定和基本的操作條件，其中主要包括對全塔進行的物料衡算和熱量衡算，利用圖解法計算出理論塔板數(shù)，之后又算出了實際塔板數(shù)，然后又對塔及塔板進行了設計計算，包括塔徑的計算和溢流裝置的計算，之后又根據(jù)一系列計算做出了精餾段和提餾段的負荷性能圖，最后對附屬設備做了簡單的選型，主要是對冷凝器和再沸器的換熱面積進行了計算。 關鍵字：板式精餾塔；衡算；塔徑；負荷性能圖 2 第 1 章 流程的確定和說明 1. 操作壓力 精餾操作按操作壓力分為常壓、加壓和減壓精餾。甲醇 — 水系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設計采用常壓精餾。 2. 加料方式 采用泵加料。 3. 進料狀況 采用泡點進料，不僅對穩(wěn)定塔操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響，而且該進料狀況基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。綜上，本設計采用泡點進料。 4. 塔頂冷凝方式 甲醇和水不反應且容易冷凝，故塔頂 冷凝采用全凝器，用水冷凝。 5. 回流方式 采用強制回流。 6. 加熱方式 加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進入塔內(nèi)。間接加熱是通過加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與回流下來的冷夜進行傳質(zhì)，優(yōu)點是使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)。本設計采用間接蒸汽加熱。 7. 加熱器 采用 U 型管蒸汽間接加熱器，用 的水蒸氣作加熱劑，因為塔不大，可將加熱器放在塔內(nèi)，即再沸器。這樣，釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少理論塔板數(shù)。 物料衡算 1. 物料 衡算圖 3 2. 物料衡算 已 知 產(chǎn) 量 年txD D 3000??? ， 質(zhì) 量 分 數(shù) %60??Fx ，%96??Dx , %3??Wx , k molkgM /?甲醇 ， kmolkgM /?水 。則進料液、餾出液、釜殘液的摩爾分數(shù)分別為 Fx 、 Dx 、 Wx ：