分离甲醇—水混合液的连续筛板精馏塔设计.doc

《化工原理课程设计》说明书 设计题目： 分离甲醇—水混合液的连续筛板精馏塔设计 学 院 ：化工与药学院 专 业 ：化学工程与工艺 年级班别 ：09级化工工艺2班 学 号 ： 学生姓名 ： 时 间 ：2011 年12月31日 前 言 化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。 塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计苯-甲苯物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。 塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。 精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。 精馏设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，可以得出精馏塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，换热器和泵及各种接管尺寸是合理的，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。 关键词：甲醇 水 精馏段 提馏段 目 录 一、甲醇－水连续精馏塔设计条件 4 二、设计方案的确定 4 三、精馏塔的物料衡算 5 四、塔板数的确定 5 ⑴ 理论塔板层数Nt的求取 5 塔板效率和实际塔板数 7 五、物性数据的计算 7 ⑴平均摩尔质量计算 7 ⑵操作温度计算 8 ⑶平均密度计算 9 六、平均黏度的计算 11 七、表面张力 13 八、塔和塔板工艺尺寸计算 13 九、塔板主要工艺尺寸的计算 16 ⑴溢流装置 16 ⑵塔板布置 19 十、筛板的流体力学验算 21 ⑴塔板压降 21 ⑵液面落差 23 ⑶液沫夹带 23 ⑷漏液 23 十一、塔板负荷性能图 25 十三、辅助设备的计算及选型 34 ⑴原料贮罐 34 ⑵产品贮罐 35 ⑶塔顶全凝器 36 ⑷塔底再沸器 37 ⑸精馏塔 38 ⑹管径的设计 38 ⑺泵的计算及选型 39 十三、设计评述 40 十四、参考文献 41 十五、设计附图 42 一、甲醇－水连续精馏塔设计条件 （1）生产能力：25000吨/年，年开工300天 （2） 进料组成：甲醇含量45%（质量分数） （3） 采用间接蒸汽加热并且加热蒸汽压力：5 kgf/cm2 （4） 进料温度：采用泡点进料 （5） 塔顶馏出液甲醇含量99%（质量分数） （6） 塔釜轻组分的浓度≤2%（本设计取0.01）0.7Kpa （9） 冷却水进口温度25℃ 二、设计方案的确定 本设计任务为甲醇-水的精馏。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易挥发物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 精馏塔的物料衡算 ① 原料及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 MA=32.04kg/kmol 水的摩尔质量 MB=18.02kg/kmol xF==0.315 xD=0.982 xw==0.0056 ② 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 MF=0. 315×32.04+(1-0.315)×18.02=22.44kg/kmol MD=0.982×32.04+0.018×18.02=31.79kg/kmol MW=0.0056×32.04+(1-0.0056)×18.02=18.10 kg/kmol ③ 物料衡算 原料处理量 F= =154.73kmol/h 总物料衡算 F=D+W 甲