甲醇水填料塔--精馏课程设计!-完整版.doc

摘要：本说明书介绍了甲醇—水溶液填料精馏塔的优化设计，主要内容包括了此次课程设计的计算机编程—最佳回流比的优化计算、塔的主要尺寸设计（包括塔板的板面设计、阻力损失等）、辅助设备选型、填料精馏塔图纸的绘制等若干重要环节。本文详细阐述了设计的思路，计算贯穿在整个设计中，最后得出一定条件下的最优化设计方案，并在附录中填加了优化设计的程序清单。 关键词：甲醇精馏；填料塔；优化设计 1 前言 本次课程设计任务为设计一甲醇—水溶液填料精馏塔，要求处理量： 20000（吨/年）、料液浓度：15%（wt%）、产品浓度：99.5%（wt%）、回收率： 99.9%、填料类型：鲍尔环、每年实际生产时间：7200小时/年。通过对甲醇—水填料精馏塔的优化设计，提出对于一定工艺要求的最优化方案，从而达到节能和节省费用的目的。 在化工生产中，精馏是最常用的单元操作,，是分离均相液体混合物的最有效方法之一。在化学工业中，总能耗的40%用于分离过程，而其中的95%是精馏过程消耗的因此，有必要开辟多种途径来回收利用余热，降低再沸器能耗，实现精馏节能。同时，精馏所需费用在生产装置的总投资及操作费中占了相当大的比例。当今世界对甲醇的需求量极大，而甲醇的精馏也越来越受到重视，因此甲醇的精馏的研究也越来越重要。甲醇精馏塔的优化设计无论是对节省投资，还是降低能耗，都具有非常重要的意义。 为了使填料塔的设计获得满足分离要求的最佳设计参数(如理论板数、热负荷等) 和最优操作工况(如进料位置、回流比等) ,准确地计算出全塔各处的组分浓度分布(尤其是腐蚀性组分) 、温度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分离技术。而且,20 世纪80 年代以来,以“高效填料及塔内件”为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点,广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。进入20 世纪90 年代,高效填料塔成套分离工程技术开始向行业化、复合化、节能化、大型化方向发展,如复合塔。所谓复合塔(Compound Tray) 是指人们将塔板与填料有机地结合起来而形成的一种新型塔板。其目的在于将塔板的优点和填料的优势加以互补。此种复合塔具有效率高、通量大及压降小的性能。在国内,复合塔板已在溶剂回收、酒精、丙酮和甲醇精馏中成功应用。 实践证明，对于甲醇精馏分离能力，不能仅依靠高效能的塔内件应用于塔内以达到降低能耗，而甲醇精馏工艺流程的改进也可以明显降低能耗． 2 方案论证 2.1 精馏塔类型 本次设计采用填料塔精馏。精馏是气液两相之间的传质过程，而传质过程是由能提供气液两相充分接触的塔设备完成，并要求达到较高的传质效率。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内设置一定数量塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质量、热量传递，气液相组成呈阶梯变化，属于逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶填料表面下流，气体逆流而上，（也有并流向下者）与液相接触进行质量、热量传递,气液相组成沿塔高连续变化,属于微分接触操作过程[4]. 工业对塔设备的主要要求：①生产能力大；②传质、传热效率高；③气流的摩擦阻力小；④操作稳定，适应性强，操作弹性大；⑤结构简单、材料耗用量少；制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。实际上，任何塔设备都难以满足上述要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。 2.2 精馏压力 塔的操作压力的选择实际上是塔顶和培底温度的选取问题[5]。在塔顶产品的组成被决定以后，塔顶的温度和压力只能选定一项。精馏操作通常可在常压、减压和加压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行全面考虑。操作压力常取决于冷凝温度。一般除热敏性物料外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统，都应采用常压蒸馏；对热敏性物料或混合液沸点过高的系统则宜采用减压蒸馏；对常压下馏出物的冷凝温度过低的系统，需提高塔压或采用深井水、冷冻盐水作为冷却剂；而常压下呈气态的物料必须采用加压蒸馏。例如苯乙烯常压沸点为145.2℃,而将其加热到102℃以上就会发生聚合，故苯乙烯应采用减压蒸馏；脱丙烷、丙烯塔操作压力提高到1765kPa时，冷凝温度约50℃，便可用江河水或循环水进行冷凝冷却，则运转费用减少[6]. 本次设计的对像为甲醇—水溶液物系，故采用常压精馏。 2.3 进料方式 进料可以是过冷液体(＞1)、饱和液体(＝1)、气液两相(1＞＞o)、饱和蒸气(＝o)或过热蒸汽(＜o)。不同的进料状态对塔的