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1、34甲醇-水二元筛板精馏塔设计化 工 原 理理 课 程 设设 计 任 务务 书 生产产能力：117700tt/年年工作日日：3000天 进料组组成0.55 馏出液液组成00.988 釜液组组成0.0355 （以上上均为摩摩尔分率率）压力：常常压进料料加料热状状况 qq=1.0 塔顶全全凝器 泡点点回流 回流比比 1.9Rmmin单板压降降 0.77kPaa一概要要1.精馏馏与塔设设备简介介蒸馏是分分离液体体混合物物的一种种方法，是是传质过过程中最最重要的的单元操操作之一一，蒸馏馏的理论论依据是是利用溶溶液中各各组分蒸蒸汽压的的差异，即即各组分分在相同同的压力力、温度度下，其其探发性性能不同同（
2、或沸沸点不同同）来实实现分离离目的。在工业中中，广泛泛应用精精馏方法法分离液液体混合合物，从从石油工工业、酒酒精工业业直至焦焦油分离离，基本本有机合合成，空空气分离离等等，特特别是大大规模的的生产中中精馏的应应用更为为广泛。 蒸馏按操操作可分分为简单单蒸馏、平平衡蒸馏馏、精馏馏、特殊殊精馏等等多种方方式。按按原料中中所含组组分数目目可分为为双组分分蒸馏及及多组分分蒸馏。按按操作压压力则可可分为常常压蒸馏馏、加压压蒸馏、减减压（真真空）蒸蒸馏。此此外，按按操作是是否连续续蒸馏和和间歇蒸蒸馏。2. 筛板塔在在十九世世纪初已已应用与与工业装装置上，但但由于对对筛板的的流体力力学研究究很少，被被认为操
3、操作不易易掌握，没没有被广广泛采用用。体系系介绍甲醇水水体系汽汽液平衡衡数据 (1001.3325kkPa)： 表2-1x00.055310.077670.099260.122570.133150.166740.188180.200830.23319y00.288340.400010.433530.488310.544550.555850.577750.622730.64485t/10092.9990.3388.9986.6685.0083.2282.3381.6680.22x0.288180.299090.333330.355130.466200.522920.599370.688490.7
4、77010.877411.000y0.677750.688010.699180.733470.777560.799710.811830.844920.899620.911941.000t/78.0077.8876.7776.2273.8872.7771.3370.0068.0066.9964.77甲醇、水水密度、粘粘度、表表面张力力在不同同温度下下的值：表2-25060708090100甲醇760751743734725716水988.1983.2977.8971.8965.3958.4甲醇0.35500.30060.27770.25510.2225水0.47790.41140.36620.3
5、2210.2888甲醇18.77617.88216.99115.88214.889水66.2264.3362.6660.7758.88二、设计计说明书书蒸馏过程程按操作作方式的的不同，分分为连续续蒸馏和和间歇蒸蒸馏两种种流程。连连续蒸馏馏具有生生产能力力大，产产品质量量稳定等等优点，工工业生产产中以连连续蒸馏馏为主。间间歇蒸馏馏具有操操作灵活活、适应应性强等等优点，但但适合于于小规模模、多品品种或多多组分物物系的初初步分离离。故分分离苯-甲苯混混合物体体系应采采用连续续精馏过过程。蒸馏是通通过物料料在塔内内的多次次部分气气化与多多次部分分冷凝实实现分离离的，热热量自塔塔釜输入入，由冷冷凝器和和
6、冷却剂剂中的冷冷却介质质将余热热带走。塔塔顶冷凝凝装置可可采用全全凝器、分分凝器-全凝器器两种不不同的设设置。工工业上以以采用全全凝器为为主，以以便准确确控制回回流比。三设计计计算书书1.设计计参数的的确定1.1进进料热状状态根据设计计要求，泡泡点进料料，q1。1.2加加热方式式精馏塔的的设计中中多在塔塔底加一一个再沸沸器以采采用间接接蒸汽加加热以保保证塔内内有足够够的热量量供应；由于甲甲醇-水水体系中中，甲醇醇是轻组组分由塔塔顶冷凝凝器冷凝凝得到，水水为重组组分由塔塔底排出出。所以以本设计计应采用用再沸器器提供热热量，采采用3kkgf/cm22（温度度1300）间接接水蒸汽汽加热。1.3 塔
7、顶冷冷凝水的的选择 采用深深井水，温温度t121.4回回流比（RR）的选选择实际操作作的R必必须大于于Rmiin，但但并无上上限限制制。选定定操作RR时应考考虑，随随R选值值的增大大，塔板板数减少少，设备备投资减减少，但但因塔内内气、液液流量LL，V，LL，V增加，势势必使蒸蒸馏釜加加热量及及冷凝器器冷却量量增大，耗耗能增大大，既操操作费用用增大。若若R值过过大，即即气液流流量过大大，则要要求塔径径增大，设设备投资资也随之之有所增增大。其其设备投投资操作作费用与与回流比比之间的的关系如如下图所所示。总总费用最最低点对对应的RR值称为为最佳回回流比。设设计时应应根据技技术经济济核算确确定最佳佳R
8、值，常常用的适适宜R值值范围为为：R（1.222）Rmmin。2.理论论塔板数数的计算算、实际际板数的的确定及及热量衡衡算2.1理理论板数数计算2.1.1物料料衡算已知进料料量为117700tt/年，进进料组成成XF0.55，进进料q1一天以224小时时计，则则每小时时的产量量为16625kkg/小小时，化化为摩尔尔量为XXf=/设计要求求：XD0.98，XXw=00.0335衡算方程程 ： 2.1.2 相相对挥发发度的确确定ssat=A-（）顶=44.133 底=3.54=3.882Xe=00.555代入公公式的：（Xe,Ye）=(0.55,0.8824)2.1.3Rmmin的的确定2.1.
9、4精馏馏段操作作线方程程的确定定精馏段操操作线方方程：2.1.5精馏馏段和提提馏段气气液流量量的确定定已知 DD388.155kmool/hh RR1.1388精馏段：LRD00.01121kkmoll/s V（R1）D0.0233kmool/ss提馏段：LLqF00.0332kmmol/s VV（1q）FV0.0233kmool/ss2.1.6提馏馏段操作作线方程程的确定定提馏段操操作线方方程：采用逐板板计算法法：XD=yy1=00.988 x1=0.9928 yy2=00.9552 x2=0.8839 y33=0.9044 xx3=00.7111 y44=0.8366 xx4=00.577
10、2 y55=0.7622 xx5=00.455600.555因x5xq，第第五块上上升的气气相组成成由提馏馏段操作作方程计计算， y66=0.6211 xx6=00.3000 y77=0.4044 xx7=00.1551 y88=0.1977 xx8=00.0660 y99=0.0700 xx9=00.02205ss 故降降液管尺尺寸可用用。5.1.4降液液管底隙隙高度，取则精馏段段：提镏段：故降液管管底隙高高度设计计合理5.2塔塔板布置置及筛孔孔数目与与排列5.2.1塔板板的分块块D8000mmm，故塔塔板采用用分层，查查表塔板板分为33块。5.2.2边缘缘区宽度度确定取5.2.3开孔孔区面
11、积积计算5.2.4筛孔孔计算及及其排列列物系无腐腐蚀性，选选用=3mmm碳钢钢板，取取筛孔直直径。筛孔按正正三角形形排列，取取孔中心心距t为为开孔率为为=0.9077筛孔数目目n为个个 精馏段段气体通通过阀孔孔的气速速:提馏段气气体通过过阀孔的的气速: 6.1.4气体体通过每每层塔板板的液柱柱高可按下计计算精馏段段=0.03331+00.03372+0.0002110=00.07724mm液柱 提馏馏段=00.02232+0.0039+0.0003339=00.06656mm液柱6.4漏漏液的验验算筛板塔,漏液点点气速带入数据据得：精馏段，提馏段实际孔速速:精馏馏段,提馏馏段，稳定系数数:精馏
12、段，提馏段均大于11.5小小于2,所以设设计无明明显液漏漏符合要要求.6.5液液泛的验验算为防止塔塔内发生生液泛,降液管管内清液液层高HHd()对于设计计中的甲甲醇-水水体系=0.5, Hd0.55=0.2522m由于板上上不设进进口堰精馏段液柱提馏段所以不会会发生淹淹泛现象象以上各项项流力学学验算可可认为精精馏段、提提溜段塔塔径及各各项工艺艺尺寸是是适合的的。7.5液液泛线Hd=()由，得其中带入入数据精馏段 提馏馏段所以精馏馏段提馏段7.2-3精馏段2.5441.6110.9990.088提馏段2.4992.2001.5660.6668. 辅辅助设备备及零件件设计8.1塔塔顶冷凝凝器（列列
13、管式换换热器）甲醇-水水走壳程程，冷凝凝水走管管程，采采用逆流流形式8.1.1.11估计换换热面积积甲醇醇-水冷冷凝蒸汽汽的数据据tD=665.005冷凝蒸蒸汽量：由于甲醇醇摩尔分分数为00.988,所以以可以忽忽略水的的冷凝热热,r=11000.118KJJ/kgg冷凝凝水始温温为122，取冷冷凝器出出口水温温为200，在平平均温度度物性数据据如下（甲甲醇在膜膜温400.3下，水水在平均均温度116下）（kgg/m33）Cp(KKJ/kk.)kgg(s.m)(w/(m.)甲醇-水水1.15562.599645110-550.18888水998.84.18862111110-50.58887a
14、. 设备的的热参数数：b水的的流量：c平均均温度差差：根据“传传热系数数K估计计表”取K=20000W/(m22.) 传传热面积积的估计计值为：安全系数数取1.2 换热热面积AA=1.2*88.211=9.8522m2管子尺寸寸取255mm 水水流速取取ui=1.0m/s管数：个个管长：取管心距距壳体直径径取6000mmm折流板：采用弓弓形折流流板取折流板板间距BB=2000mmm由上面计计算数据据，选型型如下：公称直径径D/mmm600管子尺寸寸/mmm25公称压力力 PNN/（MMPa）1.6管子长ll/m1.7管程数NNp2管数n/根77壳程数NNs1管心距tt/mmm31.225管子排
15、列列正三角排排列核算管程程、壳程程的流速速及Ree:（一）管管程流通截面面积：管内水的的流速（二）壳壳程流通截面面积： 取=110壳内甲醇醇-水流流速当量直径径 8.1.1.22计算流流体阻力力管程流体体阻力设管壁粗粗糙度为0.1mmm，则/d=0.0005,查得摩擦擦系数=0.0222 符合合一般要要求壳程流体体阻力Re=4417.085000，故管子排列列为正三三角形排排列，取取F=00.5挡板数块块 代入得取污垢校校正系数数F=11.0故管壳程程压力损损失均符符合要求求8.1.1.33计算传传热系数数管程对流流给热系系数膜的雷诺诺数所以以为垂直直湍流管管=0.556104壳程对流流给热系
16、系数Re=4417.08Pr0=8=0.336=8377.8计算传热热系数取污垢热热阻 RRs0.15mm/kWW Rs=0.558 mm/kWW以管外面面积为基基准 则则K=2.3577kW/(m22.)计算传热热面积 A=m2所选换热热器实际际面积为为A=n=8.222m22裕度所选换热热器合适适釜式再沸沸器：计算热负负荷：考虑到55%的热热损失后后 选用0.2MPPa饱和和水蒸气气加热，因两侧均均为恒温温相变 取传热系系数K=10000W/（m22.K）估算传热热面积取安全系系数0.8，实实际传热热面积AA=600.477/0.8=775.558m22原料预热热器原料加热热：采用用压强为
17、为2700.255kPaa的饱和和水蒸汽汽加热，温温度为1130，冷凝凝温度至至1300流体体形式，采采用逆流流加热 查表表Cp甲甲醇=22.877 kJJ/(kkgKK) CCp水=4.119kJJ/(kkgKK)摩尔尔分数 xxF=0.55根据据上式可可知：CCpc=2.88700.555+4.190.45=33.4664kJJ/(kkgKK)设加加热原料料温度由由20到722.255 考虑到55%的热热损失后后选择传传热系数数K=8800 w/(m2K)计计算传热热面积：取安全系系数为00.8 A实实际=11.400/0.8=11.755m28.2.2釜残残液出料料管釜残液的的体积流流量
18、：取适宜的的输送速速度uw=1.6m/s则经圆整选选取热轧轧无缝钢钢管，规规格：220mmm2.55mm8.2.3回流流液管回流液体体积流量量利用液体体的重力力进行回回流，取取适宜的的回流速速度，那那么经圆整选选取热轧轧无缝钢钢管，规规格：30mmm2.5mmm8.2.4再沸沸器蒸汽汽进口管管V=0.023318/0.665=00.6337设蒸汽流流速为223m/s,经圆整选选取热轧轧无缝钢钢管，规规格：3255mm112.55mm 8.2.5 塔塔顶蒸汽汽进冷凝凝器出口口管V=0.023332.04/1.1147=0.664设蒸汽流流速为220m/s,经圆整选选取热轧轧无缝钢钢管，规规格：4
19、266m133mm m 8.2.6冷凝凝水管深井水温温度为112，水的的物性数数据：=9999.44kg/m3,=1.23663,深井水的的质量流流率，取取流速为为2m/s管径选取 15994.55mm热热轧无缝缝钢管实际流速速为8.3冷冷凝水泵泵雷诺数取=00.011，,查图图摩擦系系数=0.03115各管件及及阀门阻阻力系数数如下:名称水管入口口进口阀90弯弯头4半开型球球阀0.560.75549.5设管长为为5米,=4.444扬程 取200m 流量选择ISS1000-655-2550型离离心泵,参数为为流量V=1200,扬程程,H=74.5m转转速泵效率,=733%轴功率率Na=33.3
20、kWW9.设计计结果汇汇总筛板塔设设计计算算结果及及符号汇汇总表参数符号号参数名称称精馏段提馏段T m (C)平均温度度69.11585.551P m (kppa)平均压力力104.45111.45M Lmm(kgg/kmmol)液相平均均摩尔质质量28.77122.110M Vmm(g/kmool)气相平均均摩尔质质量30.55424.554lm (kgg/m)液相平均均密度783.8099871.6377vm (kgg/m)气相平均均密度1.0990.8999m (dynn/cmm)液体平均均表面张张力20.221536.2225m (mpaas)液体平均均粘度0.33360.3117Vs
21、(mm/s)气相流量量0.64440.6227Ls (m/ss)液相流量量0.000044430.00008111N实际塔板板数911Z( mm)有效段高高度D(m)塔径0.80.8H T(m)板间距0.4550.455 (mm)板厚0.00030.0003溢流形式式单溢流单溢流降液管形形式弓形弓形溢流堰平行平行l W (m)堰长0.52290.5229h W (m)堰高0.055400.05527hl (m)板上液层层高度0.0660.066h OWW (mm)堰上液层层高度0.00060330.00073h O (mm)降液管底底隙高度度0.01120.0222W d (mm)降液管宽宽度
22、0.099920.09992W s (m)安定区宽宽度0.06650.0665W c (m)边缘区高高度0.03350.0335Aa (m)有效传质质面积0.35510.3551A T (m)塔横截面面积0.500240.50024A f (m)降液区面面积0.03360.0336A O （m）筛孔面积积0.033550.03355d O（mm）筛孔直径径0.00050.0005t（m）孔中心距距0.01150.0115n筛孔数目目1806618066（%）开孔率10.1110.11U （mm/s）空塔气速速1.28821.2448安全系数数0.70.7U O（ （m/s）筛孔气速速18.11
23、417.666K稳定系数数1.7331.555H c （m液液柱）干板阻力力0.033310.0002322H l （m液液柱）液体有效效阻力HHl0.033720.03390H（mm液柱）液体表面面张力阻阻力0.00021000.0003399H p （m液液柱）总阻力0.077240.06656P（paa）每层塔板板压降556.70560.93 (ss)停留时间间36.55627.779ev (0.11kg液液/kgg干气)液沫夹带带量0.03370.0119液泛合格合格漏液合格合格E液流收缩缩系数1.0221.022C O孔流系数数0.8440.844液层充气气系数0.6220.622相
24、对泡沫沫密度0.50.5F LVV两项流动动参数0.05525220.12269C液泛气相相负荷因因子0.088070.07708Fa气相动能能因子1.52281.44410. 参考文文献及设设计手册册1.管国国锋.赵赵汝溥.化工原原理（第第二版），北北京:化化学工业业出版社社，20003. 2.汤金金石等 化工过过程及设设备课程程设计 北京：化学工工业出版版设，1199883.国家家医药管管理局上上海医药药设计院院.化工工工艺设设计手册册（上、下下），北北京:化化学工业业出版社社，19996.4.贾绍绍义，柴柴诚敬。化化工原理理课程设设计（化化工传递递与单元元操作课课程设计计），天天津:天天
25、津大学学版社，220022，5.王国国胜。化化工原理理课程设设计，大大连:大大连理工工大学出出版社，2200666.姚玉玉英,陈陈常贵, 柴诚诚敬.化化工原理理（上上、下册册），天天津:天天津大学学出版社社，200037.谭天天恩，窦窦梅，周周明华 等编著著. 化化工原理理(第三三版)，北北京:化化学工业业出版社社，20006.8.陈英英南，刘刘玉兰. 常用用化工单单元设备备的设计计.上海海:华东东理工大大学出版版社,2200559.柴诚诚敬，王王军.张张缨.化化工原理理课程设设计，天天津科学学技术出出版社，天天津:220066.10.刘刘雪暖 汤景凝凝等 化化工原理理课程设设计 山山东：石石
26、油大学学出版社社，20001四设计计感想进行了整整整两周周的化工工原理课课程设计计终于告告一段落落，对我我自己而而言两周周的辛勤勤劳动是是收获颇颇丰的。总总结于下下：1. 对化工设设计有了了比较深深刻的认认识，在在平常的的化工原原理课程程学习中中总是只只针对局局部进行行了计算算，而对对参数之之间的相相互关联联缺乏认认识。平平常的学学习总会会有题设设的条件件，省去去了我们们很多劳劳动，但但在设计计中大量量用到了了物性数数据是我我们需要要自己去去查取的的。我学学会了去去互联网网上查取取这些数数据，如如在中科科院过程程工程研研究所的的数据库库中就有有许多我我们所需需要的数数据。2. 设计中我我学会了
27、了离开老老师进行行自主学学习，参参看多本本指导书书，还查查阅了一一些超星星图书馆馆中的资资料。这这样的设设计让我我从中获获得了一一些自信信，觉得得专业还还是学了了不少东东西的，至至少学会会了一种种研究的的方法，将将来工作作中或学学习遇到到了什么么困难或或从未接接触过的的领域，我我也不再再会感到到畏惧。因因为我已已经有了了一定的的自主研研究的能能力，我我能通过过自学慢慢慢的将将问题化化解。3. 设计帮助助我更好好的熟悉悉了WOORD、EEXCEEL、CCAD的的操作。平平常天天天用电脑脑上网，进进行些娱娱乐活动动，真正正这些实实用的软软件却触触碰的很很少，虽虽然以前前有学过过但隔的的时间也也比较
28、久久了，大大多都淡淡忘了。设设计中需需要用到到CADD画理论论塔板数数，但我我去网上上寻找到到了另外外一个数数学公式式画图软软件，可可以直接接将公式式转换成成图像，也也挺好用用的，算算是个小小创新把把。逐板板计算中中我发现现自己光光用计算算器算起起来太繁繁琐了而而且正确确率也让让人质疑疑，我想想起了我我们学过过的c+编程程，真的的只需要要短短的的一个程程序就能能将问题题很快的的解决。忽忽然发现现一个好好工程师师应该知知识渊博博，因为为很多学学科对他他都是很很有帮助助的。我我现在还还处在一一个学习习知识的的阶段一一个接受受新事物物的黄金金阶段，以以前认为为的计算算机过了了级拿到到证书就就了事的的
29、想法真真的很幼幼稚，那那些知识识在今天天还都能能够用上上，为了了今后不不再有今今天这样样的遗憾憾，我决决定今后后更加扎扎实的学学习，拓拓宽自己己的知识识面。后后来还是是用exxcell添加公公式然后后循环拖拖放将所所有板上上的气液液组成算算出来了了。4. 设计教会会了我耐耐心，很很多地方方都是需需要先假假设数据据，再验验算，不不符合时时再调整整数据重重新进行行验算。很很多地方方我都不不得不重重复的算算上好几几遍，而而且大量量繁琐的的计算要要求我必必须克服服毛躁的的毛病，计计算必须须准确到到位才能能更快的的完成设设计任务务。5. 由于时间间比较有有限，塔塔釜的再再沸器和和进料的的预热器器的计算算只能略略去了，可可能还存存在一些些问题，恳恳请老师师指正。 第 34 页 共 34 页