甲醇和水分离过程筛板精馏塔设计
课程设计
题目名称：甲醇-水精馏塔工艺设计
2学年2学期2011年7月2日
专业
设计题目
起止时间
设计目的：
1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。
2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。
设计任务或主要技术指标：
设计一个生产能力：年产四万吨甲醇产品，原料中甲醇含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲醇含量不低于95%；塔底甲醇含量不高于1%；常压下操作，塔顶采用全凝器，进料状态q=1，直接蒸汽加热，单板压降不大于0.7kPa；塔顶压强4kPa的筛板式精馏塔。
设计进度与要求：
1拟订题目和课程设计指导书（包括课程设计目的、内容、要求、进度、成绩评定等），制定具体考核形式（一般应采用平常情况和答辩相结合方式）并于课程设计开始时向学生公布。
2完整的课程设计应由设计草稿书和任务书组成。草稿书不上交系里，是备指导老师检查之用，以督促学生按时完成设计及防止学生间抄袭。任务书应上交按照指定格式编排好的电子版及打印版。7月8日前上交系里。
主要参考书及参考资料：
1.陈敏恒等。化工原理，上、下册，第三版.北京：化学工业出版社，2006
2.《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第一版，第一篇，第13篇.北京：化学工业出版社，1979
3.陈英南。常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，2005
4.卢焕章。石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1982
5.祁存谦等。化工原理，上、下册，第二版.北京：化学工业出版社，2009
6.张立新等。传质与分离技术.北京：化学工业出版社，2009
摘要
精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异对其进行加热，然后进行多次混合蒸气的部分冷凝和混合液的部分加热汽化以达到分离目的的一种化工单元操作。
关键词:精馏筛板塔、相平衡方程、操作线方程、回流比、图解法
目录
1.综述--------------------------------------------- 错误！未定义书签。
1.1塔设备的化工生产中的作用和地位--------------- 错误！未定义书签。
1.2设计方案------------------------------------- 错误！未定义书签。
1.3工艺流程------------------------------------- 错误！未定义书签。
1.4设计方案简介--------------------------------- 错误！未定义书签。2主要物性数据------------------------------------ 错误！未定义书签。3工艺计算 --------------------------------------- 错误！未定义书签。
3.1精馏塔的物料衡算----------------------------- 错误！未定义书签。
3.2塔板数的确定--------------------------------- 错误！未定义书签。
3.3精馏塔有关物性数据的计算-------------------------------------- 8 3.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算--------------------- 错误！未定义书签。
3.5溢流装置的设计------------------------------- 错误！未定义书签。
3.6塔板板面布置--------------------------------- 错误！未定义书签。
3.7塔板校核------------------------------------- 错误！未定义书签。
3.7.1 --------------------------------------------------------- 16
3.7.2液沫夹带-------------------------------------------------- 16
3.7.3 漏液---------------------------------------------------- 16 3.8负荷性能图----------------------------------- 错误！未定义书签。
3.8.1 气液流量的流体力学上下限线------------------------------- 15
3.8.2 塔板工作线---------------------------------------------- 17 4设计总结 ------------------------------------------------------- 18 参考文献----------------------------------------- 错误！未定义书签。
塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，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，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。
本设计任务为分离甲醇-水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。
如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。
图1精馏过程的流程
设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点
下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易
分离物系，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。具体如下：
塔型的选择本设计中采用筛板塔。筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易
于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。压降较低。缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
加料方式和加料热状况的选择：加料方式采用直接流入塔内。虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料
设计的依据与技术来源：本设计依据于精馏的原理（即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使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足经济上的要求，保证生产安全的基础上， 对设计任务进行分析并做出理论计算。
目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，此次设计采用精确计算与软件验算相结合的方法。
表1 甲醇、水的物理性质
项目 分子式
分子量 沸点℃
甲醇A 3CH OH
32 647?
水B 2H O
18
100 表二 不同塔径的板间距
塔径mm D / 800—1200 1400—2400
2600—6600
板间距mm H T / 300、350、400、450、500 400、450、500、550、600、650、700
450、500、550、600、650、700、750、800
甲醇的分子式为
3CH OH
,千摩尔质量为32kmol kg ，水的分子式为2H O ,千摩尔
质量为18kmol kg 。
0.45/32
0.315
0.45/320.55/18f x =
=+
0.92/32
0.914
0.92/320.05/18D x ==+
0.01/32
0.055
0.01/320.99/18w x =
=+
2.
(1)0.31532(10.315)1822.41/F F A F B M x M x M kg kmol =+-=?+-?=
0.91432(10.914)1830.796/D M kg kmol =?+-?=
0.05532(10.055)1834.61/W M kg kmol
=?+-?=
3物料衡算 原料处理量
5556
247.9322.41F kmol h =
=
总物料衡算:247.93=D+W ①
甲醇物料衡算：247.93×0.315=0.914D+0.055W ② 联立得：78.09795=0.914（247.93-W ）+0.055W
148.51007172.89
0.859W ==
247.93172.897D =-=
1.T N
的求取
甲醇属理想物系，可采用图解法求理论板层。
①由手册查得甲醇物系的气液平衡数据，绘出X----Y 。
②求最小回流比及操作回流比。
采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e 作垂线ef 即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为
0.661
q y =
0.450
q x =
由可得q 线与平衡线的交点坐标（xq ，yq ）为（0.661，0.315）,则最小回流比
为
73
.0315
.0661.0661
.0914.0min =--=
--=
q
q q D x y y x R
取操作回流比
min 220.73 1.46
R R ==?=
③求精馏塔的气,液相负荷
(1)(1.461)75.04184.60/V R D kmol h =+=+?= 1.4675.04109.56/L RD kmol h ==?=
'184.60/V V kmol h ==
'109.82247.93357.75/L L F kmol h =+=+=
④求操作线方程为
精馏段操作线方程：
109.5675.040.914184.60184.60D L D y x x x V V =
+=+? 提馏段操作线方程：
357.49172.89
'''0.055''184.60184.60w L W y x x x V V =
-=+?
⑤采用图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数，如图所示。求解结果为 总理论板层数 6
T N =
进料板位置
6
F N =
2.实际板层数的求取 精馏段实际板层数 =4/0.25=7.78
N ≈精 提馏段实际板层数
=2/0.52 3.84
N =≈提
3.3精馏塔有关物性数据的计算
以精馏段为例进行计算。 1.操作压力计算 塔顶操作压力
101.34105.3D P kPa
=+=
每层塔板压降 0.7P kPa =
进料板压力
105.30.710112.3F P kPa
=+?=
精馏段平均压力
(105.3112.3)/2108.8m P kPa
=+=
2操作温度计算
依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中甲醇的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算过程略。计算结果如下： 塔顶温度
67
D t = 进料板温度
95
F t =
精馏段平均温度
(6795)/281
m t =+=
3.平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算 由
10.914
D x y ==，查平衡曲线得
10.913
x =
0.91432(10.914)92.1337.17/VDm M kg kmol =?+-?= 0.91332(10.913)92.1337.23/LDm M kg kmol
=?+-?=
进料板平均摩尔质量计算 由图解理论板得0.561
F y =
查平均曲线得
0.181
F x =
0.56132(10.561)92.1358.40/VFm M kg koml =?+-?= 0.18132(10.561)92.1346.24/LFm M kg kmol
=?+-?=
精馏段平均摩尔质量
(37.1758.40)/247.79/Vm M kg koml =+= (37.2346.24)/241.74/Lm M kg kmol
=+=
4.平均密度计算 (1).气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即
3
108.847.79
1.77/8.314(81273.15)m Vm Vm m P M kg m RT ρ?=
==?+
(2).液相平均密度计算 液相平均密度依下式计算，即
1lm i i
a ρρ=∑
塔顶液相平均密度的计算 由
67
D t =,查手册得
3746/A kg m ρ= 3
977.8/B k g m ρ=
3
1
754.9/(0.957460.05977.8)LDm kg m ρ=
=+
进料板液相平均密度的计算
由
95
F t =,查手册得
3719.5/A kg m ρ= 3
961.85/
B k g m ρ=
进料板液相的质量分率
0.18132
0.071
0.181320.81992.13A α?=
=?+?
3
1
939.4/(0.071719.50.929961.85)LFm kg m ρ=
=+
精馏段液相平均密度为
3(754.9939.4)/2847.15/Lm kg m ρ=+=
5.液体平均表面张力计算，即
Lm i i
x σσ=∑
塔顶液相平均表面张力的计算 由
67
D t =，查手册得
19.3/A mN m σ= 0.0643/
B m N m σ=
0.91419.30.0860.064317.65/LDm mN m σ=?+?=
进料板液相平均表面张力的计算 由
95
F t =,查手册得
16.4/A mN m σ= 0.0598/
B m N m σ=
0.18116.40.8190.0598 3.02/LFm mN m σ=?+?=
精馏段液相平均表面张力为
(17.65 3.02)/210.34/Lm mN m σ=+=
6.液体平均粘度计算 塔顶液相平均年度的计算 由
67
D t =，查手册得
0.305A mPa s μ=? s m P a B ?=423.0μ
)
423.0lg(086.0)305.0lg(914.0lg +=LDm μ
解出 s
m P a L D m ?=314.0μ
由
95
F t =,查手册得
s mPa A ?=219.0μ s m P a B ?=299.0μ
)
299.0lg(819.0)219.0lg(181.0lg +=LFm μ
解出
s
m P a L F m ?=367.0μ
精馏段液相平均表面张力为
s mPa Lm ?=+=34.02/)367.0313.0(μ
精馏塔的塔体工艺尺寸计算
s
m VM V Vm Vm S /385.177.1360079
.4760.18436003=??==
ρ
3109.5641.74
0.0015/36003600847.15Lm S Lm LM L m s
ρ?=
==?
由
V
V
Lm C
u ρρρ-=max
其中
20
C 由下图查取，图的横坐标为
1212
0.00153600847.15()()0.02371.3853600 1.77h L h V L V ρρ?==?
取板间距，
0.40T H m
= 板上液层高度
0.06L h m
= 则
0.40.060.34T L H h m
-=-=
史密斯关联图
由图4查得气体负荷因子=20C 0.07，因表面张力的差异，气体负荷因子校正为
0.2
0.2
2010.34(
)
0.070.061320
20L
C C m s
σ??
==?= ?
??
计算最大允许速率为
max 847.15 1.77
0.0613 1.341.77
L g g u C
m s ρρρ--==?=
取安全系数为0.7，则空塔速率为 max 0.70.7 1.3400.938u u m s
==?=
则塔径为
44 1.385 1.3710.938S V D m u ππ?=
==?
根据标准塔径圆整为
1.4D m =
当塔径为1.7m 时，其板间距可取400mm ，因此，所设板间距可用。 塔截面积为
222
1.4 1.5394
4
T A D m π
π
=
=
?=
实际空塔气速为
1.385
0.9/1.539u m s =
=
1.精馏塔有效高度的计算 精馏段有效高度为
()()=-1810.4=2.8m T Z N H =-?精精
提馏段有效高度为
()()=-1410.41.2m
T Z N H =-?=提提
在进料板上方开两人孔，其高度为1.6 故精馏塔的有效高度为
=Z +1.6=2.8+1.2+1.6=5.6m
Z Z +提精
(1) 1.4D m =堰长
取
=0.660.66 1.40.9
w l D m =
?=
(2)溢流堰高度
由
W L O W
h h h =-
选用平直堰，堰上液层高度
OW
h 由下式计算
23
2.841000h OW
w L h E l ??
= ???
近似取E=1，则
23
2.840.00153600=1=0.00910000.924OW h m
????? ?
??
取板上清液层高度 =60L h m m
故
=0.06-0.009=0.
W h m
(3)弓形降液管宽度和截面积
由 0.66
W
l D = 查图6得
图6弓形降液管的宽度和面积
f
0.0722T
A A =
0.124d
W D = =0.07220.0722 1.5390.1111
f T A A =?=故
=0.1240.124 1.40.1736d W D m
=?=
依式
验算液体在降液管中停留
时间，即
s s L H A h
T
f 563.293600
0015.04
.01111.036003600>=???=
=
θ
故降液管设计合理。 (4)降液管底隙高度
3600'h
o W o L h l u =
取'=0.08/o u m s
则 0.00153600
=
=0.02
36000.9240.08o h m ???
-=0.051-0.02=0.031m >
W o h h
故液降管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度
'50W h mm
=。
（1)因D ≥800mm ，故塔板采用分块式,分为三块。 （2)边缘区宽度确定 （3）开孔区面积计算
222
12sin
180a R x A x r x r π-??=-+????
()()1.4
0.17360.0650.46122
d s D x W W m =
-+=-+= 1.40.0350.66522
C D r W m =
-=-= 故2
2
21
2
0.46120.4610.6650.4610.665sin 1.1191800.665a A m π
-?
?=-+
?=???
?
（4）筛孔数n 与开孔率?
精馏段：取筛空的孔径0d 为mm 5，正三角形排列，一般碳钢的板厚δ为3mm ,故孔中心距mm t 0.1550.3=?=。
筛孔数22
1.155 1.155 1.119
57440.015a A n t ??=
==个 开孔率22
0.0050.907(
)0.907()10.1%0.015
o d t φ==?= 气体通过筛孔的气速为：0 1.385
12.25/0.101 1.119
S o V u m s A ===? （1)干板c h 计算
2
2
0012.25 1.770.0510.0510.02680.772847.15V c L h m C μρρ????????
==??= ? ? ? ???????
??液柱
（2)气体穿过板上液层l h
1.385
0.970/1.5390.1111
S a T f V u m s A A =
==--，
()12120.970 1.77 1.29/a a V F u kg s m ρ==?=?
由0.6β=，所以 ()0.6(0.0510.009)0.036l o L W OW h h h h m ββ==+=?+=液柱 （3)液体表面张力阻力σh 计算
3
04410.34100.001847.159.810.005
L L h m gd σσρ-??===??液柱
故 0.02680.0360.0010.064p h m =++=液柱 则单板压强：0.064847.159.815320.7P p L P h g Pa kPa
ρ?==??=<
3.7.2液沫夹带
故在设计负荷下不会发生过量雾沫夹带。
3.7.3 漏液
min
=12.25/ o om u K u = ==>（不会产生过量液漏） 液泛 为防止降液管液泛的发生，应使降液管中清液层高度 () w T d h H H +≤φ取()w T d h H ΦH +≤成立，故不会产生液泛。 3.8.1 气液流量的流体力学上下限线 3 由 v L l o h h C ρρμσ/)(13.00056.04.40min -'+='? 0 min min 'A V S o ??='μ )/(3s m L S 0.0006 0.0045 0.009 )/(3s m V S 2.3 0.98 1.035 依表中数据在V S —L S 图中作出雾沫夹带线，如图所示 化工原理课程设计说明书 设计题目：甲醇—水连续填料精馏塔 设计者： 专业： 学号： 指导老师： 2007年7 月13日 目录 一、设计任务书 (1) 二、设计的方案介绍 (1) 三、工艺流程图及其简单说明 (2) 四、操作条件及精熘塔工艺计算 (4) 五、精熘塔工艺条件及有关物性的计算 (14) 六、精馏塔塔体工艺尺寸计算 (19) 七、附属设备及主要附件的选型计算 (23) 八、参考文献 (26) 九、甲醇－水精熘塔设计条件图 一、设计任务书 甲醇散堆填料精馏塔设计： 1、处理量：12000 吨/年(年生产时间以7200小时计算) 2、原料液状态：常温常压 3、进料浓度：41.3%(甲醇的质量分数) 塔顶出料浓度：98.5%(甲醇的质量分数) 塔釜出料浓度：0.05%(甲醇的质量分数) 4、填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 5、厂址位于沈阳地区 二、设计的方案介绍 1、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 2、精熘塔的操作压力 在精馏操作中，当压力增大，混合液的相对挥发度减小，将使汽相和液相的组成越来越接近，分离越来越难；而当压力减小，混合液的相对挥发度增大，α值偏离1的程度越大，分离越容易。但是要保持精馏塔在低压下操作，这对设备的要求相当高，会使总的设备费用大幅度增加。在实际设计中，要充分考虑这两 编号：SY-AQ-03551 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 甲醇合成塔入塔人员安全规定Safety regulations for personnel entering methanol synthesis tower 甲醇合成塔入塔人员安全规定 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 1.入塔人员条件：必须是身体健康、心理素质好，具备安全救护知识和自救能力的人。 2.合成塔必须与外系统进行有效的隔离，并工艺处理合格后，方可打开人孔。 3.现场拉好警戒线，无关人员一律不得进入。 4.准备好灭火器材及消防水。 5.120救护车及专业医护人员由合成车间在指定地点现场待命。（综合部负责） 6.加一空气软管在上管板上部，距离上管板300mm，尽量增加塔内管箱上部的Ｏ2含量，以创造安全环境。 7.按照规定办理各种作业票证，动火作业前须做可燃气体 （H2+CO≤0.2%）分析,合格后方可执行动火作业，灭火器材配备齐全。 8.办理设备内作业安全票证，严格落实安全施工条件。 9.由安检部人员、监护人员和佩带者共同检查，保证正压式呼吸器使用前完好。作业人员佩带后自行确认完好后，经合成车间安全人员再次检查确认，最后经安监部专职安全人员现场检查确认佩带合格后方可入塔正式作业。 10.塔内人员工作时间不得超过30分钟。塔内人员一人作业，一人监护；监护人员位置在溜槽附近，便于处置突发事情。工作时动作不要做大幅度摆动，避免呼吸器脱落漏气。 11.塔内作业人员应时刻注意避免安全绳、长管呼吸器气管缠绕热电偶，以免发生事情后抢救人员不好施救，耽误抢救时间。 12.塔外设专门双人监护，塔外监护人员视线时刻不离塔内作业人员，若有意外情况，设备内作业人员与塔外监护人员通过声光报警器联系。（声光报警器由机电部负责落实） 13．现场监护人员发现塔内出现异常情况，立即将塔内作业人员拉出。 14．用轴流风机吹扫自人孔出来的氮气，人员不应站在下风向。 4.3 填料精馏塔设计示例 4.3.1 化工原理课程设计任务书 1 设计题目 分离甲醇-水混合液的填料精馏塔 2 设计数据及条件 生产能力：年处理甲醇-水混合液0.30万吨（年开工300天） 原料：甲醇含量为70%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶甲醇含量不低于98%，塔底甲醇含量不高于2% 建厂地址：沈阳 3 设计要求 （1）编制一份精馏塔设计说明书，主要内容： ①前言； ②流程确定和说明； ③生产条件确定和说明； ④精馏塔的设计计算； ⑤主要附属设备及附件的选型计算； ⑥设计结果列表； ⑦设计结果的自我总结评价与说明； ⑧注明参考和使用的设计资料。 （2）编制一份精馏塔工艺条件单，绘制一份带控制点的工艺流程图。 4.3.2 前言 在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类：板式塔和填料塔。以前，在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小以性能稳定等特点。因此填料塔已被推广到大型汽液操作中。在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。 板式塔为逐级接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、操作弹性大、持液量小等优点。同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。 本设计目的是分离甲醇-水混合液，处理量不大，故选用填料塔。 塔型的选择因素很多。主要因素有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。 1 与物性有关的因素 ①易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，故选用填料塔为宜。因为填料不易形成泡沫。本设计为分离甲醇和水，故选用填料塔。 ②对于易腐蚀介质，可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料，对于不腐蚀的介质，则可选金属性质或塑料填料，而本设计分离甲醇和水，腐蚀性小可选用金属填料。 2 与操作条件有关的因素 ①传质速率受气膜控制的系统，选用填料塔为宜。因为填料塔层中液相为膜状流、气相湍动，有利于减小气膜阻力。 ②难分离物系与产品纯度要求较高，塔板数很多时，可采用高效填料。 ③若塔的高度有限制，在某些情况下，选用填料塔可降低塔高，为了节约能耗，故本设计选用填料塔。 ④要求塔内持液量、停留时间短、压强小的物系，宜用规整填料。 4.3.3 流程确定和说明 1 加料方式 加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可 郑州轻工业学院 ——化工原理课程设计说明书 课题：甲醇和水的分离 学院：材料与化学工程学院 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 目录 第一章流程确定和说明 (2) 1.1.加料方式 (2) 1.2.进料状况 (2) 1.3.塔型的选择 (2) 1.4.塔顶的冷凝方式 (2) 1.5.回流方式 (3) 1.6.加热方式 (3) 第二章板式精馏塔的工艺计算 (3) 2.1物料衡算 (3) 2.3 塔板数的确定及实际塔板数的求取 (5) 2.3.1理论板数的计算 (5) 2.3.2求塔的气液相负荷 (5) 2.3.3温度组成图与液体平均粘度的计算 (6) 2.3.4 实际板数 (7) 2.3.5试差法求塔顶、塔底、进料板温度 (7) 第三章精馏塔的工艺条件及物性参数的计算 (9) 3.1 平均分子量的确定 (9) 3.2平均密度的确定 (10) 3.3. 液体平均比表面积张力的计算 (11) 第四章精馏塔的工艺尺寸计算 (12) 4.1气液相体积流率 (12) 4.1.1 精馏段气液相体积流率： (12) 4.1.2提馏段的气液相体积流率： (13) 第五章塔板主要工艺尺寸的计算 (14) 5.1 溢流装置的计算 (14) 5.1.1 堰长 (14) 5.1.2溢流堰高度： (15) 5.1.3弓形降液管宽度 (15) 5.1.4 降液管底隙高度 (16) 5.1.5 塔板位置及浮阀数目与排列 (16) 第六章板式塔得结构与附属设备 (24) 6.1附件的计算 (24) 6.1.1接管 (24) 6.1.2 冷凝器 (27) 6.1.3再沸器 (28) 第七章参考书录 (28) 第八章设计心得体会 (29) 化学与化学工程学院 《化工原理》专业课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 姓名：潘永春 班级：化工101 学号： 2010054052 指导教师：朱宪 荣 课程设计时间2013、6、8——2013、6、20 化工原理课程设计任务书 专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春 学号20100054052 指导教师朱宪荣 设计日期：2013 年6月8日至2013年6月20日 一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务 生产能力（进料）413.34Kmol/hr 操作周期8000小时/年 进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同） 进料密度233.9Kg/m3 平均分子量22.65 塔顶产品组成>99% 塔底产品组成<0.04% 2、操作条件 操作压力 1.45bar （表压） 进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气 塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔 4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿） 一．前言 5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.设计要求: 6 二、设计说明书7 三．设计计算书8 1.设计参数的确定8 1.1进料热状态 8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择 8 1.4 塔顶冷凝水的选择8 2.流程简介及流程图8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9 工艺流程说明 气体流程：来自脱硫脱碳工序的～3.0MPa(G)新鲜气经压缩至5.5Mpa后与来自循环气压缩机的出口气进循环气油分混合，循环气油分出口气(～54℃)去塔前换热器(E8101)预热；出塔前换热器的合成气(5.44MPa(G)，～200℃)，进入甲醇合成塔(R8101)催化床层反应,反应热由塔内换热器的中的热水移去，同时副产蒸汽(～1100kg/t醇)；出甲醇合成塔(R8101)的工艺气体温度(5.24MPa(G)，～225℃)，进入塔前换热器(E8101)预热进塔的合成气体；出塔前换热器的工艺气体(5.20MPa(G)，～91℃)进入蒸发水冷器(E8102)；出蒸发水冷器的气体(5.05MPa(G)，～37℃)进入甲醇分离器(S8101)；出甲醇分离器的粗甲醇送入甲醇膨胀槽(V8103)，出甲醇分离器的工艺气体(5.05 MPa(G)，～37℃)少部分去回收系统，大部分去循环气压缩机(K8102)于系统循环生产。 11.1甲醇合成塔 11.1.1 GC 型水冷板轴向甲醇合成反应器的先进性 （1）该甲醇合成反应器中内置了水冷板式换热器，催化剂床层的反应热由板式换热器中的热水移走；整个催化剂床层温度基本均衡,甲醇合成基本在等温条件下进行。 （2）GC型水冷板轴向甲醇合成反应器是用循环沸水移去反应热，反应时催化剂床层温差较小，达到接近等温反应的目的；副产饱和蒸汽量多(～1.1t/t醇)，压力高。 （3）GC型水冷板轴向合成反应器设计阻力＜0.4Mpa。 （4）操作简单(控制蒸汽压力)，易于控制。 11.1.2 GC 型水冷板轴向甲醇合成反应器设计条件 表6 甲醇合成反应器设计条件 主要设计条件 计算结果 备注 1.原料气量：63390 Nm3/h 2.合成塔进口气量：331847 Nm3/h 3.进塔气体成分 组分：H2 CO CO2 CH4 N2＋Ar CH3OH H2O V% :72.15、12.49、3.42、3.46、7.95、0.52、0.01 4.小时产醇量：28.94 t 5.正常运行压力：5.0～5.5 MPa(G)， 6.水冷折流板承受内压（设计值）≤2.5 MPa 7.水冷折流板承受外压（设计值）≤3.5 MPa 8. 运行阻力<0.4MPa 1.塔内件选用GC型水冷板轴向甲醇合成反应器 (合成塔φ3200)； 2.板式换热器设在合成塔内。 目录 设计任务书 一、概述 1、精馏操作对塔设备的要求和类型 (4) 2、精馏塔的设计步骤 (5) 二、精馏塔工艺设计计算 1、设计方案的确定 (6) 2、精馏塔物料衡算 (6) 3、塔板数的确定 (7) 的求取 (7) 3.1理论板层数N T 3.2实际板层数的求取 (8) 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4.1操作温度的计算 (11) 4.2平均摩尔质量的计算 (11) 4.3平均密度的计算 (12) 4.4液相平均表面张力计算 (12) 4.5液体平均粘度计算 (13) 5、精馏塔塔体工艺尺寸计算 5.1塔径的计算 (14) 5.2精馏塔有效高度的计算 (15) 6、塔板主要工艺尺寸计算 6.1溢流装置计算 (16) 6.2塔板的布置 (17) 6.3浮阀计算及排列 (17) 7、浮阀塔流体力学性能验算 (19) 8、塔附件设计 (26) 7、精馏塔结构设计 (30) 7.1设计条件 (30) 7.2壳体厚度计算………………………………………………… 7.3风载荷与风弯矩计算………………………………………… 7.4地震弯矩的计算………………………………………………… 三、总结 (27) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 甲醇-水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件: 年产量: 95%的甲醇17000吨 料液组成(质量分数): (25%甲醇，75%水) 塔顶产品组成(质量分数): (95%甲醇，5%水) 塔底釜残液甲醇含量为6% 每年实际生产时间: 300天/年,每天24小时连续工作 连续操作、中间加料、泡点回流。 操作压力：常压 塔顶压力4kPa(表压) 塔板类型：浮阀塔 进料状况：泡点进料 单板压降：kPa 7.0 厂址：安徽省合肥市 塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.5Mpa 三、设计任务 完成精馏塔的工艺设计,有关附属设备的设计和选型,绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图,编写设计说明书. 设计内容包括： 1、 精馏装置流程设计与论证 2、 浮阀塔内精馏过程的工艺计算 3、 浮阀塔主要工艺尺寸的确定 4、 塔盘设计 5、 流体力学条件校核、作负荷性能图 6、 主要辅助设备的选型 四、设计说明书内容 1 目录 2 概述(精馏基本原理) 3 工艺计算 4 结构计算 5 附属装置评价 6 参考文献 7 对设计自我评价 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主 1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏(即三塔加回收塔) (1) 单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇,由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少,而且二甲醚的含量几十倍地降低,因此在取消化学净化的同时,可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行,即单塔流程,就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离,很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程(见图1.1)为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入,轻组分由塔顶排出,高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出,水从塔底排出,产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔,甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100万吨/年以下,仅仅能提供简单的过程,所以设备和投资较低。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的 大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部之间进行。这种形式节省大约30%~40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置，加压塔塔底的甲醇、高沸组分、 滨州学院 课程设计任务书 一、课题名称 甲醇——水分离过程板式精馏塔设计 二、课题条件（原始数据） 原料：甲醇、水溶液 处理量：3200Kg/h 原料组成：33%（甲醇的质量分率） 料液初温：20℃ 操作压力、回流比、单板压降：自选 进料状态：冷液体进料 塔顶产品浓度：98%（质量分率） 塔底釜液含甲醇含量不高于1%（质量分率） 塔顶：全凝器 塔釜：饱和蒸汽间接加热 塔板形式：筛板 生产时间：300天/年，每天24h运行 冷却水温度：20℃ 设备形式：筛板塔 厂址：滨州市 三、设计内容 1、设计方案的选定 2、精馏塔的物料衡算 3、塔板数的确定 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数） 5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6、塔板主要工艺尺寸的计算 7、塔板的流体力学验算 8、塔板负荷性能图（精馏段） 9、换热器设计 10、馏塔接管尺寸计算 11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸） 12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸） 13、撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容 ⑴课程设计任务书 ⑵课程设计成绩评定表 ⑶中英文摘要 ⑷目录 ⑸设计计算与说明 ⑹设计结果汇总 ⑺小结 ⑻参考文献 14、有关物性数据可查相关手册 15、注意事项 ⑴写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源 ⑵每项设计结束后列出计算结果明细表 ⑶设计最终需装订成册上交 四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 1、设计动员，下达设计任务书0.5天 2、收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天 3、初步确定设计方案及设计计算内容5-6天 4、绘制总装置图2-3天 5、整理设计资料，撰写设计说明书2天 6、设计小结及答辩1天 设计条件如下： 操作压力：105.325 Kpa（绝对压力） 进料热状况：泡点进料 回流比：自定 单板压降：≤0.7 Kpa 塔底加热蒸气压力：0.5M Kpa（表压） 全塔效率：E T=47% 建厂地址：武汉 [ 设计计算] （一）设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇- 水混合物。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，其余部分经产品冷却后送至储罐。 该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2 倍。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量：M A=32 Kg/Kmol 水的摩尔质量：M B=18 Kg/Kmol x F=32.4% x D=99.47% x W=0.28% 2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/Kmol M D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol M W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol 3、物料衡算 3 原料处理量：F=（3.61*10 3）/22.54=160.21 Kmol/h 总物料衡算：160.21=D+W 甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28% 得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h （三）塔板数的确定 1、理论板层数M T 的求取 甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数 ①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y 图（附表） ②求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e（0.324 ，0.324）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交战坐标为（x q=0.324,y q=0.675） 故最小回流比为R min= （x D- y q）/（ y q - x q）=0.91 取最小回流比为：R=2R min=2*0.91=1.82 ③求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=（R+1）D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h 甲醇合成塔的设计 The manuscript was revised on the evening of 2021 甲醇合成塔的设计 Design of carbinol Synthetic Tower 摘要：本文针对设备DN3400甲醇合成塔的设计要点进行了详细论述。详细介绍了大直径不带法兰的立式列管固定床甲醇合成塔材料和加热方式的选择，以及各主要部件结构的设计特点。 Abstract: This text introduces the main point of designing de DN3400 carbinol synthetic tower, describes the section of material and heating method used to fabricate large diameter- non-flange, vertical pipe line carbinol synthetic tower. This text also explains the structure design character of the main components and parts. 关键词：甲醇合成塔；工作原理；结构设计特点 Key Words: Carbinol synthetic tower working theory structure design character 1．引言 甲醇工业始20世纪初，到20世纪60年代，甲醇工业取得重大进展。1966年英国ICI公司首先推出了低压甲醇合成工艺—ICI工艺，此为低压法生产甲醇的开端。所有中、低压法甲醇装置工艺过程类似，在压力为~、温度205℃~275℃操作。各种工艺的主要区别在于反应器的设计、反应热的移走及回收利用方式的不同，另外，所用的催化剂亦有差异。 国内低压甲醇装置建设始于20世纪70年代，最早引进的是ICI公司的冷激型低压甲醇合成塔装置，数量不多。某公司年产50万吨甲醇合成装置采用华东理工大学“绝热—管壳外冷复合式反应器”专利技术，我公司设计、制造的甲醇合成塔是此项目的关键设备，其建成投产后，运行状况一 直良好，对兖矿高硫煤能够得到充分有效利用， 减少资源浪费，使煤炭行业向高附加值—化工方 向转化等方面，具有重要意义。现将该设备的主 要设计过程进行简单的介绍。 2．甲醇合成塔的工作原理 新鲜气在离心式透平压缩机内加压至(A),与循 环气以1：5比例混合（入塔气），经过与出塔 气换热并升温至230℃后，从顶部的入口进入甲 醇合成塔，经过装填一定粒径的(Cu-Zn-AL)催化 剂在换热管内，在催化剂的作用下，CO、CO2加 氢合成甲醇，反应热传给壳程的沸腾水，产生蒸 《化工原理课程设计》报告 一、概述...................................................................................................................................... - 4 - 1.1 设计依据....................................................................................................................... - 4 - 1.2 技术来源....................................................................................................................... - 4 - 1.3设计任务及要求........................................................................................................... - 4 - 二、计算过程.............................................................................................................................. - 5 - 2. 1 设计方案.................................................................................................................... - 5 - 2.2 塔型选择....................................................................................................................... - 5 - 2.3工艺流程简介................................................................................................................ - 5 - 2.4 操作条件的确定........................................................................................................... - 6 - 2.41 操作压力............................................................................................................. - 6 - 2.4.2 进料状态............................................................................................................ - 6 - 2.4.3 热能利用............................................................................................................ - 6 - 2.5 有关的工艺计算........................................................................................................... - 6 - 2.5.1精馏塔的物料衡算...................................................................错误!未定义书签。 2.5.2物料衡算............................................................................................................. - 7 - 2.6 塔板数的确定............................................................................................................... - 7 - 2.6.1 理论板层数NT的求取 .................................................................................... - 7 - 2.6.2 实际板层数的求取............................................................................................ - 8 - 2.7精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算............................................................... - 8 - 2.7.1操作压力的计算................................................................................................. - 8 - 2.7.2操作温度的计算(详见附录一（1）) ................................................................ - 9 - 2.7.3 平均摩尔质量的计算........................................................................................ - 9 - 2.7.4 平均密度的计算................................................................................................ - 9 - 2.7.5液相平均表面力的计算................................................................................... - 11 - 2.7.6 液体平均粘度的计算...................................................................................... - 11 - 2.8 精馏塔的塔底工艺尺寸计算..................................................................................... - 12 - 2.8.1塔径的计算....................................................................................................... - 12 - 2.8.2 精馏塔有效高度的计算.................................................................................. - 13 - 2.9 塔板主要工艺尺寸的计算......................................................................................... - 14 - 2.9.1溢流装置的计算............................................................................................... - 14 - 2.9.2 塔板布置.......................................................................................................... - 15 - 2.10 筛板的流体力学验算............................................................................................... - 16 - 2.10.1 塔板压降........................................................................................................ - 16 - 2.10.2 液面落差........................................................................................................ - 18 - 2.10.3 液沫夹带........................................................................................................ - 18 - 2.10.4 漏液................................................................................................................ - 18 - 2.10.5 液泛................................................................................................................ - 18 - 2.11 塔板负荷性能图....................................................................................................... - 19 - 2.11.1液漏线............................................................................................................. - 19 - 2.11.2液沫夹带线..................................................................................................... - 20 - 2.11.3液相负荷下限线............................................................................................. - 20 - 2.11.4液相负荷上限线............................................................................................. - 21 - 2.11.5液泛线............................................................................................................. - 21 - 甲醇-水分离过程板式精馏塔的设计 1.设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇和水混合物。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冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。塔釜采用间接蒸汽加热①。 2.精馏塔的物料衡算 2.1.原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量M A=32.04kg/kmol 水的摩尔质量M B=18.02 kg/kmol x F= 0.46/32.04 0.324 0.46/32.040.54/18.02 = + x D= 0.95/32.04 0.914 0.95/32.040.05/18.02 = + x W= 0.03/32.04 0.0171 0.03/32.040.97/18.02 = + 2.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F=0.324*32.04(10.324)*18.0222.56 +-=kg/kmol M D=0.914*32.04(10.914)*18.0230.83 -=kg/kmol M W=0.0171*32.04(10.0171)*18.0218.26 +-=kg/kmol 2.3.物料衡算 原料处理量F= 30000*1000 184.7 24*300*22.56 =kmol/h 总物料衡算184.7=D+W 甲醇物料衡算184.7*0.324=0.914D+0.0171W 联立解得D=63.21 kmol/h W=121.49 kmol/h 3.塔板数的确定 3.1.理论塔板层数N T的求取 3.1.1.由手册查的甲醇-水物系的气液平衡数据 甲醇合成塔设 计说明书 目录 第一章：设计方案的确定与说明- 3 一、设计方案的确定 (3) 二、方案说明 (3) 第二章：设计计算与校核 (4) 一、工艺计算 (4) 二、主要接管尺寸计算 (6) 三、合成塔的总体结构 (7) 第三章：设计计算结果 (9) 第一章：设计方案的确定与说明- 一、设计方案的确定 传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③I.C.I四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔 三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。 单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。 Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。 综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi式合成塔作为甲醇合成的设备。 二、方案说明 Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。 一、甲醇－水板式精馏塔设计条件 （1）生产能力：3万吨/年，年开工300天 （2）进料组成：甲醇含量65%（质量分数） （3）采用间接蒸汽加热并且加热蒸汽压力：0.3MPa （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）塔底轻组分的浓度≤1%（本设计取0.01） （7）塔顶压强常压 （8）单板压降≤0.7Kpa （9）冷却水进口温度25℃ (10)填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 二、设计的方案介绍 1、工业流程概述 工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异，其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先，总是以蒸馏的方法在蒸馏塔的顶部，脱出较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质和甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或侧脱除水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。其次，根据精甲醇对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助办法。 常规甲醇精制流程可以分为两大部分，第一部分是预精馏部分，另一部分是主精馏部分。预精馏部分除了对粗甲醇进行萃取精馏脱出某些烷烃的作用之外，另外的还可以脱出二甲醚，和其它轻组分有机杂质。其底部的出料被加到主塔的中间入料板上，主塔顶部出粗甲醇，底部出废液，下部侧线出杂醇。 2、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 3、精馏塔加热与冷却介质的确定 在实际加热中，由于饱和水蒸气冷凝的时候传热的膜系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确控制加热温度。水蒸气容易获取，环保清洁不产生环境污染，并且不容易使管道腐蚀，成本降低。因此，本设计是以133.3℃总压是300 kpa的饱和水蒸汽作为加热介质。 冷却介质一般有水和空气。在选择冷却介质的过程中，要因地制宜充分考虑。以茂名市地处亚热带为例，夏天室外平均气温28℃。因此，计算选用28℃的冷却水，选择升温10℃，即冷却水的出口温度为38℃。 4、塔顶的回流方式 对于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安装在比精熘塔略高的地方，液体依靠自身的重力回流。但是必须保证冷凝器内有一定持液量，或加入液封装置防止塔顶汽相逃逸至化工原理甲醇—水连续填料精馏塔
甲醇合成塔入塔人员安全规定
填料精馏塔设计示例
化工原理课程设计,甲醇和水的分离精馏塔的设计
甲醇水筛板精馏塔课程设计
低压甲醇合成塔流程
甲醇-水溶液连续精馏塔课程设计91604
甲醇精馏的方法
甲醇-水分离过程板式精馏塔设计
甲醇精馏塔设计说明书
甲醇合成塔的设计
甲醇-水精馏塔设计报告
甲醇-水精馏课程设计—化工原理课程设计
甲醇合成塔设计说明书
化工原理甲醇-水板式精馏塔设计