甲醇—水分离过程填料精馏塔塔设计
甲醇—水分离过程填料精馏塔设计
甲醇—水分离过程填料精馏塔设计1.设计方案的确定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。
甲醇常压下的沸点为64.7℃，故可采用常压操作。
用30℃的循环水进行冷凝。
塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。
因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。
甲醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中，设计中选用金属环矩鞍DN50填料。
2.精馏塔的物料衡算2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量： M甲=32.04kg/kmol水的摩尔质量: M水=18.02kg/kmolXF=(0.46/32.04)/[0.46/32.04+0.54/18.02]=0.324XD=(0.997/32.04)/[0.997/32.04+0.003/18.02]=0.995XW=(0.005/32.04)/(0.005/32.04+0.995/18.02)=0.00282.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.324*32.04+(1-0.324)*18.02=22.56kg /kmolMD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kg/kmolMW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kg/kmol2.3物料衡算原料处理：qn,F=3000/22.56=132.98 kmol/h总物料衡算: 30.728=qn,D +qn,W甲醇物料衡算: 132.98*0.324=0.995 qn,D +0.0028qn,W解得: qn,D =43.05kmol/h qn,W=89.93kmol/h3塔板数的确定3.1甲醇-水属理想物系,故可用图解法求理论板层数.3.1.1由以知的甲醇-水物系的气液平衡数据,绘出x-y图.3.1.2求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比:在x-y 图中对角线上，自点e （0.324,0.324）作垂线即为进料线.该线与平衡线的交点坐标: y =0.682 x =0.324 故最小回流比; R min=(x D –y q )/(y q –x q )=(0.995-0.682)/(0.682-0.324)=0.87. 取操作回流比:R=1.743.1.3求精馏塔的气液相负荷q n,L =R* q n,D =1.74*43.05=74.91kmol/hq n,V =(R+1)* q n,D =2.74*43.05=117.96kmol/h q 、n,L= q n,L +q n,F =74.91+132.98=207.89 kmol/h q 、n,V = q n,V =117.96 kmol/h 3.1.4操作线方程 精馏段：y===0.635x+0.363提馏段：y ’===1.762-0.00213.1.5采用图解法求理论求解结果为：总理论板数: N T =11 进料位置为: N F =7 3.2全塔效率E绘出甲醇-水的气液平衡数据作t-x/y 图,查得:塔顶温度: t=64.6℃ 塔平均温度:t=82.0℃塔釜温度: t=99.3℃ 精馏段平均温度:t=70.75℃ 进料温度: t=76.8℃ 提馏段平均温度:t=88.05℃ 82.0℃下进料液相平均粘度:查手册有:μ甲=0.272mpas, μ水=0.3478mpas ，x 甲=0.192 y 甲=0.565μ=X μ甲+(1-X) μ水=0.324*0.272+(1-0.324)*0.3478=0.323mpasα===5.47=0.49=0.49=0.433.3实际塔板数的求取精馏段实际板层数: N=N/=6/0.43=13.95≈14块提留段实际板层数: N =N/=5/0.43=11.63≈12块.4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算4.1平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量:X=Y=0.995. 查平衡曲线(X-Y图)得:X=0.98 MVD=0.995*32.04+(1-0.995)*18.02=31.97kmol/hMLD=0.98*32.04+(1-0.98)*18.02=31.76kmol/h 进料板层平均摩尔质量:查X-Y图得: YF =0.578 XF=0.196MVF=0.578*32.04+(1-0.578)*18.02=26.12kmol/hMLF=0.196*32.04+(1-0.196)*18.02=20.77kmol/h 塔底平均摩尔质量:XW =0.0028. YW=0.013MVW=0.013*32.04+(1-0.013)*18.02=18.20 kmol/hMLW=0.0028*32.04+(1-0.0028)*18.02=18.06kmol/h 精馏段平均摩尔质量:MVJ=(+)/2=(31.97+26.12)/2=29.05 kmol/hMLJ=(+)/2=(31.76+20.77)/2=26.27 kmol/h提馏段平均摩尔质量:M’VJ=(+)/2=(26.12+18.20)/2=22.16 kmol/hM’LJ=(+)/2=(20.77+18.06)/2=19.41kmol/h4.2平均密度计算(1).气相平均密度:由气液平衡图求得蒸汽平均温度：tJ = 70.75℃，tT=88.05℃故得精馏段的蒸汽密度：ρY，J =M T，J /22.4*[T0 /（T0 +t J）] =1.063kg/m3提留段的蒸汽密度：Y，T =MT，T/22.4*[T/（T+tT）] =0.748kg/m3(2).液相平均密度计算: 液相平均密度依下列式计算:1/lm=∑i/i塔顶液相平均密度计算:由t=64.6℃查手册得:甲醇=747.24kg/m -3水=980.66 kg/m 3lDm=1/[(0.997/747.24)+(0.003/980.66)]=747.77 kg/m 3进料板液相平均密度:由t=76.8℃,查手册得: 甲醇=736.88kg/m -3水=974.98kg/m 3进料板液相的质量分数：甲醇=0.196*32.04/[(0.196/32.04)+(0.804/18.02)]=0.302lFm=1/[(0.302/736.88)+(0.698/974.98)]=888.30 kg/m 3塔底液相的平均密度：查手册得在99.3℃时水的密度为：甲醇=712.9kg/m -3水=958.88 kg/m 3=1/[(0.005/712.9)+(0.995/958.88)]=957.23kg/m 3精馏段液相平均密度为:lJ=(747.77+888.30)/2=818.04 kg/m 3提留段液相平均密度：lT=（888.30+957.23）/2=922.77 kg/m 34.3液体平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算: δ=∑x i /δi塔顶液相平均表面张力的计算:由t=64.6℃查手册得: δ甲醇=18.2 mN/m δ水 =65.345 mN/m δlDm =0.995*18.2+0.005*65.345=18.44 mN/m进料板液相表面张力的计算:由t=76.8℃查手册得: δ甲醇=17.3mN/m δ水=63.144 mN/mδlFm=0.122*17.3+0.818*63.144=54.16 mN/m 塔釜液体的表面张力接近水的表面张力，由t= 99.3℃查手册得：δ甲醇=12.878mN/m δ水=58.933 mN/mδlWm=0.0028*12.878+0.9972*58.933=58.80 mN/m 精馏段液相平均表面张力为:δlT=(18.44+54.16)/2=36.3 mN/m提留段液体平均表面张力为：δlT=(54.16+58.80)/2=56.48 mN/m4.4液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算,即:lgμm =∑xilgμi塔顶液相平均粘度的计算:由t=64.6℃查手册得：μ甲醇=0.330 mpas μ水=0.448 mpaslgμlDm=0.995*lg0.33+0.005*lg0.448解出：μlDm=0.3305 mpas进料板液相平均粘度的计算：由t=76.8℃查手册得：μ甲醇=0.286 mpas μ水=0.329 mpaslgμlFm=0.196*lg(0.286)+0.804*lg(0.329)解出：μlDm=0.3587 mpas塔釜液相平均粘度的计算：由t=99.3℃查手册得：μ甲醇=0.2295mpas μ水=0.2861mpaslgμlWm=0.0028*lg(0.2295)+0.9972*lg(0.2861)解出：μlDm=0.2859 mpas精馏段液相平均粘度为：μlJ=(0.3587+0.3305)/2=0.3346 mpas提留段液相平均粘度为：μlT=(0.3587+0.2859)/2=0.3223 mpas5精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.1 塔径的计算5.1.1精馏段塔径计算WL=74.91*26.27=1967.89 kg/hWV=117.96*29.05=3426.74 kg/h精馏段气、液混合物的平均体积流量：= ==0.924m3/s= ==0.000668m3/s贝恩—霍根关联式=A-K=0.06225-1.75*解得：=5.36 m/s取=0.7=3.752 m/sD==0.56m圆整为0.6m此时==3.27m/s泛点速率校核：==0.61 在允许范围内5.1.2.提留段塔径计算计算方法同精馏段,计算结果为:uF=5.72m/sD=0.542 m圆整塔径,取 D=0.60m.泛点率校核：u==3.44m/su/ uF=(3.44/5.72)=0.60 (在允许范围内) 填料规格校核： D/d =600/50=12 >8液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为: (lw )m=0.08 m3 / m2h查附录五得：at=74.9m3 /m2 .h.u min =(lw)m* at=0.08*74.9=5.992 m3 / m2hu=3600*0.000668/(0.785*0.6*0.6)=8.51m3 / m2h >5.992 m3 / m2h 5.2填料层高度计算Z=HETP*NT.Lg(HETP)=h-1.292lnδl +1.47lnμl查表有: h=7.0653.精馏段填料层高度为：HETP=0.862m Z景=6*0.862=5.172 mZ′精=1.25*5.172=6.465 m提留段填料层高度为：HETP=0.442mZ提=5*0.442=2.21 mZ′提=1.25*2.21=2.76 m设计取精馏段填料层高度为6.5m,提留段填料层高度为3m.对于环矩鞍填料, 要求h/D=8～15. hmax≤6m.取h/D=12, 则 h=12*600=7.2 m.不需要分段。
甲醇-水分离精馏塔设计 完整版
u －空塔气速 m/s u0－气体通过筛孔的速度 ,m/s uo,min－漏液点气速， m/s tF－ 进料板温度℃ tD－塔顶 温度℃ tW－塔底 温度℃ tm－平均 温度℃ W－釜残液流量 kmol/h wc －边缘区宽度 m wd －弓形降液管的宽度 m ws －破沫区宽度 m x －液相中易挥发组分的摩尔分率 y －气相中易挥发组分的摩尔分率 Z －塔高 m
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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 水的摩尔质量
xF
M甲醇 32kg / kmol M水 18kg / kmol
0.46 / 32 =0.324 0.46 / 32 0.54 / 18 0.98 / 32 xD =0.965 0.98 / 32 0.02 / 18 0.005 / 32 xW =0.00282 0.005 / 32 0.995 / 18
2、 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF 0.324 32 (1 0.324) 18 22.54kg / kmol
MD 0.965 32 (1 0.965) 18 31.51kg / kmol MW 0.00282 32 (1 0.00282) 18 18.04kg / kmol
1 0.4 4.04 0.4(1 0.729)
2
3
4
则
0.9194 (1 0.8741) 1.643 0.8741 (1 0.9194)来自 m
1 2 3
4
4
4.65
相平衡方程为；
y x/ 1 ( 1x )
甲醇与水填料精馏塔的设计任务书
食品工程原理课程设计说明书甲醇、水填料精f留塔的设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计任务书 (3)二、设计方案简介 (3)三、工艺计算 (5)1.基础物性数据 (5)(1)液相物性的数据 (5)(2)气相物性数据 (5)(3)......................................................................................................................... 气液相平衡数据.. (5)(4)......................................................................................................................... 物料衡算62.填料塔的工艺尺寸的计算 (7)(1)塔径的计算 (7)(2)填料层高度计算 (9)(3)填料塔附属高度及总高计算 (11)(4)填料层压降计算 (11)(5)液体分布器简要设计 (12)(6)吸收塔接管尺寸计算 (13)四、设计一览表 (13)五、主要符号说明 (14)六、参考文献 (15)七、附图 ..............................................................食品工程原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔第一章流程的确定和说明一、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，可以节省一笔动力费用。
但由于多了高位槽，建设费用相应增加，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。
甲醇-水分离过程填料精馏塔设计课程设计说明书
实用标准文案化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇-水分离过程填料精馏塔设计姓名： ***班级：***学号： ***指导老师：***设计时间：***甲醇-水分离过程填料精馏塔设计摘要精馏是借助回流技术来实现高纯度和高回收率的分离操作，在抗生素药物生产中，需要甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，然后对甲醇溶媒进行精馏。
操作一般在塔设备中进行，塔设备分为两种，板式塔和填料塔。
填料塔结构简单、装置灵活、压降小、持液量少、生产能力大、分离效率高、耐腐蚀，且易于处理易气泡、易热敏、易结垢物系等优点，同时也有投资费用较高、填料易堵塞等缺点。
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及性能稳定的特点。
因此，填料塔已被推广到大型气液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。
从设备设计的角度看，不论板式塔还是填料塔，基本上由塔体、内件、裙座、和附件构成。
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。
但国内在这方面的研究则较少, 如何设计规整填料蒸馏塔已成为一个重要的课题, 它对自行设计, 改进现有设备生产状况都较为重要。
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。
关键词：甲醇-水；精馏；填料塔；设备设计前言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。
填料塔是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备，主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成，用于吸收、蒸馏和萃取，也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。
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。
填料塔的应用始于19世纪中叶，起初在空塔中填充碎石、砖块和焦炭等块状物，以增强气液两相间的传质。
1914年德国人F.拉西[1]首先采用高度与直径相等的陶瓷环填料（现称拉西环）推动了填料塔的发展。
甲醇-水分离过程填料精馏塔设计
甲醇-水分离过程填料精馏塔设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：化工原理课程设计起止时间2010年12月27日～2011年1月7日题目甲醇—水分离过程填料精馏塔设计学院名称核资源与核燃料工程学院学生姓名林江平班级核化082 指导教师肖志海职称副教授院长谭凯旋2010年12月27日甲醇—水分离过程填料精馏塔设计目录一,设计任务。
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.3二，中英文摘要。
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4三，前言。
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(5)四，设计方案的确定.。
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.6五，设计计算。
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..8 1，精馏塔的物料衡算。
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(8)2,塔板数的确定.。
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83，精馏塔的工艺条件及物性数据的计算。
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.104，精馏塔的塔体工艺尺寸计算.。
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115,填料层压降计。
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.13 6，设计一览表...。
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13六，设计过程心得.....。
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14七，参考文献.。
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.16一设计任务书1．处理量:8000 （吨/年）2. 料液浓度：45％ (wt％）3．产品浓度：98% （wt％）4．易挥发组分回收率：99.5%5．每年实际生产时间:7200小时/年6．操作条件1) 塔顶压力： 4KPa（表压）2）进料热状况:饱和液体进料3）回流比： 44）塔底加热蒸汽压力： 0。
化工课程设计甲醇-水分离过程填料精馏塔设计.
天津农学院化工原理课程设计任务书设计题目：甲醇-水分离过程填料精馏塔设计系别：食品科学系专业：食品科学与工程学生姓名: XXX 学号: XXXXXXXXXXXXXX 指导教师: XXXXXXX化工原理课程设计任书一、设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶媒，其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体颗粒。
为使废甲醇溶媒重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精馏，得到含水量1%的甲醇溶媒。
设计要求废甲醇的处理量为14215吨/年，塔底废水中甲醇含量为1%。
二、操作条件(1操作压力常压。
(2进料热状态自选。
(3回流比自选。
(4塔底加热蒸气压力 0.3MPa(表压。
三、塔板类型筛板或浮阀塔板（F1型）。
四、工作日每年工作300天，每天24小时连续运行。
五、厂址天津地区。
六、设计内容(1精馏塔的物料衡算； (2塔板数的确定；(3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (4精馏塔的塔体工艺尺寸计算；七、设计计算 1、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加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
本设计使用的是浮阀塔，浮阀塔有生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压降及液面落差小和抗腐蚀性较高等优点。
甲醇具有腐蚀性，所以浮阀塔适合本设计的要求。
工艺流程草图：图1甲醇-水分离工艺流程草图1 精馏塔的物料衡算1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 AM =32.04kg/kmol 水的摩尔质量BM=18.02kg/kmol324. 002. 18/54. 004. 32/46. 004. 32/46. 0=+=F x 982. 002. 18/01. 004. 32/99. 004. 32/99. 0=+=D x 0056. 002. 18/99. 004. 32/01. 004. 32/01. 0=+=W x1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量(kg/kmol56. 2202. 18324. 0104. 32324. 0=⨯-+⨯=F M (kg/kmol 79. 3102. 18982. 0104. 32982. 0=⨯-+⨯=D M (kg/kmol10. 1802. 180056. 0104. 320056. 0=⨯-+⨯=W M1.3 物料衡算原料处理量51. 8756. 222430014215000=⨯⨯=F kmol/h总物料衡算 87.51=D+W 甲醇物料衡算WD ⨯+⨯=⨯0056. 0982. 0324. 051. 87联立解得 D=28.54kmol/h W=58.97kmol/h 2 塔板数的确定 2.1 理论板层数T N 的求取 2.1.1 相对挥发度的求取由1( 1(A A A A y x y x --=α，再根据表1数据可得到不同温度下的挥发度，见表2表1温度/℃ xy温度/℃ xy1000.000.0075.30.40 0.72 9 96.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.779 93.5 0.04 0.234 71.2 0.60 0.825 91.2 0.06 0.304 69.30.70 0.87 89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.91 5 87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.95 8 84.4 0.15 0.51765.00.950.97981.7 0.20 0.579 64.51.001.0078.0 0.300.665表2温度/℃挥发度温度/℃挥发度 96.4 7.582 78 4.632 93.5 7.332 75.3 4.035 91.2 6.843 73.13.525 89.36.61071.23.14387.76.46469.32.86884.4 6.066 67.6 2.691 81.7 5.501662.534所以4.45α==2.1.2 求最小回流比及操作回流比泡点进料：324 . 0==F sx x由q 线与平衡线的交点e （x e ，y e ）作图可得：00.20.40.60.810.20.40.60.81图2 甲醇-水的y-x 相图在上图中我们可以得到q 线与平衡线的交点为e （x e ，y e ）=（0.324，0.681）故最小回流比为m in R =D e e ex y y x --==--324. 0681. 0681. 0982. 00.843取操作回流比为R=2m inR =2⨯0.843=1.6862.1.3 求精馏塔的气、液相负荷=⨯==5. 28686. 1RD L 40.051kmol/h=⨯=+=5. 28686. 2 1(D R V 76.551kmol/h=+=F L L '40.051+87.5=127.551kmol/h==V V '76.551kmol/h2.1.4 求操作线方程精馏段操作线方程为：1n y +=1R R +nx +1D x R +=686. 2686. 1nx +686. 2982. 0=0.63nx +0.366（a ）提馏段操作线方程：=⨯-=-=+0056. 0551. 7659551. 76551. 127''' 1' m w m m x x vw x VL y1.666mx -0.0043 （b ）2.1.5 采用逐板法求理论板层数由 1(1 q qqx y x αα=+- 得yyx 1(--=αα将α=4.45 代入得相平衡方程yy yyx 45. 345. 4 1(-=--=αα （c ）联立（a ）、（b ）、（c ）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。
甲醇--水分离填料精馏
甲醇--水分离填料精馏课程设计课程名称：化工原理课程设计设计题目：甲醇-水分离过程填料精馏塔设计院系：化学工程学院学生姓名：张雪晗学号：0121020390229专业班级：化工1002班指导教师：史彬2013 年01 月12 日甲醇-水分离过程填料精馏塔设计目录前言 (3)1设计方案的确定 (3)2精馏塔的物料衡算 (4)2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (4)2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)2.3物料衡算 (5)3塔板数的确定 (5)3.1解析法求理论板层数 (6)3.2全塔效率E (7)3.3实际塔板数的求取 (9)4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (9)4.1工艺条件 (9)4.2平均摩尔质量 (9)4.3平均密度计算 (10)4.4液体平均表面张力计算 (11)4.5液体平均粘度计算 (12)5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (12)5.1 塔径的计算 (12)5.2填料层高度计算 (14)6填料层压降计算 (14)7附属设备及主要附件的选型计算 (14)7.1，塔顶出料口管径的计算 (14)7.2,回流管径的计算 (15)7.3, 进料口的管径的计算 (15)7.4塔釜出料口的管径的计算 (15)7.5筒体厚度 (15)7.6 封头 (17)7.7冷凝器 (17)7.8加热器 (17)8小结 (17)9全章主要符号说明 (19)前言填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀淋洒于填料层上，继而沿填料表面缓慢下流。
气体自塔下部进入，穿过栅板沿着填料间隙上升。
这样,气液两相沿着塔高在填料表面与填料自由空间连续逆流接触，进行传质和传热。
甲醇-水属于难分离物系，选用填料精馏塔的分离效率较高，容易满足生产要求。
1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，一般采用连续精馏流程。
精馏是分离液体混合物最常用的一种操作，它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。
甲醇-水填料精馏塔的课程设计
摘要：填料塔为连续接触式的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。
本文以甲醇-水的混合液为研究对象，因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，所以此设计采用常压精馏。
根据物料性质、操作条件等因素选择填料塔，此设计采用泡点进料、塔底再沸器和塔顶回流的方式，将甲醇—水进行分离的填料精馏塔。
通过甲醇—水的相关数据，对全塔进行了物料衡算和热料衡算，得出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系，进而得到精馏塔的理论板数。
分析了进料、塔顶、塔底、提馏段、精馏段的流量及其物性参数。
对精馏段和提留段的塔径及填料层高度进行了计算，以确定塔的结构尺寸。
对塔内管径、液体分布器、筒体壁厚进行了选型计算，从而得到分离甲醇—水混合物液的填料精馏塔。
关键词：填料塔；流量；回流比；理论板数；工艺尺寸第一章：设计任务书 (1)一、设计题目 (1)二、操作条件 (1)三、填料类型 (1)四、设计内容 (2)第二章：工艺设计计算 (2)一、设计方案的确定 (2)二、精馏塔的物料衡算 (3)三、理论塔板数的确定 (3)四、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (8)五、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 (10)六、填料层压降的计算 (13)七、筒体壁厚的计算 (14)八、管径的计算 (14)九、液体分布器简要设计 (16)第三章：结论 (18)一、设计感想 (18)二、全章主要主要符号说明 (19)三、参考资料： (20)第一章：设计任务书一、设计题目在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶液，其组成为含甲醇46%、水54%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。
为使废甲醇溶液重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇溶媒进行精馏得到含水量≤0.3%（质量分数）的甲醇溶媒。
设计要求废甲醇溶媒的处理量为4t/h,塔底废水中甲醇含量≤0.5%（质量分数）。
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重庆大学课程设计报告课程设计题目：甲醇—水分离过程填料精馏塔塔设计学院：化学化工学院专业：制药工程01班年级： 2008级姓名： XXX 学号： XXXX 完成时间： 2016年7月6日成绩：平时成绩（20%）：图纸成绩（40%）：报告成绩（40%）：指导老师：***1、设计简要1.1 设计任务及概述在抗生素类药物生产中，需要甲醇溶液洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶液，其组成为含甲醇50%、水50%（质量分数），另含有少量的药物固体微粒。
为使废甲醇溶液重复利用，拟建一套填料精馏塔，对废甲醇进行精馏，得到含水量≦0.3%（质量分数）的甲醇溶液。
设计要求废甲醇溶液处理量为日产3吨，塔底废水中甲醇含量≦0.5%（质量分数）。
操作条件：(1) 常压；(2) 拉西环，填料规格。
1.2 设计方案填料塔简介填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。
填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。
材质有木材、轻金属或强化塑料等。
填料塔的基本组成单元有：①：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。
虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视;②：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。
为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差异对操作性能的影响）；③：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。
塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）;④：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。
液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）；⑤：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）；⑥：气液进出口。
塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率，并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。
与此同时，塔的设计必须符合由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。
1.3 填料精馏塔流程图2、设计所需基本数据本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。
表1甲醇~水溶液体系的平衡数据（101.3KaP）液相中甲醇的含量(摩尔分数) 汽相中甲醇的含量(摩尔分数)液相中甲醇的含量(摩尔分数)汽相中甲醇的含量(摩尔分数)0.0531 0.2834 0.2909 0.6801 0.0767 0.4001 0.3333 0.6918 0.0926 0.4353 0.3513 0.7347 0.1257 0.4831 0.4620 0.7756 0.1315 0.5455 0.5292 0.7971 0.1674 0.5585 0.5937 0.8183 0.1818 0.5775 0.6849 0.8492 0.2083 0.6273 0.7701 0.8962 0.2319 0.6485 0.8741 0.9194 0.2818 0.6775表2 瓷拉西环的结构特性参数②（乱堆）②因为需要处理的废甲醇溶液中另含有少量的药物固体微粒，为了便于清洗，所以采用乱堆填料表3 甲醇的物理性质温度℃汽化热密度热容表面张力粘度卡/克分子克/厘米3卡/克分子﹒℃达因/厘米厘泊0 9514 0.8252 17.96 24.50 0.799 10 9367 0.8151 18.52 23.28 0.677 20 9213 0.8048 18.93 22.07 0.580 30 9050 0.7943 19.39 20.86 0.503 40 8880 0.7835 19.90 19.67 0.439 50 8702 0.7725 20.46 18.50 0.387 60 8516 0.7611 21.09 17.33 0.344 70 8321 0.7494 21.77 16.18 0.307 80 8116 0.7374 22.52 15.04 0.277 90 7903 0.7249 23.33 13.91 0.250 100 7679 0.7120 24.20 12.80 0.228表4 水的物理性质注意：1克分子= 1 摩尔 1卡=4.187焦耳 1达因=10-5牛顿 1厘泊=1毫帕·秒3、设计计算计算之前进行对物性数据的查询，部分物性数据列于表1、表2、表3、表4中，其它数据见参考资料与互联网上资源。
4、物料衡算4.1 工艺物料计算甲醇的摩尔质量： M 甲醇=32.04kg/kmol 水的摩尔质量: M 水=18.02kg/kmol原料液中轻组分（甲醇）质量分数为ωF =0.50，其摩尔分率//1-/F F F F M x M M =+甲醇甲醇水ωω（ω）=0.5032.040.5032.040.5018.02+=0.3600塔顶轻组分（甲醇）质量分数为ωD ==0.997ω甲醇，其摩尔分率/0.997/32.04===0.9947//0.997/32.040.003/18.02D M x x M M =++甲醇甲醇甲醇甲醇甲醇水水ωωω塔底轻组分（甲醇）质量分数为ωD =甲醇ω=0.005，其摩尔分率/0.005/32.04===0.0028//0.005/32.040.995/18.02W M x x M M =++甲醇甲醇甲醇甲醇甲醇水水ωωω4.2 原料液的平均摩尔质量M F =0.3600×32.04+(1-0.3600) ×18.02=23.067kg /kmol4.3 物料的衡算废甲醇溶液的处理量为日产3吨原料处理：F= 3000/23.067/24=5.419 Kmol/h F= D+W F *X F =D *X D +W* X W 把已知数据带入上式，得 5.419=D+W5.419*0.3600=D*0.9947+W*0.0028 解得: D=1.951kmol/h W=3.468kmol/h5、热量衡算 5.1 求相对挥发度Log Po = A － B ／（t + C ）当P=101.325 KPa （常压P=760mmHg ）时水的沸点为99.87℃，甲醇的沸点为64.75℃。
log =P 甲醇1473.117.87863- 2.88164.75230.0=+=760.3a P KP甲醇 log 01750.286=8.10765- 2.26864.75+235.0P =水P 水=185.4mmHgα顶=P P 甲醇水=4.1同理可求的α底=3.4+ 4.1+3.4===3.7522ααα顶底5.2回流比R平衡线方程为： y=x a x a *)1(1*-+ =3.75*1 2.75xx+泡点进料 q=1 , q x =0.3600F x = 3.75*0.36000.67841 2.75*0.3600q y ==+最小回流比R min ：min 1min R R += e D e D x x y x --= 0.99470.67840.49830.99470.3600-=- ∴min 0.9932R =(此处操作回流比取最小回流比的2倍) ∴min 2 1.986R R ==5.3精馏塔的气液相负荷精馏段 L RD = (1)V R D =+ 提馏段 L L qF =+ V L W =-5.4 操作线方程精馏段操作线方程为：1n y + =RR+1*n x +1+R X D =0.665n x +0.333提馏段操作线方程为：1n y +=(1)(1)RD qF R D q F ++--*n x -(1)(1)w F Dx R D q F-+--=1.5950.0017n x - 5.5 平衡线方程*1(1)*x y x αα=+- ∴ 3.751 2.75xy x=+5.6采用逐板计算法求理论塔板数平衡线方程： 3.751 2.75xy x=+ ①式操作线方程：精馏段 10.6650.333n n y x +=+ ②式 精馏段 1 1.5950.0017n n y x +=- ③式 ∵泡点进料 q=1 , q x =0.3600F x =解析过程如下：Ⅰ 第一块塔板上升蒸汽组成：y 1 = X D =0.9947 从第一块塔板上下降的液体组成由 式①求取：x 1 = 113.75 2.75y y -=0.9804Ⅱ 由②式得：y 2 =0.665×0.9804+0.333 = 0.9850 由①式得：x 2=0.9460同理可求得： y 3 =0.9621 x 3 =0.8713 y 4 = 0.9124 x 4 =0.7353y 5 =0.8220 x 5=0.5519 y 6 =0.7000 x 6=0.3836 y 7=0.5881 x 7=0.2758∵x 7<0.3600 ∴第8块板上升的气相组成由③式计算：y 8 =1.595 ×0.2758－0.0017=0.4382 x 8=0.1722 y 9=0.2730 x 9 =0.0910 y 10 =0.1434 x 1 0=0.0427 y 11=0.0664 x 11 =0.0186 y 12 =0.0280 x 12=0.0076130.0104y = 130.00279x =<W x故所需总理论板数位13块，第7块板加料，精馏段需6块板。
5.7 塔顶产品产量、釜液量、及加热蒸汽量的计算每天开车24小时计，进料量为： F= 3000/23.067/24=5.419 Kmol/h由全塔的物料衡算方程可得（设加热蒸汽量为0V ，直接蒸汽加热）：000f D WF V D WV y Fx Dx Wx W L L qF RD qF+=++=+==+=+可知1,00==q y ，代入数据解得：0 1.9359.2625.778D kmol h W kmol h V kmol h===且 1.986 1.935 3.843L RD kmol h ==⨯= (1) 5.778V R D kmol h =+=5.8全凝器冷凝介质的消耗量塔顶全凝器的热负荷：(1)()C VD LD Q R D I I =+- 可以查得1266/,253.9/VD LD I kJ kg I kJ kg ==，所以：(1.9861) 1.93531.97(1266253.9)186955C Q kJ h =+⨯⨯⨯-=取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25℃和35℃则平均温度下的比热 4.174/pc c kJ kg C =⋅º，于是冷凝水用量可求：211869554479() 4.174(3525)C C pc Q W kg h C t t ===-⨯-6、主体设备的计算 6.1 塔径的计算 6.1.1填料层高度的计算选填料层的的直径为25mm ，所以HETP=0.46m 所以0.4613 5.98T Z HETP N =⋅=⨯=取安全系数1.2，则填料层的设计高度 1.27.18Z Z m '=⋅=6.1.2 温度的计算由温度组成图，得：塔底温度W t =99.87C 0塔顶温度D t =64.75C 0 进料口温度F t = 81.00C 0 塔底、顶温度平均值t =82.310C温度组成图6.1.3泛点气速的计算计算泛点气速采用埃克特泛点气速关联图法，先求得横坐标： 5.0)(LV V L G G X ρρ=然后查埃克特泛点气速关联图得对应的纵坐标，有：2.022.02L LV L L V V g u g G Y μρϕφρμρρϕφ==根据纵坐标的计算式可以求出泛点气速u ，再根据DVD π4=就可求出塔径。