甲醇精馏塔的设计
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。
甲醇精馏塔的设计及技术改造
甲醇精馏塔的设计及技术改造姓名：摘要：甲醇精馏塔是精馏工段中的关键设备，对产品的质量和产量的稳定性起着决定的作用。
精馏塔主要有2个作用，1将甲醇组分与水和重组分分离，得到精甲醇产品。
2将水分分离出来，并尽量降低其他有机杂质的含量，排出系统外。
本文将介绍塔器的产生、发展过程，塔器的几种类型，综合比较二塔跟三塔的各自优缺点，对甲醇精馏塔进行设计及改造，体现精馏技术在节能方面的意义，使甲醇的生产往节能高效的方向更加好的发展。
关键词：甲醇精馏塔、精馏塔、塔器1．塔器的简介塔器是在石油、化工、轻工等部门广泛应用的工艺设备，主要用来处理流体（气体或液体）之间的传热与传质，实现物料的净化和分离。
气-液之间的相际传质过程，如蒸馏、吸收、解吸、气提、增温等过程一般均在塔器中进行。
塔器的产生是与炼油、化工的发展相同步。
Cellier于1813年提出，最早的筛板塔产生于1832年，但只有进入20世纪，随着炼油工业的发展，才使塔器称为特有的一类传质设备而发展起来。
整个20世纪塔器技术得到不断发展和充实，塔器也始终保持了传质分离过程的首选设备。
自1904年起，填料塔用于原油蒸馏。
开始时，塔内充填碎瓦、砖块或石块作为“填料”，也有加设挡板来增进气液接触和传热、传质。
以后为提高气液接触的效果，产生了专门制作的填料，使填料塔得以更有效的应用。
1912年，筛板开始开始用于炼油工业。
1920泡罩塔引入炼油工业，此后在它们的基础上不断改进、创新，形成了各种不同型式的板式塔。
2．塔器的发展2.1塔器的发展与炼油、化学工业的发展密切相关，大致分为以下几个阶段：1）第二次世界大战结束前，炼油工业主要有泡罩塔，而无机化工（酸、碱工业）主要用直径较小的填料塔。
当时人们对筛板塔的认识是操作不稳定、弹性太小，只能用于分离要求不高的过程中，取其造价低、处理能力大的特点。
2）第二次世界大战后至20世纪50年代，随着人们对筛板塔的性能的研究和新了解，认为只要设计合理，筛板塔能够稳定操作，操作弹性也能满足要求，从而在生产中逐步推广使用。
甲醇-水分离板式精馏塔的设计资料
河西学院Hexi University化工原理课程设计题目: 甲醇-水板式分离精馏塔设计学院: 化学化工学院专业: 化学工程与工艺学号: 2014210036姓名: 张小宝指导教师: 冯敏2016 年11 月29日化工原理课程设计任务书一、设计题目甲醇-水分离板式精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量）5万吨/年操作周期每年300天，每天24小时运行进料组成含甲醇46% （质量分率，下同）塔顶产品组成甲醇含量不低于99.7%塔底产品组成甲醇含量不高于0.5%2.操作条件操作压力常压进料热状态自选塔底加热蒸汽压力0.3MPa(表压)单板压降≤0.7kPa3.设备型式筛板或浮阀塔板4.厂址张掖三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.塔的工艺计算3.主要设备工艺尺寸设计（1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4.辅助设备选型与计算5.设计结果汇总6.工艺流程图及精馏工艺条件图7.设计评述目录1 概述 (1)1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用..................................... (1)1.2 精馏塔对塔设备的要求 (1)1.3 常用板式塔类型及本设计的选型 (2)1.4 流程的确定和说明 (2)2 精馏塔的物料衡算 (2)2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2)2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (3)2.3 物料衡算 (3)3 塔板数的确定 (3)3.1 理论板层数N的求取 (3)T3.1.1 相对挥发度的求取 (3)3.1.2 求最小回流比及操作回流比 (4)3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 (5)3.1.4 求操作线方程 (5)3.1.5 采用图解法求理论板层数 (6)3.2 实际板层数的求取 (6)3.2.1 液相的平均粘度 (6)3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度 (7)3.2.3 全塔效率E T和实际塔板数 (7)4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7)4.1 操作压力的计算 (7)4.2 操作温度计算 (8)4.3 平均摩尔质量计算 (8)4.4 平均密度计算 (9)4.4.1 气相平均密度计算 (9)4.4.2 液相平均密度计算 (9)4.5 液体平均表面张力的计算 ........................................................................ 10 4.6液体平均粘度 (11)5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (11)5.1 塔径的计算 ................................................................................................ 11 5.2精馏塔有效高度的计算 (13)6 塔板主要工艺尺寸的计算 (13)6.1溢流装置计算 ............................................................................................ 13 6.1.1 堰长W l ............................................................................................ 13 6.1.2 溢流堰高度W h ............................................................................... 13 6.1.3 弓形降液管宽度d W 和截面积f A ................................................. 14 6.1.4 降液管底隙高度0h (15)6.2塔板布置 .................................................................................................... 15 6.2.1 塔板的分块 ..................................................................................... 15 6.2.2 边缘区宽度确定 ............................................................................. 15 6.2.3 开孔区面积计算 ............................................................................. 15 6.2.4筛孔计算及排列 (16)7 塔板的流体力学验算 (16)7.1塔板压降 .................................................................................................... 16 7.1.1 干板阻力c h 计算............................................................................. 16 7.1.2 气体通过液层的阻力1h 计算 ......................................................... 16 7.1.3 液体表面张力的阻力σh 计算 .. (17)7.2 液面落差 .................................................................................................... 17 7.3 液沫夹带 .................................................................................................... 17 7.4 漏液 ............................................................................................................ 18 7.5液泛 (18)8 塔板负荷性能图 (19)8.1漏液线 (20)8.2 液沫夹带线 (21)8.3 液相负荷下限线 (21)8.4 液相负荷上限线 (21)8.5 液泛线 (21)9 筛板塔设计计算结果 (24)10 精馏塔接管尺寸计算 (25)d (25)10.1 塔顶蒸汽出口管的直径V10.2 回流管的直径d (26)R10.3 进料管的直径d (26)Fd (26)10.4 塔底出料管的直径w11 辅助设备的计算及类型 (26)11.1 原料储存罐 (26)11.2 再沸器的选择 (27)11.3 冷凝器的选择 (27)11.4 除沫器 (28)11.5 裙座 (28)12 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (28)13 设计图纸 (28)14 参考文献 (29)甲醇-水精馏分离板式塔设计张小宝摘要：设计选用板式精馏塔作为分离设备采用连续精馏的方法分离甲醇-水混合液。
甲醇水精馏塔设计回流比确定
温差对数平均值 ℃
换热面积A m2 换热器2利用热蒸汽提供水再沸需要剩 余热量
取总的传热系数K W/（m2*℃）
逆流温差△T1℃ 逆流温差△T2 ℃
温差对数平均值 ℃
换热面积A m2 减压阀 热量衡算 塔顶液相温度/℃ 塔顶温度下甲醇Cp KJ/(Kg·℃) 塔顶温度下甲醇汽化热（KJ/Kg） 水的汽化热（KJ/Kg） 甲醇流出再沸器温度/℃ 甲醇降温放出热量Q（KJ/h）=部分甲 醇气化吸收热量Q'（KJ/h） 气化部分甲醇的质量流量（Kg/h） 在管程中使这部分气体液化，冷却水 进出冷凝器的温度分别是20℃、50℃ 冷却水进入冷凝器温度℃
沸点温度下水的汽化热（KJ/Kg） 甲醇的汽化热（KJ/Kg） 水再沸需要热量 水再沸需要热量=甲醇液化放出热量+ 甲醇降温放出热量+水蒸气放出热量 Q底=Q甲醇+Q'甲醇 甲醇气相上升量V（koml/h） 塔顶馏出液平均摩尔质量M （kg/kmol） 再沸器温度T0 塔底馏出液温度T 甲醇蒸气经热泵作用后温度Ti
换热器有关计算
取总的传热系数K W/（m2*℃） 逆流温差△T1℃ 逆流温差△T2 ℃ 温差对数平均值 ℃
换热面积A m2
塔顶换热器热量衡算 水蒸气放出热量Q=塔顶料液吸收热量 Q'
热蒸气进入换热器的温度T1 ℃
流出换热器的温度T2℃ 温差△T℃ 平均温度Tm℃ 水蒸气在Tm下的热容Cp KJ/(Kg·℃)
0.50 0.0622
68
泡点温度下甲醇密度ρ (kg/m3)
735.8499806
厚度∮（mm） 平衡方程 PV=nRT
其中R为 8.314
甲醇精馏塔化工原理课程设计
目录、前言............................1.精馏与塔设备简介.............2.体系介绍.....................3.筛板塔的特点.................4.设计要求: ..................... 、设计说明书......................1.设计单元操作方案简介.........2.筛板塔设计须知...............3.筛板塔的设计程序............. 、设计计算书......................1.设计参数的确定...............1.1 进料热状态 ...............1.2 加热方式 .................1.3回流比的选择 ............1.4塔顶冷凝水的选择 ........2.流程简介及流程图.............3.理论塔板数的计算与实际板数的确定3.1理论板数计算 ............3.2操作温度的计算 ..........3.3 热量衡算 .................3.4全塔效率的计算 ..........3.5实际板层数的确定 ........4.塔的工艺条件及物性数据计算...5.塔板主要工艺参数确定.........5.1 溢流装置 .................5.2 溢流堰长 .................5.3 出口堰高 .................5.4降液管的宽度与降液管的面积：5.5 降液管底隙高度ho：.......5.6塔板布置及筛孔数目与排列.6.筛板的力学检验...............6.1 塔板压降 .................6.2筛板塔液面落差 ..........6.3 液沫夹带 .................6.4漏液 ....................6.5液泛 ....................7.塔板负荷性能图...............7.1 雾沫夹带线 ...............7.2 液泛线 ...................7.3液相负荷上限线 ..........7.4液相负荷下限线 ..........7.5漏液线（气相负荷下限线）.3 3 34 45 5 56 6 6 6 67 7 78 810111112 12 17 17171818191920 20 22 222223 23232425 25 257.6 操作弹性 ...8. 辅助设备及零件设计8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 四、设计结果汇总1. 工艺计算 ..2. 辅助设备 .. 五、 设计感想. 六、 参考文献 . 七、 致谢塔顶冷凝器（列管式换热器） 釜式再沸器： ...... 原料预热器 ............. 管路设计 ............... 冷凝水泵 ...............2627 27 31 32 32 34 35 35 37 38 38 39、才 4 、， 刖言1. 精馏与塔设备简介蒸馏是分离液体混合物的一种方法， 依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异， （或沸点不同）来实现分离目的。
甲醇-水精馏塔的设计
甲醇-水分离板式精馏塔的设计（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微粒。
为使废甲醇溶媒重复利用，拟建立一套板式精馏塔，设计要求废甲醇溶媒的处理量为23000吨/年，以对废甲醇溶媒进行精馏。
得到含量》95% （质量分数）的甲醇溶媒。
塔底废水中甲醇含量w 3% （质量分数）。
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）塔板类型筛孔板四）工作日每年工作日为300天，每天24 小时连续运行五）设计内容1、设计说明书的内容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；5）塔板主要工艺尺寸的计算；6）塔板的流体力学验算；7）塔板负荷性能图；8）精馏塔接管尺寸计算；9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
2、设计图纸要求：1）绘制生产工艺流程图（A3 号图纸）；2）绘制精馏塔设计条件图（A3 号图纸）。
目录1 设计方案的确定 (1)2 精馏塔的物料衡算 (1)2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (1)2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (1)2.3 物料衡算 (1)3 塔板数的确定 (2)3.1 理论板层数N T 的求取 (2)3.1.1 相对挥发度的求取 (2)3.1.2 求最小回流比及操作回流比 (3)3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 (3)3.1.4 求操作线方程 (3)3.1.5 采用逐板法求理论板层数 (3)3.2 实际板层数的求取 (4)3.2.1 液相的平均粘度 (4)3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度 (5)3.2.3 全塔效率E T 和实际塔板数 (5)4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)4.1 操作压力的计算 (6)4.2 操作温度计算 (6)4.3 平均摩尔质量计算 (6)4.4 平均密度计算 (7)4.4.1 气相平均密度计算 (7)4.4.2 液相平均密度计算 (7)4.5 液体平均表面张力的计算 (7)4.6 液体平均粘度 (8)5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (8)5.1 塔径的计算 (8)5.2 精馏塔有效高度的计算 (9)6 塔板主要工艺尺寸的计算 (10)6.1 溢流装置计算 (10)6.1.1 堰长l W (10)6.1.2 溢流堰高度h W (10)6.1.3 弓形降液管宽度W d和截面积A f (10)6.1.4 降液管底隙高度h0 (11)6.2 塔板布置 (11)6.2.1 塔板的分块 (11)6.2.2 边缘区宽度确定 (11)6.2.3 开孔区面积计算 (11)6.2.4 筛孔计算及排列 (12)7 塔板的流体力学验算 (12)7.1 塔板压降 (12)7.1.1 干板阻力h e计算 (12)7.1.2 气体通过液层的阻力h i计算 (12)7.1.3 液体表面张力的阻力h 计算 (13)7.2 液面落差 (13)7.3 液沫夹带 (13)7.4 漏液 (14)7.5 液泛 (14)8 塔板负荷性能图 (15)8.1 漏液线 (15)8.2 液沫夹带线 (15)8.3 液相负荷下限线 (16)8.4 液相负荷上限线 (17)8.5 液泛线 (17)9 筛板塔设计计算结果 (19)10 精馏塔接管尺寸计算 (20)10.1 塔顶蒸气出口管的直径d V (20)10.2 回流管的直径d R (20)10.3 进料管的直径d F (20)10.4 塔底出料管的直径d W (21)11 对设计过程的评述和有关问题的讨论 (21)12 设计图纸 (21)13 参考文献 (22)14 主要符号说明 (22)1设计方案的确定本设计任务为分离甲醇-水混合物。
年产6万吨甲醇双塔精馏装置设计
设计内容
（1）单元操作流程设计 ①单元操作方案选择及论证。根据指定的设计任务，查阅相关的资料，对可用
的生产工艺进行比较，筛选出技术先进、经济合理、安全可靠的操作流程 。绘制出工艺流程简图，并对之进行详细说明。 ②物料及热量衡算计算。要求对过程中涉及到的物料平衡和能量平衡全部采用 手工计算，不得使用各种模拟软件（如Aspen等）； ③编制物料及热量平衡计算书； ④绘制物料流程图（PFD）。 （2）设备的工艺设计计算 ①过程中所出现的各种设备（包括管线）均采用手工进行工艺设计计算，不得 使用各种模拟软件（如Aspen等）获得结果，并编制详细的计算说明书； ②过程中的机、泵可作为标准设备出现，但要根据计算结果，进行选型说明； ③编制设备一览表。 （3）绘制工程图样 ①工艺流程简图一张； ②物料流程图（PFD）一张，要求对管道进行标注； ③主体设备装配图一张，其他附属设备使用条件图，不绘制3D效果图。
塔板数的确定
图解法求理论塔板层数 可求得结果为 总理论塔板数NT为14块(包括再沸器) 进料板位置NF为自塔顶数起第5块
理论板层数NT的求取 精馏段实际塔板数 7块 提馏段实际塔板数 17块
理论塔板数 块 14
精馏段实际塔 板数 块
7
实际塔板数 块 24
提馏段实际塔 板数 块
17
m3 / S
塔塔，径塔，板效率的计算
设计任务书
一、设计题目
拟建立一座板式精馏塔将生产过程中粗甲醇提浓精制，要求： 塔顶的甲醇含量不小于95%(质量分数)，塔底的甲醇含量不大于 0.5 %(质量分数) 。
原料液含甲醇质量分数为50%，原料液温度：常温，料液的 处理量为60000 吨/年，每年实际生产天数：300天。
二、操作条件
【说明书】甲醇精馏塔设计说明书
【关键字】说明书设计条件如下：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：Kpa(表压)全塔效率：ET=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：MA=/Kmol 水的摩尔质量：MB=/KmolxF=32.4%xD=99.47%xW=0.28%2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF= 32.4%*32+67.6%*18=/KmolMD= 99.47*32+0.53%*18=/KmolMW= 0.28%*32+99.72%*18=/Kmol3、物料衡算原料处理量：F=(3.61*103)/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MT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(xq=0.324,yq=0.675)故最小回流比为Rmin= (xD- yq)/( yq - xq)=0.91取最小回流比为：R=2Rmin=2*0.91=1.82③求精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/hV=(R+1)D=2.82*51.88=146.30 Kmol/hL′=L+F=94.42+160.21=254.63 Kmol/hV′=V=146.30 Kmol/h④精馏段操作线方程为：y =(L/V)x + (D/V)xD =(99.42/146.30)x+(51.88/146.30)*99.47%=0.6454x+0.3527提馏段操作线方程为：y′=(L′/V′)x′ + (W/V′)xW=(254.63/146.30) x′-(108.33/146.30)*0.28%=1.7405 x′-0.0021⑤图解法求理论板层数采用图解法求理论板层数(附图)，求解结果为：总理论板层数：NT=13(包括再沸器)进料板位置：NF=10精馏段实际板层数：N精＝9/47%=20 N提＝4/47%=9(四)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算以精馏段为例进行计算1、塔顶操作压力：P D＝101.3 Kpa每层塔板压降：△P＝0.7 Kpa进料板压力：P F＝105.3+0.7*20＝119.3 Kpa精馏段平均压力：（105.3+119.3）/2＝112.3 Kpa2、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、水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：t D＝64.6℃进料板温度：t F＝76.3℃精馏段平均温度：t M＝70.45℃3、平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量计算：由x D=y1=0.9947,查y-x曲线（附表），得x1＝0.986M VDm=0.9947*32+(1-0.9947)*18=31.93M LDm=0.9860*32+(1-0.9860)*18=31.80进料板平均摩尔质量计算由图解理论板（附图），得y f=0.607 x F=0.229M VFm=0.607*32+(1-0.607)*18=26.50M LFm=0.229*32+(1-0.229)*18=21.21所以精馏段平均摩尔质量：M Vm=（31.93+26.50）/2=29.22M Lm= (31.80+21.21)/2=26.514、 平均密度计算 ⑴气相密度计算由理想气体状态方程计算，即 ⑵液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即 塔顶液相平均密度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得， 进料板液相平均密度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得， 进料板液相的质量分量 ⑶精馏段液相平均密度为： 5、 液体平均表面张力计算⑴液相平均表面张力依下式计算，即 塔顶液相平均表面张力的计算 由t D ＝64.6℃，查手册得⑵进料板液相平均表面张力的计算 由t F ＝76.3℃，查手册得 ⑶精馏段液相平均表面张力为： 6、 平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算，即∑=iiL x m μμlg lg⑴塔顶液相平均粘度的计算 由t D ＝64.6℃ 查手册得， ⑵进料板液相平均粘度的计算 由t F ＝76.3℃ 查手册得 ⑶精馏段液相平均表面张力为（五）精馏塔的塔体工艺尺寸计算1、 塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为：取板间距H T ＝0.4m ，板上液层高度h L =0.06m ，则H T -h L =0.40-0.06＝0.34m 查史密斯关联图得，C 20＝0.074 取安全系数为0.7，则空塔气速为按标准塔径圆整后，为D=1.0m 塔截面积为22785.04m D A T ==π实际空塔气速为u=1.033/0.785=1.316s m / 2、 精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为Z 精＝（N 精－1）H T ＝（20-1）*0.4＝7.6m 提馏段有效高度为Z 提＝（N 提－1）H T ＝（9-1）*0.4＝3.2m 在进料板上方开2人孔，其高度为0.8m故精馏塔有效高度为Z ＝N 精+N 提+0.8*2＝12.4m（六）塔板主要工艺尺寸的计算1、 溢流装置计算因塔径D ＝1.0m ，可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘，各项计算如下：⑴塔长l W =0.66D=0.66m⑵溢流堰高度h W 由h W ＝h L -h OW选用平直堰，堰上液层高度h OW 近似取E ＝1，则取板上清液层高度h L ＝60mm故m h w 33310*07.5210*93.710*60---=-=⑶弓形降液管宽度W d 和截面积A f由l w /D=0.66,查图得 A f /A T =0.0722 W d /D=0.124 验算液体在降液管中停留时间 故降液管设计合理⑷降液管底隙高度h 0 故降液管底隙设计合理选用凹形受液盘，深度wh '=50mm 2、 塔板布置⑴塔板的分块因D ≥800mm ，故塔板采用分块式，且分为3块⑵边缘区宽度确定取m W m W W C S S 035.0065.0=='= ⑶开孔面积A a⑷筛孔计算及其排列本例所处理的物系无腐蚀性，可选用δ＝3mm 碳钢板，取筛孔直径d 0=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t 为 t ＝3d 0＝15 mm筛孔数目n 为个2731015.0532.0*155.1155.122===t A n a 开孔率为%1.10)015.0005.0*907.0)907.0220==（（＝t d ϕ气体通过阀孔的气速为（七）筛板的液体力学验算1、 塔板压降⑴干板阻力h c 计算 干板阻力 )()(051.0200LVc C u h ρρ= 由d 0/δ＝3/5=1.667, 得C 0＝0.772 故液注0448.0)81215.1()772.023.19(051.02==c h ⑵气体通过液层的阻力h l 计算 h l ＝βh L查图得，β=0.59故液柱m h h h h ow w L l 0354.0)10*93.710*07.52(59.0)(33=+=+==--ββ⑶液体表面张力的阻力σh 计算液体表面张力所产生的阻力σh 由下式计算 气体通过每层塔板的液柱高度h P 可按下式计算，即 h P =h c +h l +h σh P =0.0448+0.0354+0.00359=0.084m 液柱 气体通过每层塔板的压降为设计允许值）(7.045.66781.9*812*084.0h P p KPa g L <===∆ρ2、 液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且本例的塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。
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《化工设备设计基础》课程设计
题目：甲醇精馏塔的设计
年级：2011级
专业：化学工程与工艺
学号：0116
姓名：高鑫政
指导老师：徐琼
湖南师范大学树达学院
2014 年6 月4 日《化工设备机械基础》课程设计成绩评定栏
设计任务：甲醇精馏塔的设计
完成人：高鑫政学号：0116
评定基元评审要素评审内涵满分评分
设计说明书，
40% 格式规范
设计说明书是否符合
规定的格式要求
10 内容完整
设计说明书是否包含
所有规定的内容
10 设计方案
选材是否合理标准件
选型是否符合要求
10
工艺计算
过程
工艺计算过程是否正
确、完整和规范
10
设计图纸，
30%
图纸规范
图纸是否符合规范、标
注清晰
10 与设计吻合
图纸是否与设计计算
的结果完全一致
15
图纸质量设计图纸的整体质量
的全面评价
5
答辩成绩，
30%
PPT质量
PPT画面清晰，重点突
出
10 内容表述答辩表述是否清楚10 回答问题回答问题是否正确10
100 评阅人签名：总分：
评分说明：储罐设计作品的总分=（设计说明书成绩+设计图纸成绩）*0.9+答辩成绩
塔设备设计作品的总分=设计说明书成绩+设计图纸成绩+答辩成绩
设计任务书(十六)
题目：甲醇精馏塔的设计
设计内容：
根据给定的工艺参数设计一筛板塔，具体包括塔体、裙座材料的选择；塔体及封头的壁厚计算及其强度、稳定性校核、筒体和裙座的水压试验应力校核、裙座结构设计及强度校核；塔设备的结构设计；基础环、地脚螺栓计算等
已知工艺参数：
塔体内径/mm 2000 塔高/mm 31000 计算压力/MPa 1.2 设计温度/o C 200 设置地区长沙地震设防烈度8
场地土类Ⅱ类设计地震
分组第二组设计基本地震
加速度
0.2g
地面粗糙度B类塔盘数52 塔盘存留介质100
高度/mm
塔盘间距/mm 450 介质密度塔釜存留介质
高度/mm
100
半圆形平台数平台高度
/mm 1000 半圆形平台宽
度/mm
800
保温材料密度/Kg/m3315 保温层厚
度/mm
100 人孔间距/m 5
再沸器操作质量/Kg 3800 再沸器偏
心距/mm
2000 介质腐蚀性
设计要求：
（1）计算单位一律采用国际单位，计算过程及说明应清楚；
（2）所有标准件均要标记或代号；
（3）对设计内容汇总，按规定的格式编写《设计说明书》；
（4）设计说明书有封面、目录、封底，目录有序号、内容、页码；
（5）设计说明书中数据与装配图中的数据一致；
（6）装配图采用A1号图纸手工绘制。