最新分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计化工原理课程设计

分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计化工原理课程设计课程设计设计题目分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计学生姓名学号专业班级化工工艺10-04 指导教师2013年7月25日合肥工业大学课程设计任务书目录甲醇—水浮阀塔精馏工艺 0摘要： 0第一章 绪论 (2)1.1精馏原理及其在化工生产上的应用 (2)1.2精馏塔对塔设备的要求 (2)1.3塔板的类型与选择 (2)1.4塔设备的选择因素 (3)第二章 流程的确定和说明 (4)2.1设计思路 (4)2.2设计流程 (4)2.3工艺流程图 (5)第三章 塔的工艺设计 (6)3.1工艺计算 (6)3.1.1料液及塔顶，塔底产品含甲醇摩尔分数 (6)3.1.2 物系说明 (7)3.1.3 回流比、塔板数及进料板 (8)3.1.4 各物理性质的计算 (19)3.1.5全塔效率及实际塔板数 (21)3.2塔和塔板主要工艺尺寸计算 (22)3.2.1塔径 (22)3.3塔板布置和其余结构尺寸的选取 (24)3.3.1 溢流装置的确定 (24)3.3.2 弓形降液管的宽度d W 与降液管的面积f A (26)3.3.3降液管底隙高度 (27)3.3.4 安定区与边缘区的确定 (27)3.3.5 鼓泡区间阀孔数的确定以及排列 (28)3.4塔板流体力学计算 (30)3.4.1 气相通过浮阀塔板的压降 (30)3.4.2 淹塔 (32)3.4.3 雾沫夹带 (32)3.5 塔板负荷性能图 (35)3.5.1雾沫夹带线 (35)3.5.2液泛线 (36)3.5.3 漏液线 (38)3.5.4液相负荷下限 (38)3.5.5液相负荷上限 (38)3.6塔板布置与附属设备的计算 (39)3.6.1进料管 (39)3.6.2回流管 (40)3.6.3塔釜出料管 (40)3.6.4再沸器蒸汽进口管 (40)3.6.5塔釜蒸汽进气管 (41)3.6.6简体与封头 (41)3.6.7除沫器 (42)3.6.8裙座 (42)3.6.9吊柱 (42)3.6.10法兰 (43)3.7塔总体高度的设计 (43)3.7.1塔总高（不包括群座） (43)3.7.2有效高度 (44)3.8附属设备的设计 (44)3.8.1 塔顶全凝器的计算及选型 (44)3.8.2塔底再沸器面积的计算及选型 (48)3.8.3预热器模拟 (49)3.8.4离心泵的选择 (51)3.9机械设备设计 (54)3.9.1质量载荷 (54)3.9.2风载荷和风弯矩 (55)3.9.3塔体的强度及轴向应力计算 (56)a.塔底危险截面（1-1）的各项轴向应力计算 (56)b,塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性验算 (56)3.9.4裙座的强度及稳定性的验算 (56)3.9.5水压试验时塔的强度和稳定性验算 (57)1)水压试验时塔体1-1截面的强度条件 (57)3.9.6裙座基础环设计 (57)3.9.7地脚螺栓强度设计 (58)3.10 Aspen全流程模拟 (58)3.10.1流程绘制 (58)3.10.2参数设置 (59)3.10.3模拟结果查 (60)第四章总结 (63)4.1 心得体会 (63)通过这次课程设计使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。

通过这次对精馏塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。

在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。

(63)4.2主要符号说明 (64)4.3参考文献 (66)甲醇—水浮阀塔精馏工艺摘要：本设计是将甲醇-水混合物采用精馏的方法分离进行提纯或回收有用组分。

本设计是以浮阀塔为精馏设备分离甲醇—水混合溶液。

首先确定了总体的设计方案和工艺流程图，之后利用Aspen 求出回流比 1.29和理论塔板数26块，模拟预热器，泵，确定蒸汽的参量。

然后对塔和塔板的工艺尺寸进行计算,确定了塔高为39.57m，塔径 2.2m。

对塔的流体力学进行验证后，符合筛板塔的操作性能。

经过对塔设备的强度计算，壁厚5mm，满足设计要求。

并进行了塔设备图及车间布置图的绘制。

关键词:甲醇，精馏、浮阀塔、aspen模拟、核算Abstract:This design aims to methanol-water mixture used to carry on the purification method distillation separation or recycled useful components. Thisdesign uses a tower for the distillation equipment to separate methanol-water mixture. First make sure the overall design and process flow diagram,using Aspen work out after the reflux ratio of 1.29 and theoretical towerplate number 26 pieces, and then the tower and the tower of the plate size calculation process, determine the high tower for 39.57 m, 2.2m diametertower. To verify the tower of fluid mechanics, accord with screen panel of thetower of operation performance. After the tower equipment strength calculation,wall thickness 5 mm, meet the design requirements. And the tower equipment diagram and the drawing of workshop layout.Keywords:M ethanol, Distillation, Distillation Tray, Aspen imitate, Check computation甲醇——水筛板塔精馏工艺设计第一章绪论1.1精馏原理及其在化工生产上的应用生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。

对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的B物质，而残液是沸点高的A物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。

精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。

精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。

1.2精馏塔对塔设备的要求设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。

常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下：一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。

二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。

三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。

四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。

五：结构简单，造价低，安装检修方便。

六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。

1.3塔板的类型与选择1.3.1泡罩塔板泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要元件为升气管及泡罩。

泡罩安装在升气管的顶部，分圆形与条形两种。

国内应用较多的是圆形泡罩。

泡罩尺寸分为80mm、100mm、150mm三种，可根据塔径的大小来选择，通常塔径小于1000mm，选用80mm的泡罩；塔径大于2000mm，选用150mm的泡罩。

泡罩塔板的优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料。

其缺点是结构复杂，造价高；板塔液层厚，塔板压降大，生产能力及塔板效率较低。

1.3.2浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。

其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。

气流从浮阀周边水平得进入塔板上液层，浮阀可以根据气流流量的大小而上下浮动，自行调节。

浮阀的类型很多，国内常用的有F1型V-4型及T型等，其中F1型浮阀应用最为普遍。

浮阀塔板的优点是结构简单、操作方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高，其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。

1.3.3筛孔塔板筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。

根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为3~8mm）和大孔径筛板（孔径为10~25mm）两类。

工业上一小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。

筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。

其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理粘度大的、易结焦的物料。

尽管筛板传质效率高，但若操作和设计不当，易产生漏液，湿的操作弹性减小，传质效率下降。

1.4塔设备的选择因素塔的选择因素很多，主要有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。

精馏的设计包括设计方案的选定、主要工艺计算、绘制负荷性能图等。

理论塔板数精馏段23块，提馏段3块。

本设计选用了浮阀塔。

选择泡点进料的原因：在供热量一定的情况下，热量应尽可能从塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用。

为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料。

加热方式的选择：采用间接蒸汽加热，设置再沸器。

回流比的选择：主要从经济观点出发。

第二章流程的确定和说明2.1设计思路首先，甲醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。

因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。

气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入甲醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。