甲醇-水精馏塔设计全凝器
甲醇_水精馏塔设计报告
《化工原理课程设计》报告一、概述................................................................. - 5 -1.1 设计依据......................................................... - 5 -1.2 技术来源......................................................... - 5 -1.3设计任务及要求................................................... - 5 -二、计算过程............................................................. - 6 -2. 1 设计方案....................................................... - 6 -2.2 塔型选择......................................................... - 6 -2.3工艺流程简介..................................................... - 6 -2.4 操作条件的确定................................................... - 7 -2.41 操作压力.................................................... - 7 -2.4.2 进料状态................................................... - 7 -2.4.3 热能利用................................................... - 7 -2.5 有关的工艺计算................................................... - 7 -2.5.1精馏塔的物料衡算............................... 错误!未定义书签。
甲醇-水精馏课程设计—化工原理课程设计
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/kmolx F=0.46/32.040.324 0.46/32.040.54/18.02=+x D=0.95/32.040.914 0.95/32.040.05/18.02=+x W=0.03/32.040.0171 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*1000184.724*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/hW=121.49 kmol/h3.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温度饱和蒸汽压（甲醇）kPa 饱和蒸汽压（水）kPa 64.5 101.3 25.00370 125.1458 31.15775 150.8157 38.54480 180.667 47.34385 215.19957.80890 254.946970.09595 300.48384.513100 352.4169101.3由上数据可绘出x-y图和t-x(y)图。
甲醇—水分离过程填料精馏塔塔设计
课程设计题目：甲醇—水分离过程填料精馏塔塔设计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。
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 )
甲醇水溶液精馏塔工艺的设计
摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。
无色、透明、高度挥发、易燃液体。
略有酒精气味。
分子式C-H4-O。
近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。
甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。
由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。
甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。
目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化, 总体的趋势是走高。
随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料—甲醇的价格还会稳步提高。
国又有一批甲醇项目在筹建。
这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法是至关重要的。
本计为分离甲醇－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。
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，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，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。
泡点进料物料衡算关键字：精馏目录1精馏塔的物料衡算 (2)1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 21.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 21.3物料衡算 3 2塔板数确定............................ .2.1理论板层数N T的求取 (3)2.1.1求最小回流比及操作回流比 32.1.2求精馏塔的气、液相负荷........ 错误! 未定义书签。
2.1.3求操作线方程 42.2实际板层数的求取............. 错误! 未定义书签。
甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计
化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计设计者：专业：化学工程和工艺学号：指导老师：2013 年12 月27 日目录一前言---------------------------------------------------------4二.工艺流程确定和说明------------------------------------------5三.工艺计算和主体设备设计--------------------------------------61.工艺条件----------------------------------------------------62.汽液平衡关系及平衡数据--------------------------------------63.塔的物料衡算------------------------------------------------7 4．物料性质计算----------------------------------------------105.气液负荷计算-----------------------------------------------156.塔和塔板主要工艺尺寸计算-----------------------------------16四.配套设备选型-----------------------------------------------191.换热器-----------------------------------------------------192.储槽计算---------------------------------------------------213.接管的选型-------------------------------------------------224.泵---------------------------------------------------------245.温度计-----------------------------------------------------266.压力计-----------------------------------------------------267.液位计-----------------------------------------------------268.流量计-----------------------------------------------------269.设备一览表-------------------------------------------------27五.选用符号说明-----------------------------------------------28六.参考文献---------------------------------------------------29七.后记-------------------------------------------------------29八.附录(工艺流程简图)-----------------------------------------30 一.前言甲醇,又名木醇,分子式为CH3OH,分子量:32.04.本品为有特殊气味的易挥发、易燃烧的液体.有毒,人饮后能致盲.比重0.791（20℃）,沸点64.50℃,能和水和多数有机溶剂混溶.三.工艺计算及主体设备设计1．工艺条件系统进料：25ºC处理量：15,000吨/年进料浓度：20%（质量）处理要求：塔顶浓度≧98%（质量）塔底浓度≦0.2%（质量）塔顶压强：109.5kPa（绝压）塔釜压强：115kPa塔顶冷凝全凝器.塔底再沸器间壁加热.进塔物料状态：泡点进料冷却水温：28ºC加热蒸汽：0.2 Mpa年工作：7200小时年工作日：300天,连续操作2．汽液平衡关系及平衡数据温度t/℃液相中甲醇摩尔分数x A汽相中甲醇摩尔分数y A100 0.0 0.0 96.4 0.02 0.134 93.5 0.04 0.23491.2 0.06 0.304 89.3 0.08 0.365 87.7 0.10 0.418 84.4 0.15 0.517 81.7 0.20 0.579 78.0 0.30 0.665 75.3 0.40 0.729 73.1 0.50 0.779 71.2 0.60 0.825 69.3 0.70 0.870 67.6 0.80 0.915 66.0 0.90 0.958 65.0 0.95 0.979 64.5 1.0 1.0 表1：甲醇－水汽液平衡数据Tx/y C E图2:甲醇-水体系t-x-y相平衡曲线图3.塔的物料衡算3.1由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率：()()/0.20/32.040.1233/1/0.20/32.0410.20/18.02F A F F A F B a M x a M a M ===+-+-()()/0.98/32.040.9650/1/0.98/32.0410.98/18.02D A D D A D B a M x a M a M ===+-+-()()/0.002/32.040.001126/1/0.002/32.0410.002/18.02W A W W A W B a M x a M a M ===+-+-3.2.全塔物料衡算 F=平均分子量总生产时间年处理量1⨯15000100017200606032.040.123318.020.8767s ⨯=⨯⨯⨯⨯+⨯ =29.3s mol /则有：F D W F D W D W 29.3Fx Dx Wx 0.9650D 0.001126W 29.30.1233=++=⎧⎧⎨⎨=+⨯+⨯=⨯⎩⎩ 解得 W=25.58s mol / D=3.71s mol / 3.3求解R Min ,R,N Min ,N T采用图解法求解最小理论塔板数,作图(a)图解法求解最小理论塔板数-全图(b)图解法求解最小理论塔板数-局部放大图图3:图解法求解最小理论板数由图读知Nmin=6.9-1=5.9原料泡点进料,故x q=x F=0.1233,从图可知y q=0.4653,故有：D q Min q q 0.96500.46531.41680.46530.1126x y R y x -=--==-对于指定的物系,R Min 只取决于分离要求,即设计型计算中达到一定分离程度所需回流比的最小值,实际操作回流比应大于最小回流比.但增大回流比,起初显著降底所需塔板层数,设备费用明显下降.再增加回流比,虽然塔板层数仍可继续减少,但下降的非常慢.和此同时,随着回流比的加大,塔内上升蒸气量也随之增加,致使塔径、塔板面积、再沸器、冷凝器等设备尺寸相应增大.因此,回流比增至某一数值时,设备费用和操作费用同时上升,回流比的采用原则是使设备费用和操作费用的总费用最小.通常,适宜回流比的数值范围为R=（1.1~2.0）R Min .本设计取R=1.4116 R Min =1.4116R Min =2所以精馏段操作线方程方程为1121×0.96501133n n D n R y x x x R R +=+=+++因为泡点进料,所以q 线方程为f x x ==0.1233 采用图解法求解理论塔板数(a)图解法求解理论塔板数-全图(b)图解法求解理论塔板数-局部放大图4:图解法求解理论塔板数由图可得,理论塔板数为N T =13.3-1=12.3 或采用吉利兰图(R-Rmin)/(R+1)=(2-1.4168)/3=0.1944在0.1到0.9范围内 X=(R-Rmin)/(R+1) Y=(N-Nmin)/(N+2)Y=0.545827-0.591422X+0.002743/X=0.445 Nmin=5.9N=12.2和图解法近似,证明计算无误. 4．物料性质计算 4.1平均温度m t 由安托尼方程;lg CT BA P +-=︒(︒P 5,10;Pa T ⨯,K )查表得: 表2:安托尼方程参数)1(D BD D AD D x P x P P -⋅︒+⋅︒=列方程式得0.965*Exp[11.9643-3626.55/(T-34.29)]+0.035*Exp[11.6834-3816.44/(T-46.13)=1.095由mathmatic 解得塔顶温度D t =67.2℃⋅︒=AW W P P (1)w BW w x P x +︒⋅-列方程式得0.001126*Exp[11.9643-3626.55/(T-34.29)]+0.998874*Exp[11.6834-3816.44/(T -46.13)]=1.15参数物种ABC甲醇 11.9673 3626.55 -34.29 水11.68343816.44-46.13由mathmatic 由解得塔釜温度W t =103.5℃F AF P P =︒⋅(1)F BF F x P x +︒⋅-列方程式得0.1123*Exp[11.9643-3626.55/(T-34.29)]+0.8877*Exp[11.6834-3816.44/(T-46.13)]=(1.095+1.15)*6.2/12.2 由mathmatic 解得进料温度F t =96℃(9667.2)/281.6t =+=精馏段℃(96103.5)/299.5t =+=提馏段℃4.2平均分子量 塔顶 x =0.917y =0.965M l =0.917*32.04+0.083*18.02=30.88kg/kmol M v =0.965*32.04+0.035*18.02=31.55kg/kmol进料板 x =0.1233y =0.0986M l =0.1233*32.04+0.8767*18.02=19.75kg/kmol M v =0.0986*32.04+0.9014*19.02=20.30kg/kmol塔釜 x =0.000282 y =0.001126M l =18.02kg/mol M v =18.02kg/mol精馏段 x =(0.1233+0.917)/2=0.520y =(0.0986+0.9650)/2=0.531M l =0.520*32.04+0.480*18.02=25.31kg/kmol M v =0.531*32.04+0.469*18.02=25.46kg/kmol提馏段 x =0.061y =0.049M l =0.061*32.04+0.939*18.02=18.88kg/kmol M v =0.049*32.04+0.951*18.02=18.71kg/kmol4.3平均液相密度 塔顶0.98D a = 进料板0.2F a = 塔釜0.002a = 精馏段0.59a = 提馏段0.101a =查得81.6℃下甲醇3744/kg m ρ= 水3970.8/kg m ρ= 由1ABLm LA LBa a ρρρ=+10.5910.59744970.5Lmρ-=+ 得： 精馏段液体平均密度Lm ρ＝823kg/m 3查得99.5℃下甲醇3716/A Kg m ρ= 水3958.4/B Kg m ρ= 由10.10110.101716958.4LFmρ-=+ 得: 提馏段液体平均密度LFm ρ＝927kg/m 3 4.4塔的压力塔顶的压力：109.5 kPa塔釜的压力：101.3kPa+13.7kPa=115.0kPa 所以精馏塔的压力降为：D W P P P -=∆=5.5kPa 塔顶压力D P ＝109.5kPa,取每层塔板压力降P ∆＝5.512＝0.46kPa 精馏塔平均压强P=111.1kPa 提馏塔平均压强P=113.85kPa 4.5平均气相密度3m Vm Vm P M 111.125.460.976/RT 8.31475.5273.2kg m ρ⨯⨯（精馏）（精馏）（精馏）＝＝＝（精馏）（＋）3m Vm Vm P M 113.8518.71/RT 8.31493273.2kg m ρ⨯⨯（提馏）（提馏）（提馏）＝＝＝0.700（提馏）（＋）4.6液体粘度L A ALn T Bμ=- 查得A B 甲醇 555.30 260.64 水658.25283.16塔顶： 67.2℃时555.30555.300.499267.2273.15260.64LA Log μ=-=-+658.25658.250.390967.2273.15283.16LB Log μ=-=-+ln ln (1)ln LD A LA A LB x x μμμ⨯+-＝0.6094LD cp μ= 进料板： 96℃时 555.30555.300.626596273.15260.64LA Log μ=-=-+658.25658.250.541796273.15283.16LBLog μ=-=-+ ln ln (1)ln LF A LA A LB x x μμμ⨯+-＝0.5362LF cp μ= 塔釜： 103.5℃时 555.30555.300.6564103.5273.15260.64LA Log μ=-=-+658.25658.250.5772103.5273.15283.16LB Log μ=-=-+ln ln (1)ln LW A LA A LB x x μμμ⨯+-＝0.5202LW cp μ=精馏段平均液相粘度 0.53620.6094(0.5728cp 2Lm μ+精馏）＝＝提馏段平均液相粘度 0.53620.5202(0.5282cp 2Lm μ+精馏）＝＝4.7液体表面张力计算t=67.2℃,查甲醇表面张力16.0mN/m 水表面张力0.65mN/m, 塔顶液体表面张力160.9650.6530.03515.46/D mN m σ=⨯+⨯= t=81.6℃, 查甲醇表面张力17.2mN/m 水表面张力0.64mN/m, 进料板液体表面张力17.20.12330.640.8767 2.682/F mN m σ=⨯+⨯= t=103.5℃, 查甲醇表面张力14.6mN/m 水表面张力0.59mN/m, 进料板液体表面张力0.59/F mN m σ=精馏段液体表面张力15.46 2.689.07/2mN m σ+== 提馏段液体表面张力0.59 2.681.65/2mN m σ+==4.8塔的工艺条件和物料性质列表系统进料： 25ºC 处理量： 15000吨/年 进料浓度： 20%（质量）处理要求： 塔顶浓度≧98%（质量） 塔底浓度≦0.2%（质量） 塔顶冷凝 全凝器. 塔底再沸器 间壁加热. 进塔物料状态： 泡点进料 回流比： 2 冷却水温： 28ºC 加热蒸汽： 0.2 Mpa 年工作： 7200小时 年工作日：300天连续操作 表3：工艺条件列表物料性质 提馏段 精馏段 平均温度 81.6℃ 99.5℃ 平均液相分子量 18.88kg/kmol 25.31kg/kmol 平均气相分子量 18.71kg/kmol 25.46kg/kmol 平均液相密度 927kg/m 3 823kg/m 3 平均气相密度 0.700kg/m 3 0.976 kg/m 3 液体粘度0.5728cp0.5282cp液体表面张力 9.07mN/m 1.65mN/m 平均压力 111.1kPa 113.85kPa(a)物料性质 塔顶 进料 塔釜 平均温度 67.2℃96℃ 103.5℃ 平均液相分子量 30.88 kg/mol 19.75 kg/mol 18.02kg/mol 平均气相分子量 31.55 kg/mol 20.30 kg/mol 18.02 kg/mol 平均压力 109.5kPa 112.7kPa 115.0kPa 液体粘度 0.6094cp 0.5362cp 0.5202cp 液体表面张力15.46mN/m2.682mN/m 0.590mN/m(b)表4:物料性质列表5.气液负荷计算 5.1精馏段汽相负荷计算(1)(21) 3.7111.1/V L D R D mol s =+=+=+⨯=3(11.125.46100.283/V Vm W V M kg s -=⨯⨯⨯精馏）＝＝5.2精馏段液相负荷计算2 3.717.42/L RD mol s ==⨯＝3(7.4225.31100.188/L Lm W L M kg s -=⨯⨯⨯精馏）＝＝ 5.3提馏段汽相负荷计算'11.1/V V mol s =='3(11.118.71100.208/V Vm W V M kg s -=⨯⨯⨯提馏）＝＝5.4提馏段液相负荷计算 '36.57/L L F mol s =+=''3(36.5718.88100.690/L Lm W L M kg s -=⨯⨯⨯提馏）＝＝ 6.塔和塔板主要工艺尺寸计算 6.1填料选择甲醇－水不属于难分离系统,腐蚀性较小,采用金属阶梯环DN38填料,查表得填料因子=Φ160. 6.2塔径计算 6.2.1精馏段塔径计算横坐标0.50.50.1880.976()0.0230.283823V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 查埃克特通用关联图得 纵坐标20.2()0.205V F Lu g ρψμρΦ= L 974.5826.8ρψρ===水 1.179 20.2*160*1.1790.976()0.57280.2059.81823u =f u =3.169m/s对于不同填料,所采用的泛点率（操作空塔和泛点气速之比）不同.对于散装填料： U/U f =0.6~0.85 对于规整填料： U/U f =0.6~0.95因设计的填料塔采用的是散装填料,加压操作应取较高泛点率,故取泛点率为0.85即 u=0.85f u =2.693m/s Vs=nRT/P=11.1*8.3145*348.7/167500=0.1929m 3/s 440.19290.3022.693S V m u ππ⨯==⨯ 6.2.2提馏段塔径计算 横坐标0.50.5''0.6900.700()0.091''0.208927V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 纵坐标20.2()0.149V F Lu g ρψμρΦ=L 963.2 1.028937.0ρψρ===水 20.2*160*1.0280.700()0.52820.1499.81927.0u =f u =3.624m/su=0.85f u =3.080m/sVs=nRT/P=7.428*8.3145*348.7/167500=0.1286m 3/s 440.19290.2823.080S V m u ππ⨯==⨯ 6.2.3圆整计算圆整,取D=0.32m224'40.193' 2.400/3.140.32' 2.4000.7573.169'0.50.85S F FV u m s D u u u u π⨯===⨯==<< 6.3塔高H 计算等板高度法,取HETP ＝0.4m Z=HETP*N T =12.2*0.4=4.88m对于计算出的填料层高度,还应留出一定的安全系数.根据设计经验,填料层的设计高度一般为()Z Z 5.1~3.1=',取 1.385 6.759Z Z m '== 6.4压降P ∆的计算 6.4.1精馏段220.20.22.4160 1.1790.976()()0.57280.1189.81823V F L L u g ρψμρΦ⨯⨯=⨯⨯= 0.50.50.1880.976()0.0230.283823V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 查埃克特通用关联图得：1009.81/PPa m Z∆=⨯ (09.8170.554P Pa ∆⨯⨯⨯精馏）＝10＝3804.36.4.2提馏段220.20.22.4160 1.0280.700()()0.52820.0669.81927.0V F L L u g ρψμρΦ⨯⨯=⨯⨯= 0.50.5''0.6900.700()0.091''0.208927.0V L V L W W ρρ=⨯（）＝ 查埃克特通用关联图得：609.81/PPa m Z∆=⨯ (609.81 5.20.5541695.6P Pa ∆⨯⨯⨯提馏）＝＝6.4.3P P '∆∆与检验：'()()P P P ∆=∆+∆精馏提馏＝3804.3+1695.6=5499.9kPa'55005499.90.000020.055500P P P ∆-∆-==<∆所以假设成立,D ＝0.32m 6.5计算结果列表进料口F 塔顶D 塔釜W 进料量（mol/s ） 29.29 3.71 25.58 浓度（摩尔分率） 0.1233 0.9650 0.001126 压力（KPa ） 112.3 109.5 115 温度（℃） 9667.2 103.5 表5:物料衡算表 塔径D N 塔高H 填料层压降P ∆ 误差分析E ∆ 0.32m6.759m5.499KPa0.002%表6: 填料塔参数表1.1原料液换热器根据《化工设计》书可知K 的取值范围一般在400-600W/m 2℃,由于换热器在使用过程中会形成污垢,导致K 的减小, 故取K=450 W/m 2℃ 查《化学工程手册》可得：原料液25C ︒,进料温度96C ︒,原料液的质量分率为=F a 0.2 25C ︒时,)/(2.4),/(5.211K kg kJ C K kg kJ C PB PA ⋅=⋅= 96C ︒时, 222.85/(), 4.24/()PA PB C kJ kg K C kJ kg K =⋅=⋅原料液于25C ︒预热至87C ︒的平均热容12122.5 2.852.67/()2.5ln ln2.85PA PA PA PA PA C C C kJ kg k C C --===⋅ 12124.2 4.24 4.22/()4.2ln ln42.4(1)0.2 2.67(10.2) 4.22 3.91/()PB PB PB PB PB P F PA F PB C C C kJ kg k C C C a C a C kJ kg k --===⋅=+-=⨯+-⨯=⋅15000000/7200/36000.579/F m kg s ==则预热器原料液吸收的热量为:Q=0.579 3.9171160.74/F P m C t kJ s ⋅⋅∆=⨯⨯= 预热器采用120℃的过热蒸汽预热 水蒸气 120℃ → 120℃ 甲醇水 25℃ ← 96℃Δt 95℃ 24℃ 平均温差2121952451.695ln ln24m t t t C t t ∆-∆-∆===︒∆∆ 传热面积A=32160.7410 6.9245051.6m Q m K t ⨯==∆⨯选用浮头式换热器,选用型号为：F B 325－5－40－2,公称直径325mm,公称压力402/cm kgf ,2管程,排管数32根,管子为5.225⨯Φ,换热面积为5m,计算传热面积7.4m.标准图号为：JF001.计算值大于所需的实际传热面积,故符合要求.1.2塔顶冷凝器假设冷流体从25℃升至40℃,热流体从气体冷凝为液体 甲醇的沸点在60摄氏度度左右, 67℃时,查得甲醇、水的汽化潜热：1074/107432.041634412.7/A r KJ Kg KJ Kmol ==⨯= 1850/185018.014833327.4/B r KJ Kg KJ Kmol ==⨯=KmolKJ x r x r r D B D A /34375)9650.01(4.333279650.07.34412)1(=-⨯+⨯=-+=⨯⨯逆流换热,采用水冷却(6725)(6740)33.956725ln6740m t ---∆==--℃取2400/()K W m K =⋅ 11.1/V mol s = 据热量衡算可得： 211.13437528.0940033.95m V r S m K t ⨯⨯===∆⨯ 查《化工工艺设计手册》上册（第一版） 选取U 型管式换热器 型号为YA 325-25-64/64-4图号为JY006 1.3塔底再沸器103℃时 查得甲醇、水的汽化潜热：998/99832.041631977.5/A r KJ Kg KJ Kmol ==⨯= 2250/225018.014840533.3/B r KJ Kg KJ Kmol==⨯=KmolKJ x r x r r w B w A /66.40523001127.013.40533001127.05.31977)1）＝（－（-⨯+⨯=⨯+⨯=逆流换热, 采用130℃的水蒸气加热130********W t t ∆=-=-=℃取2400/()K W m K =⋅ s mol V V /03.8'==2''11.140531.441.6640027V r S m K t ⨯⨯===⨯∆⨯ 查《化工工艺设计手册》上册（第一版）,选用立式虹吸式重沸器,型号为：GCH600－16－30,公称直径600mm,公称压力162/cm kgf ,管子数32根,标准图号为：JB1146－71.计算值大于所需的实际传热面积,故符合要求. 2 储槽选型在本设计任务中的储槽有原料液储槽和中间槽两种,而储槽的存储量是储槽设计及选型的主要参数.故应从储槽的存储量来设计. 2.1原料液储槽原料液的存储量是要保证生产能正常进行,主要根据原料生产情况及供应周期而定的.一般说来,应保证在储槽装液60％～80％,如不进料仍能维持运作24小时.取装料60％～80％是因为在工业中为了安全,储槽一般要流出一定的空间.该设计任务中,取储槽装料70％,即装填系数为0.7.原料液温度为t=25℃,此时进料液中各物料的物性是：甲醇：3/3.797m kg A =ρ 质量浓度0.2A a = 水： 3/9.996m kg B =ρ 质量浓度0.8B a =进料液体积流量:BBA A S a a V ρρ⨯⨯+⨯=7200100010000720010001000031000010000.21000010000.81.463/7200797.37200996.9m h ⨯⨯⨯⨯=+=⨯⨯所需的储槽体积：32424 1.46350.0750.70.7S V V m ⨯===进料槽原料储槽工作于常温、常压下,甲醇是一级防爆品, 综合以上因素,最终选用选用卧式椭圆形封头容器（JB1422-74）,选图号为：R28-2.5-32的卧式椭圆形封头容器, 公称容积Vg=63m 3,计算计算值V=63.9m 3,筒体公称直径Dg=3000mm,筒体壁厚S=8mm,筒体长度L=8000mm,封头厚度S 1=12mm,材质A 3F,允许腐蚀裕度1.5,设备重量8150Kg.4.2.2 中间槽：中间槽是储存回流量及出料的储罐.甲醇精馏过程为连续生产,中间槽的设计依据是中间槽装液60％～80％能保持至少1～2个小时的流量,该设计任务中,槽装液70％,即取安全系数为0.7,保持流量2小时. 进料槽的体积流量：()31(21) 3.71 3.631.55 1.623/777.434D S D R DM V m h ρ++⨯⨯⨯'===中间槽实际体积322 1.6234.6370.70.7S S V V m '⨯===中间槽的工作压力取常压,根据文献,可用立式平底锥盖容器系列（JB1422-74）.选取图号为：R23A-00-16公称容积,43m V g =计算体积309.4m V =计,工作体积384.3m V =工,筒体公称直径g D =1400mm,壁厚5mm,高度2400mm,材质F A 3,设备重量672Kg. 3.接管的选型管径的设计是根据流体的特性、工艺要求及基建费用和运转、维修费用的经济比较确定,因为管径大,则壁厚,重量增加,阀门、管件尺寸也增加,使基建费用增加；管径小,则管内流速增加,流体阻力增加,动力消耗即运转费用增加.在设计过程中,对所有的管道都进行这样的经济比较是不可能的,一般用常用流速的经验值来计算管径.初步选定流体的流速后,通过计算或查管径算图来确定管径,最后圆整到符合公称直径的要求. 3.1 进料管的设计 进料量流量 731.510/72000.000609/950.6023600FS LFmm V m s ρ⨯===⨯ 一般液体流速经验值为1.5～31-⋅s m ,现取进料管中流速13u m s -=⋅, 则进料口管径D 为:440.0006090.016116.13SV D m mm uππ⨯====⨯选用为管道为冷扎无缝钢管（YB231—64）,外径20mm,壁厚2.2mm,管内径15.6mm 大于D,满足要求. 3.2 塔顶气体出口管 塔顶气体摩尔流量为 V=(R+1)D=11.1mol/s31.55g/VD M k kmol =3109.531.551.103/D VD VD D DP M kg m RT RT ρ⨯=== 311.131.550.317/1.103VMVD Vs m s VDρ⨯=== 管内气体流速的经验值u=15 1-⋅s m 管径440.0003175.1915SV d mm uππ⨯===⨯选用管道为冷扎无缝钢管(YB231-64),外径6mm,壁厚0.25mm,管内5.5mm, 大于d 满足要求 3.3回流进口管回流液的摩尔流量为L=RD=7.42mol/s 回流液的平均密度3/434.777m kg LDm =ρ 回流液的体积流量37.4231.550.000301/777.434LDLDmLM Vs m s ρ⨯===取回流液流速为u=1.5m/s,回流管内径为 440.0003010.016016.01.5Vsd m mm uππ⨯====选用管道为冷扎无缝钢管(YB231-64),外径20mm,壁厚0.5mm,管内16mm 大于d,满足要求. 3.4 再沸器出口管V '=V=11.1mol/skmolkg M VWm /0385.18=311518.03850.902/8.314(103.5273.15)W VWmVW W P M kg m RT ρ⨯===⨯+ 311.118.03850.222/0.902VWmVmV M Vs m s ρ'⨯===取管内气体流速u=15 1-⋅s m ,则再沸器所需管内径:440.2220.1373137.315SV d m mm uππ⨯====⨯选用管道为热扎无缝钢管(YB231-64),外径150mm,壁厚6mm,管内径138 mm大于d,满足要求. 3.5 釜液输出管h kmol L /5921.86='336.5718.020.0006897/955.537LWmLWmL M Vs m s ρ'⨯===取釜液流速u=1.5m/s,则釜液输出管所需内径为:440.00068970.024224.21.5Vsd m mm uππ⨯====选用管道为冷扎无缝钢管(YB231-64),外径28mm,壁厚1mm,管内径26mm 大于d,满足要求. 4.泵 4.1 进料泵进料液在25℃下,各物料的密度为:甲醇：39.795-⋅=m Kg A ρ 水： 395.996-⋅=m Kg B ρ 进料液的平均密度3602.95085.996193.0189.795193.0111-⋅=-+=-+=m kg a a LBF LA FL ρρρ 进料液的流量 731.510/72000.000609/950.6023600L FQ m s ρ⨯===⨯取泵的安全系数为1.1,进料泵的设计流量31.10.00067/Q Q m s '===2.4123/m h进料液由进料泵打到进料板处,提馏段理论板数5.2,提馏段填料层高度：5.2 1.3850.4 2.88TZ N HETP m ''=⨯=⨯⨯= 进料泵最小扬程=提馏段填料层高度+塔底预留空间及裙座高,本次设计任务中,塔底预留空间及裙座高可取1.5m.进料泵扬程 H=2（提馏段填料层高度+1.5m ）=2(2.88 1.5)⨯+=8.76m 选用IS65-50-125,转速1450r/min, 流量15m 3/h,扬程8.8m,轴功率0.21kw,泵重50kg,效率53%. 4.2回流泵料液在67℃下冷凝回流,前已算得 3/434.777m kg LDm =ρ回流流量30.1880.8712/777.434LLDmW Q m s ρ===取安全系数为1.2,则回料泵的设计流量311.10.9583Q Q m h -'==⋅ 回流泵扬程 H=2（总填料层高度+1.5m ）=)5.19.6(2+⨯=16.6m选用IS50-32-125离心泵,转速2900r/min,流量15m 3/h,扬程18.5m,轴功率1.26kw,泵重32kg,效率55%. 5 温度计根据该设计任务,温度范围在150℃内.根据文献（4）,可选用镍铬－铜镍(WRKK)型热电偶,分度号为E,套管材料1Cr18Ni9Ti,外径d=2mm,测量范围0~300℃,允差值±3℃.最高使用温度700℃,公称压力P ≤500kgf/cm 2.也可选用WRK －240型隔爆镍铬－铜镍热电偶,分度号E,结构特征:固定螺纹安装,测温范围0~600℃,公称压力P100kgf/cm 2. 6 压力计选用压力测量仪表时,要考虑其量程、精度及介质性质和使用条件因素,该设计任务压力不高,变动不大,工业用精度要求为1.5至2.5级,介质无腐蚀性不易堵塞.压力表安装的地方,应力求避免振动和高温的影响.取压管的内墙面和设备或管道的内壁应平整.无凸出物或毛刺以保证正确取得静压力.被测介质温度超过60℃时,取压口至阀门见或阀门至压力表间应有冷凝管.根据该设计任务,查阅文献（4）,选用电接点压力表.电接点压力表有触点装置,在被测压力逾出上下限时能实现自动控制,发讯和报警.适合在周围环境适度为－40～60℃,相对湿度不大于80%下使用.根据该设计任务,查阅文献（１）选用防爆型电接点压力表YX －160－B 3C,精度等级 1.5级,测温范围2.5kgf/cm 2. 7 液位计 7.1 原料槽液位计该设计任务中,原料槽采用卧式椭球形封头容器,筒体公称直径3m,故所选液位计测量范围大致在0～3m,希望实现自动控制, 查阅文献（4）,可选用ULF-2型电远传翻板式液位计,该液位计能就地指示和远传液位,可和ULFX-2型液位数字显示报警仪配套使用.ULF-2-H ⅢC 防爆远传翻板液位计和ULF-2-H ⅢC 防爆液位数字显示报警仪配套使用,可用于爆炸危险场合的液位测量.ULFX-2,ULF-2-H ⅢC 适合在环境温度－10℃～40℃和相对湿度不大于80%下使用,电源电压为220V,50Hz. 8.1进料管流量计根据该设计任务,选用LZJ－40A型,测量比1：10,测量范围250～2500(L/h),单机精度1.5,互换精度2.5,转子材料不锈钢,允许被测介质状况：-20～120℃,压力≤6kgf/cm2.8.2 回流管流量计根据该设计任务,选用LZJ－25A型,测量比1：10,测量范围100～1000(L/h),单机精度1.5,互换精度2.5,转子材料不锈钢,允许被测介质状况：-20～120℃,压力≤6kgf/cm2.9.设备一览表五.选用符号说明英文希腊文A 安托尼方程系数ρ密度 kg/m3B 安托尼方程系数μ粘度 Pa·sC 安托尼方程系数热容 kJ/(kg.℃)Φ填料因子 m-1D 直径 m塔顶产品摩尔流量kmol/h Ψ液体密度校正系数上下标说明F 进料摩尔流量 kmol/h A 甲醇g 重力加速度 m/s2 B 水HETP 填料层等板高度 m D 塔顶产品K 传热系数 w/(m2·℃) F 进料M 物料质量流量 kg/h摩尔质量 kg/kmolf 泛点N 理论板数i 纯组分P 压力 Pa L 液体Q 传热量 kJ/h Min 最小量r 汽化潜热 kJ/kg m 平均值S 换热器面积 m2 s 饱和蒸汽T 绝对温度 K V 气体或蒸汽t 摄氏温度℃平均u 流体流速 m/s '提馏段V 容器体积 m塔内蒸汽量 mol/s体积流量 m3/sW 塔釜产品摩尔流量kmol/hx 物料摩尔分率Z 理论填料层高度 m六.参考文献1．《化工传质和分离过程》贾绍义，柴诚敬化学工业出版社2．《化工流体流动和传热》柴诚敬，张国亮化学工业出版社3．《化工热力学》陈钟秀，顾飞燕，胡望明化学工业出版社4．《化工设计》黄璐，王保国化学工业出版社5．《化工工艺设计手册》国家医药管理局上海医药设计院化学工业出版社7.《中国化工机械设备大全》蔡源众，成都科技大学出版社8．《甲醇工学》房鼎立，宋维端，肖任坚，朱炳辰审定化学工业出版社9.《化工设备机械基础》董大勤化学工业出版社10．《化工设备机械基础课程设计指导书》詹长福机械工业出版社11．《化工设备机械基础课程设计指导书》蔡纪宁，张秋翔化学工业出版社七.后记。
精馏塔顶产品全凝器设计
............................................................... 9
管程对流传热系数 壳程对流传热系数
.......................................................... 9
o
....................................................... 9
1-1-1 1-1-2
换热器的选型
.............................................................. 2 . ............................................ 2
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化工原理甲醇—水精馏塔设计说明
沈阳化工大学化工原理课程设计说明书专业：制药工程班级：制药1102学生姓名：黄奎兴学号：11220223指导老师：王国胜设计时间：2014.5.20----2014620成绩：____________化工原理课程设计任务书设计题目：分离甲醇-水混合液的填料精馏塔二原始数据及条件生产能力：年生产量甲醇1万吨(年开工300天)原料：甲醇含量为30% (质量百分数，下同)的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量不低于95%，塔底甲醇含量不高于0.3%。
建厂地区：沈阳三设计要求(一)•一份精馏塔设计说明书，主要内容要求:(1)•前言(2).流程确定和说明(3)•生产条件确定和说明(4)•精馏塔设计计算(5)•主要附属设备及附件选型计算(6)•设计结果列表专业•专注(7).设计结果的自我总结与评价(8).注明参考和试用的设计资料(9).结束语(二)•绘制一份带控制点工艺流程图。
(三)•制一份精馏塔设备条件图四.设计日期：2013年5月20日至6月20日、八、,刖言精馏塔分为板式塔和填料塔两大类。
填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。
板式塔虽然结构较简单，适应性强，宜于放大，在空分设备中被广泛采用。
但是，随着气液传热、传质技术的发展，对高效规整填料的研究，一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发，在近十多年内，有逐步替代筛板塔的趋势。
实际生产中，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o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。
精馏塔的优点：归纳起来，规整填料塔与板式塔相比，有以下优点：1）压降非常小。
气相在填料中的液相膜表面进行对流传热、传质，不存在塔板上清液层及筛孔的阻力。
在正常情况下，规整填料的阻力只有相应筛板塔阻力的1/5 〜1/6 ; 2）热、质交换充分，分离效率高，使产品的提取率提高；3）操作弹性大，不产生液泛或漏液，所以负荷调节范围大，适应性强。
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甲醇-水精馏塔设计全凝器
简介
甲醇-水精馏塔是一种常见的化工设备，用于分离甲醇和水的混合物。
在精馏过程中，液体在不同的温度下沸腾，通过塔内的分离板进行分馏，得到纯净的甲醇和水。
塔内的全凝器是精馏塔的一个重要组件，其主要作用是将
从精馏塔顶端蒸汽中所含有的甲醇气体冷凝成液体，并回流回塔中，以增加对甲醇的回收率。
本文将介绍甲醇-水精馏塔设
计全凝器的相关要点。
设计原则
设计全凝器时，需要考虑以下几个主要因素：
1.冷却介质的选择：常见的冷却介质包括冷水、冷却
剂、冷却循环等。
需要根据工艺要求和设备条件来选择适
当的冷却介质。
2.冷却效果：全凝器需要能将蒸汽中的甲醇气体迅速
冷凝成液体。
因此，需要设计合理的冷凝管道和冷却面积，以保证冷却效果。
3.安全性：全凝器需要能承受大量的甲醇气体和冷却
介质的流动，因此在设计过程中需要考虑安全性，防止产生泄漏和意外事故。
4.维护和清洁：全凝器作为化工设备的一部分，需要
定期维护和清洁。
因此，在设计时需要考虑到清洁的方便性和维护的便捷性。
具体设计
在设计甲醇-水精馏塔全凝器时，可以参考以下步骤：
1. 确定冷却介质
根据工艺要求和设备条件，确定合适的冷却介质。
如果选择冷水作为冷却介质，需要考虑供水温度和流量；如果选择冷却剂，需要选择适当的冷却剂，并考虑冷却剂的循环系统；如果选择冷却循环，需要确定循环介质和循环系统的设计。
2. 设计冷却管道和冷却面积
根据工艺要求和设备条件，设计合理的冷却管道和冷却面积。
冷却管道可以采用盘管式、管壳式等不同形式，需要根据实际情况决定。
冷却面积的大小需根据甲醇的蒸发量、冷却介质的流量和温度等参数进行计算。
3. 考虑安全性
在设计过程中，需要考虑全凝器的安全性。
可以采用不锈
钢等耐腐蚀材料制作全凝器，以防止产生泄漏和意外事故。
同时，需要合理设置排气和排液口，以确保设备的安全运行。
4. 考虑清洁和维护问题
在设计全凝器时，需要考虑清洁和维护的便捷性。
可以通
过设计合理的结构和布局，方便对全凝器进行清洁和维护工作。
同时，可以考虑设置检修口和清洗装置，以提高清洁和维护的效率。
结论
甲醇-水精馏塔设计全凝器是一个关键的环节，在完善的设计过程中，需要考虑冷却介质选择、冷却效果、安全性和清洁维护等因素。
只有合理设计和优化全凝器，才能保证甲醇-水
精馏塔的高效运行和安全可靠。
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