甲醇-水精馏塔化工原理课程设计Word格式文档下载.docx
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进料量：
F=200kmol/h
进料浓度：
ZF=0.35（摩尔量分数）
进料状态：
q=1.08
操作条件：
塔顶压强为4kPa（表压），单板压降不大于0.7kPa。
塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃；
塔釜加热方式：
间接蒸汽加热，采用3kgf/cm2（表压）水蒸汽
全塔效率：
ET=52%
分离要求：
XD=0.995（质量分数）；
XW=0.002（质量分数）；
回流比：
R/Rmin=1.6
指导教师刘晓勤、王晓东
2010年6月11日
目录
绪论 1
1.精馏简介 1
2.塔设备简介 1
3.体系介绍 1
4.设计要求 1
第一节概述 1
1.1精馏操求作对塔设备的要求 1
1.2板式塔类型 1
1.2.1筛板塔 1
1.2.2浮阀塔 1
1.2.3泡罩塔 1
1.3设计单元操作方案简介 1
1.4精馏塔的设计简介 1
1.4.1筛板塔设计须知 1
1.4.2筛板塔的设计程序 1
第二节设计方案的初步确定 1
2.1操作条件的确定 1
2.1.1操作压力 1
2.1.2进料状态 1
2.1.3加热方式 1
2.1.4冷却剂与出口温度 1
2.1.5回流比 1
2.1.6热能的利用 1
2.2确定设计方案的原则 1
2.3操作流程简图 1
第三节板式精馏塔的工艺参数计算 1
3.1物料衡算与操作线方程 1
3.2理论塔板数的计算与实际板数的确定 1
3.2.1理论板数的计算 1
3.2.1实际板数的确定 1
3.3操作压强的计算 1
3.4操作温度的计算 1
3.5塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 1
3.5.1密度及流量 1
3.5.2液相表面张力的确定：
1
3.5.3液体平均粘度计算 1
第四节板式塔主要尺寸的设计计算 1
4.1塔的有效高度和板间距的初选 1
4.1.1塔有效高度 1
4.2塔径 1
第五节板式塔的结构 1
5.1塔的总体结构 1
5.2总塔高度 1
5.2.1塔顶空间HD 1
5.2.2塔底空间 1
5.2.3整体塔高 1
5.2.4人孔数 1
5.3塔板结构 1
5.3.1溢流装置 1
5.3.2弓形降液管宽度Wd和面积Af 1
5.3.3降液管底隙高度 1
5.3.4塔板布置及筛孔数目与排列 1
5.4.筛板的力学检验 1
5.4.1塔板压降 1
5.4.2液面落差 1
5.4.3液沫夹带 1
5.4.4漏液 1
5.4.5液泛 1
5.5.塔板负荷性能图 1
5.5.1漏液线 1
5.5.2液沫夹带线 1
5.5.3液相负荷下限线 1
5.5.4液相负荷上限线 1
5.5.5液泛线 1
5.5.6操作弹性 1
第六节设计结果汇总 1
第七节精馏装置的附属设备 1
7.1管壳式换热器的设计与选型 1
7.1.1塔顶冷凝器（列管式换热器） 1
7.1.2进料预热器 1
7.2再沸器 1
7.3管件 1
7.3.1塔釜残液出料管 1
7.3.2塔顶回流液管 1
7.3.4塔釜再沸器蒸汽进口管 1
7.3.5塔顶蒸汽进冷凝器进口管 1
7.3.6塔顶冷凝水管 1
7.4冷凝水泵的选择 1
7.5除沫器 1
7.6裙座 1
附表 1
1、常压下甲醇-水气液平衡组成与温度关系 1
2、理论塔板数计算（MATLAB程序）：
3、进料、塔顶及塔釜温度—组成的插值计算（MATLAB程序） 1
4、史密斯关联图 1
参考文献及设计手册 1
设计感想 1
感谢 1
40
绪论
1.精馏简介
蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是一种属于传质分离的单元操作。
广泛应用于炼油、化工、轻工等领域。
蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其挥发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的。
以本设计所选取的甲醇-水体系为例，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较低（即挥发度较高）,所以甲醇易从液相中汽化出来。
若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将甲醇和水分离。
经过多次部分汽化部分冷凝，最终在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。
在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行气液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，液相中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和气相的部分冷凝。
蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。
按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。
按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。
此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。
工业中的蒸馏多为多组分精馏，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，特别是大规模的生产中精馏的应用更为广泛。
本设计着重讨论常压下甲醇-水双组分体系精馏。
2.塔设备简介
塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。
根据塔内气液接触件的结构型式，可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔内设置一定数量踏板，气体以鼓泡活喷射形式穿过板上液层进行质、热传递，气液相组成成阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
填料塔内有定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流而上（也有并流向下者）与液相接触进行质、热传递，气相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。
工业上对塔设备的主要要求：
（1）生产能力大；
（2）传质、传热效率高；
（3）气流的摩擦阻力小；
（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；
（5）结构简单，材料消耗少；
（6）制造安装容易，操作维修方便。
此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。
在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收，解吸，精馏，萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。
塔设备就是使气液成两相通过紧密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。
3.体系介绍
本设计的体系为甲醇-水体系。
101.325kPa下，甲醇－水体系汽液平衡数据如下：
温度t（℃）
液相组成x
气相组成y
100
75
0.4
0.7
96
0.02
0.1
73
0.5
0.8
94
0.04
0.2
71
0.6
91
0.06
0.3
69
0.9
89
0.08
68
88
66
1
84
0.15
65
82
78
注：
x、y分别为气液两相中甲醇的摩尔分数
4.设计要求
体系：
甲醇-水体系
已知：
进料量F=200kmol/h
进料浓度ZF=0.35（摩尔分数）
q＝1.08
塔顶压强为4kPa（表压），单板压降不大于0.7kPa。
间接蒸汽加热
全塔效率ET=52%
XD=0.995（质量分数）；
R/Rmin=1.6。
第一节概述
1.1精馏操求作对塔设备的要求
1.2板式塔类型
塔设备大致可以分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、舌形、S形、多降液管塔板等；
另一类是无降液管塔板，如传流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。
工业上应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。
1.2.1筛板塔
筛板塔板简称筛板，结构持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。
工业应用小以小孔径筛板为主，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，气体压降低，生产能力较大；
气体分散均匀，传质效率较高。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：
生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；
而压降可降低30%左右；
另外筛板塔结构简单，塔板的造价可减少40%左右；
安装容易，也便于清理检修。
但其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。
值得说明的是，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降。
然而近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。
综合考虑利弊，对于甲醇-水体系，本设计选用筛板塔。
1.2.2浮阀塔
浮阀广泛应用于精馏、吸收和解析等过程。
其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动懂得浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。
浮阀可以根据气流量的大小而上下浮动，自行调节。
浮阀的主要优点是生产能力大，操作弹性大，分离效率高，塔板结构较泡罩塔简单。
1.2.3泡罩塔
泡罩塔是最早使用的板式塔，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。
泡罩的种类很多，国内用较多的是圆形泡罩。
泡罩的主要优点是操作弹性较大，液气比范围大，适用于多种介质，操作稳定可靠；
但其结构复杂、造价高、安装维修不方便，气相压降较大。
现虽已为新型塔板取代，但鉴于其某些优点，仍有使用。
1.3设计单元操作方案简介
蒸馏过程按操
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