化工原理课程设计甲醇和水的分离精馏塔的设计Word文档下载推荐.docx

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加热方式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热，直接蒸汽加热时蒸汽直接由塔底进入塔内加热。

但在一定的回流比条件下塔底蒸汽对回流液由稀释作用，使理论塔板数增加。

间接蒸汽加热时通过加热器使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论板数，缺点是增加加热装置。

本设计采用直接蒸汽加热。

第二章板式精馏塔的工艺计算

物系：

甲醇—水；

D=600t/d；

要求：

质量分数：

2.1物料衡算

通过全塔物料衡算:

基础物性参数：

原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率：

原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔分率：

全塔总物料衡算

总物料：

易挥发组分：

2.2操作线方程

饱和液体进料q=1；

q线斜率为∞

此时，在平衡线上并与精馏、提馏段操作线相交：

最小回流比

此时R=0.605*1.5=0.9075；

精馏段操作线

提馏段操作线过精馏段操作线与q线交点（0.667，0.8234）和（0.0056，0.0056）

则操作线方程为

2.3塔板数的确定及实际塔板数的求取

2.3.1理论板数的计算

由图解法求理论板层数，从图中可以读出

总理论板层数为

精馏段；

提馏段；

第5层为加料板。

2.3.2求塔的气液相负荷

2.3.3温度组成图与液体平均粘度的计算

温度组成（t-x-y）图

组份的液相粘度

T

60

70

80

90

100

甲醇

0.0109

0.0112

0.0115

0.0118

0.0122

水

0.4688

0.4061

0.3565

0.3165

0.2838

精馏段

提馏段

2.3.4实际板数

2.3.5试差法求塔顶、塔底、进料板温度

塔顶的操作压力：

每层操作压力

进料板的压力

塔底的压力

精馏段的平均压力

提馏段的平均压力

甲醇和水的安托因常数：

A

B

C

T/K

甲醇

塔顶

7.20587

1582.271

239.726

288-357

塔釜

7.313257

1669.678

250.3901

357-513

7.07406

1657.46

227.02

284-441

公式：

t—℃

由内插法计算得

塔顶压力

塔顶温度

（2）进料板

进料板压力

进料板温度

（3）提馏段

提馏段压力

提馏段温度

精馏段平均温度：

提馏段平均温度：

第三章精馏塔的工艺条件及物性参数的计算

3.1平均分子量的确定

精馏段的平均摩尔质量：

提馏段的平均摩尔质量：

3.2平均密度的确定

组份的液相密度

温度/℃

110

983.2

977.8

971.8

965.3

958.4

951

纯组分在任何温度下的密度由下式：

甲醇：

式中：

t-温度，℃

气相平均密度

液相平均密度：

液相密度

进料板：

进料板，由加料板液相组成

3.3.液体平均比表面积张力的计算

组份的液相表面张力

温度

19

17.5

16.3

15.1

14.5

13.7

66.2

64.3

62.6

60.7

58.8

56.9

精馏段：

第四章精馏塔的工艺尺寸计算

4.1气液相体积流率

4.1.1精馏段气液相体积流率：

初选

取安全系数为0.8（一般0.75~0.85）则空塔气速为

按标准塔径圆整后：

D=3.0m

塔的截面积

实际的空塔气速

4.1.2提馏段的气液相体积流率：

取安全系数为则空塔气速为

按标准塔径圆整后：

3.2精馏塔的有效高度：

精馏段的有效高度：

在进料板上方开一个孔高度为0.7m

提馏段的有效高度：

故精馏塔的有效高度为

第五章塔板主要工艺尺寸的计算

5.1溢流装置的计算

D=3m,可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘及平直形溢流堰，不设进口堰。

5.1.1堰长

取

5.1.2溢流堰高度：

出口堰高

选用平直堰，堰上液层高度

.02

取板上清液层高度

故

5.1.3弓形降液管宽度

由

m

液体在降液管中停留时间为：

故降液管设计合理

5.1.4降液管底隙高度

5.1.5塔板位置及浮阀数目与排列

取阀孔动能因子

每层塔板上的浮阀数，

取边缘区宽度

计算塔板上

浮阀排列方式采用等腰三角形叉排.取同一横排的孔心距

排间距为

考虑到塔采用分块式板塔，而各分块板的支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用81.2mm,而应小于此值

故取

按以等腰三角形交叉排方式作图，排得阀数

按N=862重新核算孔速及阀孔动能因数：

阀孔动能因数变化不大，

塔板开孔率=

2.流体力学检验

气相通过浮阀塔板的压强降

干板阻力

板上充气液层阻力:

这里

液体表面张力所造成的阻力：

与气体流经一层浮阀塔的压降所相当的液柱高度为

单板压降

淹塔为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中请液层高度，

与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度：

前已算出

液体通过降液管的压头损失：

因不设进口堰，

板上液层高度：

前已选定板上液层高度

取，又选定

雾沫夹带

板上液体流径长度

板上液流面积

甲醇和水为正常系统，取物性系数，查的泛点负荷系数,

得

计算出的泛点率都在以下，故可知雾沫夹带量能够满足。

3.塔板负荷性能图

整理的

可知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内取两个值，得出相应的列于下表

0.02

0.004

0.07631

15.3989

15.2483

9.8

液泛线

由上式确定液泛线。

忽略式中的

因物系一定，塔板结构尺寸一定，则

即

式中阀孔数N与孔径亦为定值，因此可将上式简化成与的如下关系式：

在操作范围内取若干个值，依式算出相应的下表中

0.01

0.03

0.005

0.007

0.0075

25.43

25.02

24.60

24.15

24.02

液相负荷上限线

液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于.

液体在降液管内停留时间为

以作为液体在降液管中停留时间的下限，则

求出上限液体流量

竖直线

漏液线

对于F1型重阀，依。

又知以作为规定气体最小

负荷的标准，则

做出与液体流量无关的水平漏液线

.

液相负荷下限线

取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，依的计算式计算出的下限值，依此做出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线

取，则

1雾沫夹带线2液泛线3液相负荷上限线4漏液线

5液相负荷下限线

由塔板的负荷性能图可以看出：

任务规定的气液负荷下的操作点P（设计点），处在适宜操作区内的适中位置。

塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。

按照固定的液气比，由图可以查出塔板的气相负荷上限

气相负荷下限，

项目

数值及说明

备注

塔径

3

板间距

0.6

塔板形式

单溢流弓形降液管

分块式塔板

空塔气速

1.582

堰长

2.1

堰高

0.04151

板上液层高度

0.06

降液管底隙高度

0.01434

浮阀数

862

等腰三角形叉排

阀孔气速

10.867

阀孔动能因数

11.6637

临界阀孔气速

9.72

孔心距

0.075

排间距

0.08

横排的孔心距

单板压降△P/Pa

622.9488

液体在降液管内停留时间

50.68

降液管内清液层高

0.1208

泛点率

60.46

气相负荷上限

14.765

雾沫夹带控制

气相负荷下限

4.797

漏液控制

操作弹性

3.08

第六章板式塔得结构与附属设备

6.1附件的计算

6.1.1接管

进料管

进料管的结构类型很多，有直管进料、弯管进料、T形进料。

本设计采用弯管进料。

，

则体积流量

取管内流速

则管径

取进料管规格则管内径

进料管实际流速

回流管

采用直管回流管，

回流管的回流量L=，塔顶液相平均摩尔质量,平均密度

取回流管规格则管内径

回流管实际流速

塔顶蒸汽接管

则整齐体积流量

取管内蒸汽流速管径

釜液排出管

塔底，平均密度

平均摩尔质量

塔顶产品出口管

塔顶，平均密度

6.1.2冷凝器

塔顶温度

由查液体比汽化热共线图

又气体流量

塔顶被冷凝量

冷凝的热量

6.1.3再沸器

塔底温度

塔底被汽化量

汽化的热量

第七章参考书录

一夏清，化工原理上册·

天津：

天津大学出版社，2011

二夏清，化工原理下册·

天津大学出版社，2011

三冯新，化工热力学·

北京：

化学工业出版社，2011

四潘国昌，化工设备设计·

北京：

清华大学出版社，1996

五李国庭，化工设计概论.北京：

化学工业出版社，2015

六董大勤，化工设备机械基础.北京：

化学工业出版社，2013

第八章设计心得体会

本次化工原理课程设计历时两周，是继机械设计之后又一次独立的工业设计。

可能因为上一次的经验，才使得我们在接触又一次的课程设计时不会一头雾水。

化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；

学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；

掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形；

理解计算机辅助设计过程，利用编程使计算效率提高。

在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。

在短短的两周里，从开始以为的轻松，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期的流程图的绘制等过程的培养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易，从中也明白了学无止境的道理，在我们所查找到的很多参考书中，很多的知识是我们从来没有接触到的，我们对事物的了解还仅限于皮毛，所学的知识结构还很不完善，我们对设计对象的理解还仅限于书本上，对实际当中事物的方方面面包括经济成本方面上考虑的还很不够。

在实际计算过程中，我还发现由于没有及时将所得结果总结，以致在后面的计算中不停地来回翻查数据，这浪费了大量时间。

由此，我们在计算结束后，列出了重要结果汇总表，方便自己计算也方便读者查找。

在一些应用问题上，我直接套用了书上的公式或过程，并没有彻底了解各个公式的出处及用途，对于一些工业数据的选取，也只是根据范围自己选择的，并不一定符合现实应用。

因此，一些计算数据有时并不是十分准确的，只是拥有一个正确的范围及趋势，而并没有更细地追究下去，因而可能存在一定的误差，影响后面具体设备的选型。

如果有更充分的时间，我想可以进一步再完善一下的。

通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的认识，这对我们的继续学习是一个很好的指导方向，我们了解了工程设计的基本内容，掌握了化工设计的主要程序和方法，增强了分析和解决工程实际问题的能力。

培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，加强工程设计能力的训练和培养严谨求实的科学作风更尤为重要。

我还要感谢我的指导老师梁新老师对我们的教导与帮助，感谢同学们的相互支持。

限于我们的认知水平，设计中难免有不足和谬误之处，恳请老师批评指正。