化工原理课程设计甲醇水二元物料板式精溜塔.docx
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化工原理课程设计甲醇水二元物料板式精溜塔
化工原理教研室
化工原理课程设计
设计题目：
甲醇------水二元物料板式精溜塔
设计者姓名：
指导教师：
系别：
化学工程系专业：
化学工程与工艺
班级：
学号：
说明书共27页图纸共张
设计时间年月至年月
完成时间2007年01月02日于
课程设计任务书
1,设计题目:
甲醇------水二元物料板式精溜塔
2,设计条件:
（1）,加料组成:
（2）,进料组成:
;
（3）,溜出液组成:
（4）,釜液组成:
（5）,加料状态:
.q=1
（6）,塔顶压力:
p=100kpa
（7），单板压降≦0.7kPa
3,设计要求:
（1）,精溜塔工艺设计计算;
（2）,精溜工艺过程流程图;
（3）,精溜塔设备结构图;
（5）,设计说明书.
目录
1.前言7
2.精馏塔工艺设计计算8
2.1设计方案的确定8
2.2精馏塔物料衡算8
2.3塔板数的确定8
2.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算10
2.4.1平均摩尔质量计算10
2.4.2平均密度计算11
2.4.3液相平均表面张力计算12
2.4.4液体平均粘度计算12
3.板式塔主要工艺尺寸的设计计算13
3.1塔径的计算13
3.2精馏塔有效高度的计算14
3.3塔板主要工艺尺寸的计算14
3.3.1溢流装置计算14
3.3.2塔板布置15
3.3.3浮阀计算及其排列16
3.3.4浮阀塔的流体力学性能验算17
3.3.5塔板的负荷性能图19
3.3.6小结22
4.塔的附属设备的计算23
4.1热量衡算23
4-2塔顶冷凝器的设计计算24
4-2-1初选换热器24
4-2-2传热系数的校核27
5.1计算机程序30
摘要及关键词
AbstractandKeywords
摘要
化工生产中所处理的原料中间产品几乎都是由若干组分组成的混合物，其中大部分是均相混合物。
生产中为满足要求需将混合物分离成较纯的物质。
floatvalvetower（column）以浮阀作为塔盘上气液接触元件的一种板式塔。
塔盘主要由塔板、溢流堰、受液盘及降液管组成。
塔板上装有一定数量的浮阀，按等腰三角形或正方形排列，浮阀用支腿在塔盘上定位并予以导向。
浮阀盖在阀孔上，气体依靠压力使浮阀升起并鼓泡而穿过液层，进行气液两相传。
浮阀塔板在蒸气负荷、操作弹性、效率和造价等方面都比较优越。
浮阀塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构近年来与浮阀塔一起成为化工生中主要的传质设备为减少对传质的不利影响可将塔板的液体进入区制成突起的斜台状这样可以降低进口处的速度使塔板上气流分布均匀。
浮阀塔多用不锈钢板或合金制成，使用碳刚的比率较少。
实际操作表明，筛板塔在一定程度的漏夜状态下操作使其板效率明显下降其操作的负荷范围较袍罩塔窄，但良好的塔其操作弹性仍可达到2-3。
蒸馏是分离均相混合物的单元操作，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。
精馏是典型的化工操作设备之一。
进行此次课程设计的目的是为了培养综合运用所学知识,来解决实际化工问题的能力,做到能独立进行化工设计初步训练，为以后从事设计工作打下坚实的基础。
关键字：
精馏浮阀溢流
3.设计计算
3.1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。
塔顶上升的蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。
该物系属易分离物系，最小回流比较小，故采用最小回流比的2倍。
塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
3.2精馏塔物料衡算
3.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
甲醇的摩尔质量MA=32kg/kmol
水的摩尔质量MB=18kg/kmol
xF=0.48xD=0.95xW=0.02
3.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF=0.48×32+（1-0.48）×18=24.72kg/kmol
MD=0.95×32+（1-0.95）×18=31.3kg/kmol
MW=0.02×32+（1-0.02）×18=18.28kg/kmol
3.2.3物料衡算
原料处理量F=117kmol/h
总物料衡算117=D+W
甲醇的物料衡算FxF=DxD+Wxw
联立求解D=57.87kmol/h
W=59.13kmol/h
3.3塔板数的确定
3.3.1理论板层数NT的求取
甲醇—水属理想物系，可采用图解法求理论板数
3.3.1.1由手册查得甲醇—水物系的气液平衡数据，绘出x—y图，
图1图解法求理论板层数
3.3.1.2求最小回流比及操作回流比。
采用图解法求最小回流比。
在图中对角线上e（0.342,0.342）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为
ye=0.78,xe=0.48
故最小回流比为xD
Rmin=
=0.57
取R＝2Rmin＝2×0.63＝1.14
3.3.1.3求精馏塔的气、液相负荷
L=RD=1.14×57.87=65.97kmol/h
V=（R+1）D=（1.14+1）×57.87=123.84kmol/h
L′=L+F=182.97kmol/h
V′=V=123.84kmol/h
3.3.1.4求操作线方程
精馏段操作线方程为
yn+1=
xn+
yn+1=0.533xn+0.444
提馏段操作线方程
yn+1=
xn－
xWyn+1=1.477xn－0.0095
3.3.1.5图解法求理论板层数
采用图解法求理论板层数，如图1所示。
求解结果为
总理论板层数NT=8
进料板位置NF=4
3.3.2实际板层数的求取
3.3.2.1全塔效率的计算
查数据手册可得到μ再算出а
ET=0.49（μLа）-0.245×100%=41.9%
3.3.2.2实际板层数的求取
精馏段实际板层数N精=4/0.419=9.5≈10
提馏段实际板层数N提=3.5/0.419=9.5≈10
3.4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。
3.4.1操作压力计算
塔顶操作压力PD=100kPa
每层塔板压降△P=0.7kPa
进料板压力PF=100+0.7×9=107kPa
精馏段平均压力Pm=（100+107）/2=103.5kPa
3.4.2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、水的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算过程如下：
通过计算机程序处理得
logP0A=7.197－
logP0B=7.074－
xA=
通过计算机程序处理得:
塔顶温度tD=65
进料板温度tF=73.5℃
塔底温度tW=97.6℃
精馏段平均温度tm=（65+73.5）/2=69.25℃
提馏段平均温度tm提=（73.5℃+97.6℃）=85.55℃
3.4.3平均摩尔质量计算
塔顶平均摩尔质量计算
由xD=y1=0.95,查平衡曲线（图1），得
x1=0.92
MVDm=0.92×32+（1-0.95）×18=31.3kg/kmol
MLVm=0.92×32+（1-0.883）×18.02=30.88kg/kmol
进料板平均摩尔质量计算
由图解理论板（见图1），得
yF=0.77
查平衡曲线（见图1），得
xF=0.46
MVFm=0.77×32+（1-0.77）×18=28.78kg/kmol
MLFm=0.46×32+（1-0.46）×18=24.44kg/kmol
塔底平均摩尔质量计算
MVWm=0.143×32+（1-0.143）×18=20kg/kmol
MLWm=0.508×32+（1-0.508）×18=25.11kg/kmol
精馏段平均摩尔质量
MVm=（31.3+28.78）/2=30.4kg/kmol
MLm=（30.88+24.44）/2=27.66kg/kmol
提馏段平均摩尔质量
MVm=（28.78kg/kmol+20kg/kmol）/2=24.39kg/kmol
MLm=（24.44kg/kmol+25.11kg/kmol）/2=24.78kg/kmol
3.4.4平均密度计算
3.4.4.1气相平均密度计算
由理想气体状态方程计算，即
ρVm=
=
=1.105kg/m3
（2）ρVm=
=
=0.8436kg/m3
3.4.4.2液相平均密度计算
液相平均密度依下式计算.即
1/ρLm=∑αi/ρi
塔顶液相平均密度的计算
由tD=65℃.查手册得
ρA=755.3kg/m3ρB=980.5kg/m3
ρLDm=
=764.07kg/m3
进料板液相平均密度的计算
由tF=73.5℃，查手册得
ρA=745.5kg/m3ρB=974.5kg/m3
进料板液相质量分率
αA=
=0.6023
ρLFm=
=822.84kg/m3
塔釡平均密度计算由
tF=97.6℃，查手册得
ρA=712kg/m3ρB=958.4kg/m3
ρLWM=
kg/m3
精馏段液相平均密度为
ρLm=（764.07+822.84）/2=793.46kg/m3
提馏段液相平均密度为
ρLm=（822.84kg/m+924.9kg/m3）=873.87kg/m3
3.4.5液相平均表面张力计算
液相平均表面张力依下式计算，即
σLm=∑xiσi
塔顶液相平均表面张力的计算
由tD=65℃，查手册得
σA=16.76mN/mσB=65.27mN/m
σLDm=0.95×16.76+0.05×65.27=19.19mN/m
进料板液相平均表面张力的计算
由tF=73.5℃,,查手册得
σA=16.18mN/mσB=64.33mN/m
σLFm=0.46×16.18＋0.6×64.33=42.18mN/m
塔釡板液相平均表面张力的计算
由tW=97.6℃,查手册得
σA=12.5mN/mσB=58.6mN/m
σLWm=0.143×12.5mN/m+（1-0.143）×58.6mN/m=52.0mN/m
精馏段液相平均表面力为
σLm=（19.19＋42.18）/2=30.68mN/m
提馏段液相平均表面张力为
σLm=（42.18+52.0）/2=47.09mN/m
3.4.6液体平均粘度计算
液相平均粘度依下式计算，即
lgμLm=∑xilgμi
塔顶液相平均粘度的计算
由tD=65℃，查手册得
μA=0.3255mP·sμB=0.4355mP·s
lgμLDm=0.95lg（0.3255）＋0.05lg（0.4355）
解出μLDm＝0.335mP·s
进料板液相平均粘度的计算
由tF=73.5℃,查手册得
μA=0.307mP•sμB=0.390mP·s
lgμLFm=0.46g（0.307）＋0.54lg（0.390）
解出μLFm=0.203mP·s
塔釜液相平均粘度
由tW=97.6℃查手册得
μA=0.22mP·sμB=0.26mP·s
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