化工原理课程设计，甲醇和水的分离精馏塔的设计

郑州轻工业学院

——化工原理课程设计说明书

课题：甲醇和水的分离 学院：材料与化学工程学院 班级： 姓名： 学号：

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目录

第一章流程确定和说明 ................................................................................................................... 2

1.1.加料方式............................................................................................................................. 2

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1.2.进料状况............................................................................................................................. 2 1.3.塔型的选择 ......................................................................................................................... 2 1.4.塔顶的冷凝方式 ................................................................................................................. 2 1.5.回流方式............................................................................................................................. 3 1.6.加热方式............................................................................................................................. 3 第二章板式精馏塔的工艺计算 ....................................................................................................... 3

2.1物料衡算............................................................................................................................. 3 2.3 塔板数的确定及实际塔板数的求取 ................................................................................ 5

2.3.1理论板数的计算 ...................................................................................................... 5 2.3.2求塔的气液相负荷 .................................................................................................. 5 2.3.3温度组成图与液体平均粘度的计算 ...................................................................... 6 2.3.4 实际板数 ................................................................................................................. 7 2.3.5试差法求塔顶、塔底、进料板温度 ...................................................................... 7

第三章精馏塔的工艺条件及物性参数的计算 ............................................................................... 9

3.1 平均分子量的确定 ............................................................................................................ 9 3.2平均密度的确定 ............................................................................................................... 10

3.3. 液体平均比表面积张力的计算 ............................................................................. 11

第四章精馏塔的工艺尺寸计算 ..................................................................................................... 12

4.1气液相体积流率 ............................................................................................................... 12

4.1.1 精馏段气液相体积流率： ................................................................................... 12 4.1.2提馏段的气液相体积流率： ................................................................................ 13

第五章塔板主要工艺尺寸的计算 ................................................................................................. 14

5.1 溢流装置的计算 .............................................................................................................. 14

5.1.1 堰长....................................................................................................................... 14 5.1.2溢流堰高度： ........................................................................................................ 15 5.1.3弓形降液管宽度 .................................................................................................... 15 5.1.4 降液管底隙高度 ................................................................................................... 16 5.1.5 塔板位置及浮阀数目与排列 ............................................................................... 16

第六章板式塔得结构与附属设备 ................................................................................................. 24

6.1附件的计算 ....................................................................................................................... 24

6.1.1接管........................................................................................................................ 24 6.1.2 冷凝器................................................................................................................... 27 6.1.3再沸器.................................................................................................................... 28

第七章参考书录 ............................................................................................................................. 28 第八章设计心得体会 ..................................................................................................................... 29

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第一章 流程确定和说明

1.1.加料方式

加料方式有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流速和流量，通过重力加料，可以节省一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用相应增加；采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速不太稳定，流速不太稳定，从而影响了传质效率，但结构简单，安装方便。本设计采用泵加料。

1.2.进料状况

实际生产中，进料状况一般有接近泡点的冷液进料和泡点进料。对于冷夜进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，省加热费用，但其受环境影响较大；而泡点进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提留段的塔径基本相等，无论是设计计算还是设计加工制造这样的精馏塔都比较容易，故在本设计中选用泡点进料。

1.3.塔型的选择

塔有浮阀塔和筛板塔。浮阀塔生产能力大，操作弹性大，在较宽的气速范围内，板效率变化较小，其操作弹性范围较筛板塔大。由于气液接触状态良好，以及气体水平吹出，雾沫夹带量少，因此板效率高。塔板结构简单，容易安装。筛板塔生产能力大，塔板压降低。本设计根据阀孔气速的值依据手册选择浮阀塔。

1.4.塔顶的冷凝方式

塔顶冷凝采用分凝器，以水为冷却介质进行冷凝。

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1.5.回流方式

回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小塔型，回流冷凝器一般安装在塔顶，其优点是回流冷凝器无需支承结构，其确定是回流冷凝器回流控制难。如果需要较高的塔处理量或塔板数较多时，回流冷凝器不适合于塔顶安装，且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。在此情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次设计为大塔，故采用强制回流。

1.6.加热方式

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：

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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

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