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化工原理课程设计 板式精馏塔设计板式精馏塔设计 设计评述 甲醇最早是用木材干馏得到的，因此又叫木醇，是一种易燃的液体，沸点 65，能溶于水，毒性很强，误饮能使人眼睛失明，甚至致死。由于甲醇和 水不能形成恒沸点的混合物，因此可直接用常压蒸馏法把大部分的水除去， 再用金属镁处理，就得无水甲醇。甲醇在工业上主要用来制备甲醛，以及作 为油漆的溶剂和甲基化剂等。 本设计进行甲醇和水的分离，采用直径为1 .0m的精馏塔，选取效率较高、塔 板结构简单、加工方便的单溢流方式，并采用了弓形降液盘。 该设计的优点： 1操用、调节、检修方便； 2制造安装较容易； 3处理能力大，效率较高，压强较低，从而降低了操作费用； 4操作弹性较大。 该设计的缺点： 设计中对文献的收索、查阅、记录都不全，设备的计算及选型都有较大的问 题存在，从而选取的操作点的不是在最好的范围内，影响了设计的优良性。 化工原理课程设计任务书 甲醇-水分离板式精馏塔的设计 1设计任务 生产能力：23000吨/年 操作周期：每年工作日为300天，每天24小时连续运行 进料组成：甲醇含量为46% 塔顶产品组成：95% 塔釜产品组成：3% 2操作条件 操作压力 常压 进料热状态 饱和液体进料 回流比 r=2rmin 3设备类型：筛孔板 4厂址：甘肃张掖 化工原理课程设计 甲醇-水板式精馏塔设计 一一. . 流程和方案的确定流程和方案的确定 二二. . 工艺过程及相关计算 三三. . 塔板流体力学验算塔板流体力学验算 四四. . 结果总结结果总结 五五. . 截点控制图截点控制图 一、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。塔顶上升蒸气采用全凝 器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内 ，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。 二、工艺过程及相关计算 工艺过程 及 相关计算 塔板数 的计算 塔体工艺 尺寸计算 塔板主要 工艺尺寸 的计算 工艺条件及 有关物性数 据的计算 塔板数的计算 物料衡算 板数计算 r=2rmin=20.653=1.306 d=48.462kmol/h w=93.136kmol/h （内插法） 精馏段 提馏段 板 号 12345678 y0.91 4 0.7950.6600.5430.3730.2020.0850.023 x0.70 5 0.4660.304 xf 0.2110.1180.0540.0200.005 xw 工艺条件及有关物性数据的计算 项目精馏段提馏段 气相液相气相液相 粘度/(mpas） 0.3360.317 体积流量/（m3/s）0.8640.000550.8460.000392 密度/（m3/kg）1.044809.30.8374905.55 表面张力/（mn/m）34.64352.8 温度/71.884.7 压力/mpa103.05kpa110.05kpa 塔体工艺尺寸计算 塔有效高度的计算： 精馏段有效高度z精=（n精-1）ht=（5-1）0.40=1.6m 提馏段有效高度z提=（n提-1）ht=（15-1）0.40=5.6m 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8 m 故精馏塔有效高度为z=z精+z提+0.8=5.6+1.6+0.8=8m 塔板主要工艺尺寸 溢流装置计算： 因塔径d=1.0m，所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹 形受液盘。( 此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高 ，塔板结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被 广泛使用。)各项计算如下： 1) 堰长lw 可取lw=0.60d=0.601.0=0.60m 2) 溢流堰高度hw 由hw=hlhow 选用平直堰，( 溢流堰板的形状有平直形与齿形两种，设 计中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上层液高度how由下 列公式计算，即有： 并由图液流收缩系数计算图，则可取用e= 1.0 ，则 取板上清液层高度hl=0.06 m 3) 弓形降液管的宽度wd和截面积af 由lw/d=0.6 m 查可求得 af/at=0.058 wd/d=0.12 af=0.0580.785=0.0455 m2 wd=0.12d=0.121.0=0.12 m 并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即 =3600afht/lh=36000.04550.40/1.98=33.1s5s 其中ht即为板间距0.40m，lh即为每小时的体积流量 验证结果为降液管设计符合要求。 4）降液管底隙高度ho ho= lh/（3600lwuo）取uo=0.07m/s 则ho=0.000553600/(36000.600.07) =0.0406 m 0.006m 故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度 4）降液管底隙高度ho ho= lh/（3600lwuo）取uo=0.07m/s 则则ho=0.000553600/(36000.600.07) =0.0406 m 0.006m 故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度 塔板布置： 1) 塔板的分块 因为d 800mm，所以选择采用分块式，查可得，塔板可分为3块。 2) 边缘区宽度确定 取ws=ws= 65mm , wc=35mm 开孔区面积计算： 开孔区面积aa按下面式子计算， 筛孔计算与排列: 本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用=3mm碳钢板，取筛孔 直径do=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t=3do=15mm 筛孔的数目n为 开孔率为=0.907（do/t）2=0.907(0.05/0.015)2=10.1% 气体通过阀孔的气速为 故 其中 1塔板的压降 （1）干板的阻力hc计算 干板的阻力hc计算由公式 hc=0.051(uo/co)2（v/l） 并取do/= 5/3=1.67 ,可查史密斯关联图得，co=0.772 所以hc=0.051(15.93/0.772) 2(1.044/809.83)=0.0280液柱 （2）气体通过液层的阻力hl的计算 气体通过液层的阻力hl由公式 hl=hl ua=vs/（ataf）=0.864/(0.785-0.0455)=1.168m/s fo=1.168(1.044)1/2=1.193kg1/2/(s m1/2) 查图得，=0.63 所以hl=hl=0.63(0.0537+0.0063)=0.0378m液柱 （3）液体表面张力的阻力h计算 三、塔板流体力学验算 液体表面张力的阻力h由公式h=4l/（lgdo）计算,则有 h=(434.64310-3)/(809.309.810.005)=0.0035m液柱 气体通过每层塔板的液柱高度hp，可按下面公式计算 hp=hc+hl+h=0.0280+0.0378+0.0035=0.0693m液柱 气体通过每层塔板的压降: pp= hplg=0.0693809.309.81=550.189pa0.9kpa（设计允许值） （2）液面落差 对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽 略液面落差的影响。 （3）液沫夹带 液沫夹带量，采用公式 ev=5.710-6/l ua/(hthf)3.2 由hf=2.5hl=2.50.06=0.15m 所以：ev=(5.710-6/34.64310-3) 1.168/(0.40-0.15)3.2 =0.00230kg液/kg气0.1kg液/kg气 可知液沫夹带量在设计范围之内。 4漏液 对于筛板塔，漏液点气速uo,min可由公式 uo,min=4.4co(0.0056+0.13 hl-h)l /v1/2 实际孔速为o=15.93m/suo,min 稳定系数为 =uo/uo,min=15.93/9.41=1.691.5 故在本设计中无明显漏液。 5液泛 为防止塔内发生液泛，降液管内液高度hd应服从式子 hd(hthw) 甲醇与水属于一般物系，取= 0.5，则 (hthw)=0.5（0.40+0.0535）=0.227m 而hd=hp+hl+hd 板上不设进口堰，则有 hd=0.153(uo)2=0.153(0.07)2=