化工原理课程设计-6万吨年甲醇—水溶液板式精馏塔设计.doc

武汉工程大学课程设计说明书化工与制药学院课程设计说明书课题名称 6万吨/年甲醇水溶液板式精馏塔设计 专业班级 10级 XXXXXX 学生学号 XXXXXXXX 学生姓名 XXXX 学生成绩 指导教师 SX老师 课题工作时间 武汉工程大学化工与制药学院课程设计任务书专业 化学工程与工艺 班级 XXX班 学生姓名 xXXX 发题时间： 2013 年 6 月 23 日一、 课题名称 6万吨苯甲苯板式精馏塔设计二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）1. 课程设计参考书：i. 陈敏恒，丛德兹，方图南，齐鸣斋. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000ii. 化学工程手册编辑委会. 化学工程手册，第1篇化工基础数据；第13篇气液传质设备. 北京：化学工业出版社，1986iii. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，19952. 计算用计算机及绘图化工CAD软件三、 设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等，只需简明列出大项目）1. 撰写课程设计说明书一份2. 带控制点的工艺流程图一张3. 塔设备的总装图（包括部分构件）一张四、 设计所需技术参数原料： 甲醇/水原料温度： 泡点进料，处理量： 6万吨/年原料组成： 甲醇的质量分率40%，水的质量分率60%产品要求： 塔顶甲醇的质量分率99%，塔底甲醇的质量分率1%生产时间： 300天/年冷却水进口温度：25加热剂： 0.3MPa饱和水蒸汽单板压降: 0.7kpa生产方式：连续操作，泡点回流五、 设计说明书内容(指设计说明书正文中包括的主要设计内容，根据目录列出大标题即可)1 设计方案的确定2 带控制点的工艺流程图的确定3 操作条件的选择（包括操作压强、进料状态、加热剂、冷却剂、回流比）4 塔的工艺计算(1) 全塔物料衡算(2) 最佳回流比的确定(3) 理论板及实际板的确定(4) 塔径的计算(5) 降液管及溢流堰尺寸的确定(6) 浮阀数及排列方式（筛板孔径及排列方式）的确定(7) 塔板流动性能的校核（液沫夹带校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核，液体在降液管内停留时间校核，严重漏液校核）(8) 塔板负荷性能图的绘制(9) 塔板设计结果汇总表5 辅助设备工艺计算（1）塔附件设计（2）换热器的面积计算及选型（3）各种接管管径的计算及选型（4）泵的扬程计算及选型6塔设备的结构设计：（包括塔盘、裙座、进出口料管）六、 进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）2013年06月172013年06月19：查找资料，初步确定设计方案及设计内容2013年06月202013年06月22：根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿2013年06月232013年06月25：撰写设计说明书2013年06月262013年06月28： 绘制工艺流程图及总装图2013年06月292013年07月01： 答辩指导教师（签名）： 杜治平 2013 年 6 月 16 日 学科部主任（签名）： 吴广文 2013 年 6 月 16 日课程设计综合成绩评定表学生姓名学生班级设计题目XXXXXX甲醇-水筛板式精馏塔指导教师评语指导教师签字：年 月 日答辩记录答辩组成员签字： 记录人：年 月 日成绩综合评定栏设计情况答辩情况项 目权重分值项 目权重分值1、计算和绘图能力351、回答问题能力202、综合运用专业知识能力102、表述能力（逻辑性、条理性）103、运用计算机能力和外语能力104、查阅资料、运用工具书的能力55、独立完成设计能力56、书写情况（文字能力、整洁度）5综合成绩指导教师签名： 学科部主任签名： 年 月 日 年 月 日摘 要本设计年处理甲醇-水混合液6万吨(300天/年）, 甲醇含40%的常温液体，分离要求：塔顶甲醇含量为0.99，塔底甲醇含量为0.01。根据实际情况采用筛板精馏塔,分离甲醇和水,由于物料中含水,采用过热水蒸汽加热,现根据气液平衡曲线和操作要求算出最小回流比0.916，再由吉利兰图算出最佳回流比1.47，根据最佳回流比和物料衡算式求出塔内的气液速率和塔顶流出液102.97kmol/h和塔底流出液流量533.79kmol/h,然后算出基本的物性参数,如密度,摩尔分子质量.粘度.张力等.然后估计塔高0.45m和塔间距1.2m，求出塔板的基本尺寸参数，根据求出的参数画出塔的截面图，计算实际开孔率13.79%，然后计算气液实际速率，再结合前面求出的参数求出板压降、雾沫夹带量、能否发生液泛等等，经过计算合格后，在画出气液负荷曲线图，若操作线能够取得适宜的弹性，则设计合理。关键词：筛板塔 甲醇分离 精馏塔设计46AbstractIn this paper, the plate distillation column is designed to separate methanol from water in a binary mixture. We have to deal an annual handling capacity of 60,000 tons , of which the raw materials take up 40 percent .As a result , the top product contains methanol no less than 99 percent, and methanol in the bottom is no higher than 1%, with an atmospheric pressure operation, bubble point feeding. Continuous distillation process and bubble point feeding is selected. The raw material liquid is sent into the Distillation Column after heated to soak . The whole steam condensator works on the upwarding gas, and the condensated liquid below the bubble point goes back to the next part of the tower, and the remaining portion of products is delivered to a storage tank after being cooled. The matter of isolates belongs to a department of easy-seperated, and the direct steam heating is taken. The tray process dimension is obtained through the material balance of the entire tower, the calculation of tower process size and the tray size process. It ends with a tower diameter of 1.2m, a total of 20 plate installed, the 16th board as the feeding board, 5483 openings holes in each tray ,single-arch overflow downcomer , 16 m of the whole tower height .At last, the checked design of fluid mecha1QQnics should meet the requirements.Keywords: fractionatingcolumn Methylwater Orificecolumn目 录摘 要V关键词：VAbstractVI引 言1第1章 设计条件与任务21.1设计条件21.2设计任务2第2章 设计方案的确定3第3章 精馏塔的工艺设计73.1全塔物料衡算73.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数73.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量73.1.3原料液的进料流量73.2实际回流比及操作线方程73.2.1最小回流比及实际回流比确定83.2.2操作线方程103.2.3汽、液相热负荷计算103.2.4物料衡算103.3理论塔板数确定113.4实际塔板数确定113.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算133.5.1操作压力计算133.5.2操作温度计算133.5.3平均摩尔质量计算133.5.4平均密度计算143.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算163.6.1塔径计算163.6.2精馏塔有效高度计算18第4章 塔板工艺尺寸的计算194.1精馏段塔板工艺尺寸的计算194.1.1溢流装置计算194.1.2塔板设计204.2提馏段塔板工艺尺寸设计204.2.1溢流装置计算204.2.2塔板设计214.3塔板的流体力学性能的验算224.3.1精馏段224.3.2提馏段244.4塔板的负荷性能图254.4.1精馏段254.4.2提馏段28第5章 板式塔的结构325.1塔体结构325.1.1筒体325.1.2封头325.1.3塔顶空间325.1.4塔釜325.1.5人孔325.1.6支座325.1.7塔高32第6章 接管尺寸的确定336.1蒸汽接管336.1.1塔顶蒸汽出料管336.1.2加热蒸气鼓泡管336.2液流管336.2.1进料管336.2.2回流管336.2.3塔釜出料管33第7章 精馏装置的附属设备357.1回流冷凝器357.2原料预热器35第八章 环境安全与保护措施38设计小结与体会44参考文献44引 言化学工业中塔设备是化工单元操作中重要的设备之一，石油化工厂，涂料化工厂，有机合成厂等中塔设备的性能对于整个装置的产品产量，质量，生产能力和消耗定额，以及“三废”处理和环境保护等方面都有重大影响。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。 精馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分挥发度的差异，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。例如，设计所选取的甲醇-水体系，加热甲醇（沸点64.5）和水（沸点100.0）的混合物时,由于甲醇的沸点较水为低,即甲醇挥发度较水高,故甲醇较水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。多次进行部分汽化成部分冷凝以后，最终可以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。在工业中，广泛应用精馏方法分离液体混合物，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。 塔设备一般分为阶跃接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。板式塔中的浮阀精馏塔在十九世纪初已应用于工业装置上，浮阀塔具有以下特点：.生产能力大；.操作稳定，弹性大；.流体流动阻力小；.结构简单，材耗用量少，制造和安装容易；.耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔更加合适。本次设计就是针对甲醇水体系而进行的常压浮阀精馏塔的设计及其辅助设备的选型。由于此次设计时间紧张，本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望老师指出，以便订正!第1章 设计条件与任务1.1设计条件在常压操作的连续板式精馏塔内分离甲+醇-水混合物。塔釜直接蒸汽加热，生产能力和产品的质量要求如下：生产能力：年处理甲醇-水混合液6万吨(300天/年）原 料：甲醇含(质量分数，下同）的常温液体分离要求：塔顶甲醇含量为0.99 塔底甲醇含量为0.01操作条件：塔顶压力：4kPa(表压)； 进料热状态：泡点进料； 回流比：自选； 单板压降 0.7kPa。建厂地址：武汉1.2设计任务1. 全塔物料衡算、操作回流比和理论塔板数的确定。2. 计算冷凝器热负荷。3. 计算精馏段、提馏段的塔板效率，确定实际塔板数。4. 估算塔径。5. 板式塔的工艺尺寸计算，包括溢流装置与塔板的设计计算。6. 塔板的流体力学性能校核，包括板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛的校核。7. 绘制塔板的负荷性能图。塔板的负荷性能图由液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线、液沫夹带线和溢流液泛线确定。 8. 塔的结构确定，包括塔体结构与塔板结构。塔体结构：塔顶空间，塔底空间，人孔(手孔），支座，封头，塔高等。塔板结构：采用分块式塔板还是整块式塔板。9. 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底(蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型(视情况而定）。10. 精馏塔各接管尺寸的确定。11. 绘制精馏塔系统工艺流程图。12. 绘制精馏塔装配图。13. 编写设计说明书。14. 计算机要求：编写程序、CAD绘图等。15. 英语要求：撰写英文摘要。16. 设计说明书要求：逻辑清楚，层次分明，书写工整，独立完成。第2章 设计方案的确定2.1操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。2.1.1 装置流程的确定蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设备，蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程，连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中已连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活，适应性强等优点，适合于小规模，多品种或多组分物系的初步分离。蒸馏时通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离的，热量自塔釜输入由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走，在此过程中，热能利用率很低，为此，中确装置流程时应考虑余热的利用，譬如，用原料作为塔顶产品（或釜液产品）冷却器的冷却介质，即可将原料预热，又可节约冷却介质。另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵直接塔原料外，也可采用高位槽送料，以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装置可采用全凝气，分凝器全凝气两种不同的设备。工业上以采用全凝气为主，以便于准确的控制回流比，塔顶分凝器对上升蒸汽有一定的增浓作用，若后续装置使用气态物料，则宜用分凝器。总之，确定流程时要较全面，合理的兼顾设备，操作费用，操作控制及安全诸因素。2.1.2操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗2.1.3进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，为设计和制造上提供了方便。2.1.4加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大(如酒精与水的混合液)，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜内只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。但在本次课程设计中对于甲醇-水的二元混合液，甲醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。值得提及的是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于甲醇水溶液，一般采用0.40.7KPa（表压）。当采用饱和水蒸汽作为加热剂时，选用较高的蒸汽压力，可以提高传热温度差，从而提高传热效率，但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。同时对于釜液的沸腾，温度差过大，形成膜状沸腾，反而对传热不利。2.1.5冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。如果能用常温水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过50，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。2.1.6回流比的选择回流比是精馏操作中的重要工艺条件，其选择的原则是使设备费用和操作费用之和最低。设计时，应根据实际需要选择合适的回流比，也可参考同类生产的经验值，必要时可迭用若干个R值，利用吉利兰图求出对应的理论板数N,作出R/Rmin -(R+1) N曲线，从中找出适宜的回流比R。本次设计任务是分离甲醇-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，塔顶上的蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经塔顶产品冷却器冷却后送至储罐，该物系属于易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.6倍，塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.1.7热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。选取适宜的回流比，使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降至最低。与此同时，合理利用精馏过程本身的热能也是节约的重要举措。若不计进料、馏出液和釜液间的焓差，塔顶冷凝器所输出的热量近似等于塔底再沸器所输入的热量，其数量是相当可观的。然而，在大多数情况，这部分热量由冷却剂带走而损失掉了。如果采用釜液产品去预热原料，塔顶蒸汽的冷凝潜热去加热能级低一些的物料，可以将塔顶蒸汽冷凝潜热及釜液产品的余热充分利用。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以取得节能的效果。例如，采用中间再沸器和中间冷凝器的流程1，可以提高精馏塔的热力学效率。因为设置中间再沸器，可以利用温度比塔底低的热源，而中间冷凝器则可回收温度比塔顶高的热量。2.2确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。2.2.2满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得合适等，均要作全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最佳方案。例如，在缺水地区，冷却水的节省就很重要；在水源充足及电力充沛、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积。2.2.3 保证安全生产甲醇属易燃物料，不能让其蒸汽弥漫车间，也不能使用容易发生火花的设备。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对第三个原则只要求作一般的考虑。第3章 精馏塔的工艺设计3.1全塔物料衡算3.1.1原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 (3.1) (3.2) (3.3)3.1.2原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量(3.4) (3.5) 3.1.3原料液的进料流量3.2实际回流比及操作线方程由数据手册查的甲醇-水的物系汽液平衡数据如下：表3.1 常压下的甲醇-水的气液平衡数据3.2.1最小回流比及实际回流比确定 根据101.325KPa下，甲醇-水的汽液平衡组成关系绘出甲醇-水t-x-y和x-y图，由图可知甲醇-水体系不存在切线的情况故可直接根据曲线拟合方程求出Rmin泡点进料 Xe=Xq由下图（y-x）图可得图3.2甲醇-水气液平衡三段线3.3最小回流比的确定 确定回流比 R=(1.1-2.0)Rmin 当R=1.2Rmin 塔板数xy0.729,10.304,0.7290,0.30410.9579 0.982 0.9579 1.1380 0.3969 20.9272 0.9695 0.9272 1.0850 0.3878 30.8893 0.9534 0.8893 1.0213 0.3767 40.8429 0.9335 0.8429 0.9465 0.3631 50.7868 0.9091 0.7868 0.8607 0.3468 60.7202 0.8796 0.7202 0.7651 0.3277 70.6426 0.8447 0.6426 0.6627 0.3056 80.5547 0.8040 0.5547 0.5577 0.2808 90.4578 0.7578 0.4578 0.4556 0.2539 100.3621 0.7069 0.3545 0.3621 0.2259 110.2872 0.6566 0.2563 0.2872 0.1997 120.2392 0.6173 0.1819 0.2392 0.1803 130.1623 0.5330 0.0301 0.1623 0.1419 140.0773 0.3577 -0.2532 0.0773 0.0761 150.0251 0.1635 -0.5154 0.0067 0.0251 160.0054 0.0445 -0.6492 -0.0769 0.0054 可以得到N=16，当R取别的值时，由相同的方法可得其理论板数，通过尝试比较板数初步取理论操作回流比为最小回流比的1.6倍：R=1.6Rmin=1.5923.4实际回流比确定图 3.2.2操作线方程(1）精馏段操作线方程： （3.6）(2）提馏段操作线方程： （3.7）3.2.3汽、液相热负荷计算(1）精馏段: (2）提馏段： 3.2.4物料衡算总物料衡算(直接蒸汽加热）：(3.8)轻组分(甲醇）衡算：(3.9)由恒摩尔流假设得： (3.10)求解得到：F=381.94kmol/h D=102.97kmol/h S=254.82kmol/h W=533.79kmol/h3.3理论塔板数确定通过Excel程序，根据相平衡线和精馏段和提馏段段操作线方程做Excel程序，直到与板块的液体组成小于0.020为止，由此，得到理论板12块，加料板为第8块理论板。 (由程序可以得到每一块理论板上甲醇汽液组成）如下： 表3.2每块板的气液组成塔板数xy0.729,10.304,0.7290,0.30410.9579 0.982 0.9579 1.1380 0.3969 20.9272 0.9695 0.9272 1.0850 0.3878 30.8893 0.9534 0.8893 1.0213 0.3767 40.8429 0.9335 0.8429 0.9465 0.3631 50.7868 0.9091 0.7868 0.8607 0.3468 60.7202 0.8796 0.7202 0.7651 0.3277 70.6426 0.8447 0.6426 0.6627 0.3056 80.5547 0.8040 0.5547 0.5577 0.2808 90.4578 0.7578 0.4578 0.4556 0.2539 100.3621 0.7069 0.3545 0.3621 0.2259 110.2872 0.6566 0.2563 0.2872 0.1997 120.2392 0.6173 0.1819 0.2392 0.1803 130.1623 0.5330 0.0301 0.1623 0.1419 140.0773 0.3577 -0.2532 0.0773 0.0761 150.0251 0.1635 -0.5154 0.0067 0.0251 160.0054 0.0445 -0.6492 -0.0769 0.0054 3.4实际塔板数确定式中：塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度塔顶与塔底平均温度下的液相粘度(1）精馏段：精馏段平均温度： 在图3.1中查的，该温度下甲醇在液相组成为，汽相组成为；数据手册中查的该温度下甲醇的黏度，水的粘度； 甲醇和水的相对挥发度 液相粘度： 塔板效率： 实际塔板数： 故精馏段实际塔板数为17块。(2）提馏段：提馏段平均温度：在图3.1中查的，该温度下甲醇在液相组成为，汽相组成为；数据手册中查的该温度下甲醇的黏度，水的粘度； 塔板效率： 实际塔板数： 故提馏段实际塔板数为8块。全塔所需要的实际塔板数：25块，加料板位于第18块。全塔效率： 3.5精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算3.5.1操作压力计算塔顶操作压力：每层塔板压降：进料板的压力：塔底的压力：(1）精馏段平均压力： (2）提馏段平均压力： 3.5.2操作温度计算塔顶温度：； 进料板的温度：；塔底的温度： (1）精馏段平均温度： (2）提馏段平均温度： 3.5.3平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量： 进料板平均摩尔质量： 塔底平均摩尔质量： (1）精馏段平均摩尔质量： (2）提馏段平均摩尔质量： 3.5.4平均密度计算气相平均密度计算：由理想气体状态方程，即液相平均密度计算：注：为该物质的质量分数塔顶平均密度计算：由，查手册得， 进料板平均密度计算：由，查手册得， 质量分数：塔底平均密度计算：由，查手册得， (1）精馏段平均密度： (2）提馏段平均密度： 3.5.5液体平均表面张力计算对于二元有机物-水溶液表面张力可用下试计算：精馏段平均温度：71.7 液相组成为x1=0.5753 甲醇的质量分数w=0.7066 得提馏段平均温度：88.8液相x1=0.094w=0.1557 3.5.6液体平均黏度计算液体平均黏度计算公式：查表由视差法求得 (1）精馏段液体平均黏度：(2）提馏段液体平均黏度： 3.6精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.6.1塔径计算(1）精馏段 查史密斯关联图(化工原理)，横坐标为： 史密斯关联图取板间距，板上液层高度则：查图得： 取安全系数为0.7，则空塔气速为：按标准塔径圆整后为： 截塔面积为：实际空塔气速：符合要求 (2）提馏段提馏段的气、液相体积流率为： 查史密斯关联图，横坐标为：取板间距，板上液层高度则：查图得：取安全系数为0.7，则空塔气速为：按标准塔径圆整后为： 截塔面积为：实际空塔气速： 符合要求3.6.2精馏塔有效高度计算(1）精馏段有效高度 (2)提馏段有效高度 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.5m，故精馏塔有效高度: 第4章 塔板工艺尺寸的计算4.1精馏段塔板工艺尺寸的计算4.1.1溢流装置计算因塔径D=1.2m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹型受液盘。各项计算如下：4.1.1.1堰长取4.1.1.2溢流堰高度由，堰上液层高度：所以选用平直堰,取板上清液层高度，故4.1.1.3弓形降液管宽度和截面积由查弓形降液管参数图得：；故 验算液体在降液管中停留时间,即：故降液管设计合理。4.1.1.4降液管底隙高度取，则故降液管底隙高度设计合理，选用凹形受液盘，深度。4.1.2塔板设计4.1.2.1塔板分块因为，故塔板采用整块式。4.1.2.2边缘区宽度确定取，4.1.2.3鼓泡区面积的计算鼓泡区面积计算： 所以, 4.2提馏段塔板工艺尺寸设计4.2.1溢流装置计算因塔径D=1.2m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹型受液盘。各项计算如下：4.2.1.1堰长取4.2.1.2溢流堰高度由，堰上液层高度：所以选用平直堰,取板上清液层高度，故4.2.1.3弓形降液管宽度和截面积由查弓形降液管参数图得：；故 验算液体在降液管中停留时间,即：故降液管设计合理。4.2.1.4降液管底隙高度取，则故降液管底隙高度设计合理，选用凹形受液盘，深度4.2.2塔板设计4.2.2.1塔板分块因为，故塔板采用整块式。4.2.2.2边缘区宽度确定取，4.2.2.3鼓泡区面积的计算鼓泡区面积计算： 4.2.2.4阀孔计算及其排列采取正三角形排列 孔心距取=12.5mm筛板塔理论孔数为 1.155*0.7728/=5713实际孔数为5483 开孔率为： 筛板塔布孔图 4.3塔板的流体力学性能的验算4.3.1精馏段(1）干板阻力计算 （4.11） =0.67 (2）气体通过液层的阻力(）=1.87m/s B=0.57 =0.0285m(3）液体表面张力阻力计算 气体克服表面张力照成的阻力为 气体通过每层塔板的液柱高度：气体通过每层的压力降为： (设计允许）4.3.1.1液沫夹带核算 故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。4.3.1.2漏液核算 故本设计合理。4.3.1.3液泛 取 =0.5 则=0.5*（0.4+0.0397）=0.245 4.3.2提馏段(1）干板阻力计算 （4.13) (4.14) =0.78 (2）气体通过液层的阻力(）=1.97m/s B=0.57 =0.0285m (3）液体表面张力阻力计算 气体克服表面张力 气体通过每层塔板的液柱高度：气体通过每层的压力降为： (设计允许）4.3.2.1液沫夹带核算 故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。4.3.2.2漏液核算 故本设计合理。4.3.2.3液泛 取 =0.5 则=0.5*（0.45+0.0318）=0.241 4.4塔板的负荷性能图4.4.1精馏段4.4.1.1漏液线：在操作范围内，任取几个值，依据上式计算出值，计算结果列于下表（表4.1）所示。表4.1 漏液线计算结果Vs漏液线 m3/s m3/s 0.000060.602 0.00150.6860.0030.736 0.00450.776 0.006 0.81 0.0075 0.844.4.1.2液沫夹带线： 在操作范围内，任取几个值，依据上式计算出值，计算结果列于下表（表8