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化工原理课程设计 板式精馏塔设计 1 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 2 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 2Rmin3 设备类型 筛孔板4 厂址 甘肃张掖 3 化工原理课程设计 甲醇 水板式精馏塔设计 一 流程和方案的确定二 工艺过程及相关计算三 塔板流体力学验算四 结果总结五 截点控制图 4 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 5 二 工艺过程及相关计算 6 塔板数的计算 物料衡算板数计算R 2 Rmin 2 0 653 1 306 D 48 462kmol h W 93 136kmol h 内插法 精馏段 提馏段 7 工艺条件及有关物性数据的计算 8 塔体工艺尺寸计算 9 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 8m故精馏塔有效高度为Z Z精 Z提 0 8 5 6 1 6 0 8 8m 10 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 60 1 0 0 60m2 溢流堰高度hw由hw hL how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 11 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 06m3 弓形降液管的宽度Wd和截面积Af由Lw D 0 6m查可求得Af AT 0 058Wd D 0 12Af 0 058 0 785 0 0455m2Wd 0 12D 0 12 1 0 0 12m并依据下式验算液体在降液管中的停留时间 即 3600Af HT Lh 3600 0 0455 0 40 1 98 33 1s 5s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hoho Lh 3600 lw uo 取uo 0 07m s则ho 0 00055 3600 3600 0 60 0 07 0 0406m 0 006m故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘 深度 12 4 降液管底隙高度hoho Lh 3600 lw uo 取uo 0 07m s则ho 0 00055 3600 3600 0 60 0 07 0 0406m 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 13 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 14 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 hLua Vs AT Af 0 864 0 785 0 0455 1 168m sFo 1 168 1 044 1 2 1 193kg1 2 sm1 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 15 液体表面张力的阻力h 由公式h 4 L L g do 计算 则有h 4 34 643 10 3 809 30 9 81 0 005 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 hP Lg 0 0693 809 30 9 81 550 189Pa 0 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 7 10 6 L ua HT hf 3 2 16 由hf 2 5hL 2 5 0 06 0 15m所以 ev 5 7 10 6 34 643 10 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 13hL h L V 1 2 实际孔速为 o 15 93m s Uo min稳定系数为 Uo Uo min 15 93 9 41 1 69 1 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 17 Hd HT hw 甲醇与水属于一般物系 取 0 5 则 HT hw 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 0 0026m液柱Hd hp hL hd 0 0693 0 06 0 0026 0