化学与化学工程学院
《化工原理》专业课程设计
设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计
姓名：潘永春
班级：化工101
学号：
2010054052
指导教师：朱宪
荣
课程设计时间2013、6、8——2013、6、20
化工原理课程设计任务书
专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春
学号 20100054052 指导教师朱宪荣
设计日期： 2013 年6月8日至 2013年6月20日
一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计
二、设计任务及操作条件：
1、设计任务
生产能力（进料） 413.34Kmol/hr
操作周期 8000小时/年
进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同）
进料密度 233.9Kg/m3 平均分子量 22.65
塔顶产品组成 >99%
塔底产品组成 <0.04%
2、操作条件
操作压力 1.45bar （表压）
进料热状态汽液混合物液相分率98%
冷却水 20℃
直接蒸汽加热低压水蒸气
塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。
3、设备形式筛板式或浮阀塔
4、厂址齐齐哈尔地区
三、图纸要求
1、计算说明书（含草稿）
2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）
一．前言5
1.精馏与塔设备简介 5
2.体系介绍 5
3.筛板塔的特点 6
4.设计要求: 6
二、设计说明书7
三．设计计算书8 1.设计参数的确定8
1.1进料热状态8
1.2加热方式8
1.3回流比（R）的选择8
1.4 塔顶冷凝水的选择 8
2.流程简介及流程图 8
2.1流程简介8
3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9
3.1理论板数计算9
3.1.1物料衡算9
3.1.2 q线方程9
3.1.3平衡线方程10
3.1.4 Rmin和R的确定10
3.1.5精馏段操作线方程的确定10
3.1.6精馏段和提馏段气液流量的确定10
3.1.7提馏段操作线方程的确定10
3.1.8逐板计算10
3.1.9图解法求解理论板数如下图: 12
3.2实际板层数的确定12
4精馏塔工艺条件计算12
4.1操作压强的选择12
4.2操作温度的计算13
4.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算13
4.3.1 密度及流量13
4.3.2液相表面张力的确定：14
4.3.3 液体平均粘度计算15
4.4塔径的确定15
4.4.1精馏段15
4.4.2提馏段17
4.5塔有效高度17
4.6整体塔高17
5.塔板主要工艺参数确定18
5.1溢流装置18
5.1.1堰长lw 18
5.1.2出口堰高hw 18
5.1.3弓形降液管宽度Wd和面积Af 18
5.1.4降液管底隙高度h
19
5.2塔板布置及筛孔数目与排列19
5.2.1塔板的分块19
5.2.2边缘区宽度确定19
5.2.3开孔区面积Aa计算19
5.2.4筛孔计算及其排列20
6.筛板的力学检验20
6.1塔板压降20
计算20
6.1.1干板阻力h
c
6.1.2气体通过液层的阻力Hl计算21
21
6.1.4气体通过每层塔板的液柱高h
p
6.2 筛板塔液面落差可忽略21
6.3液沫夹带21
6.4漏液22
6.5液泛22
7.塔板负荷性能图22
7.1漏液线 22
7.2液沫夹带线23
7.3液相负荷下限线24
7.4液相负荷上限线24
7.5液泛线 24
7.6操作弹性25
8. 辅助设备及零件设计26
8.1塔顶冷凝器（列管式换热器）26
8.1.1方案Ⅰ：垂直管26
8.1.2方案Ⅱ：水平管29
8.2各种管尺寸的确定30
8.2.1进料管30
8.2.2釜残液出料管30
8.2.3回流液管31
8.2.4再沸器蒸汽进口管31
8.2.5 塔顶蒸汽进冷凝器出口管31
8.2.6冷凝水管32
8.3冷凝水泵32
9.设计结果汇总33
10. 参考文献及设计手册35
四．设计感想35
一．前言
1.精馏与塔设备简介
蒸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蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（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。这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。
蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。工业中的蒸馏多为多组分精馏，本设计着重讨论常压下的双组分精馏，即苯-甲苯体系。
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。
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。
筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。本设计讨论的就是筛
板塔。
2.体系介绍
甲醇－水体系汽液平衡数据(101.325kPa)：
x 0 0.0531 0.0767 0.0926 0.1257 0.1315 0.1674 0.1818 0.2083 0.2319
y 0 0.2834 0.4001 0.4353 0.4831 0.5455 0.5585 0.5775 0.6273 0.6485
t/℃100 92.9 90.3 88.9 86.6 85.0 83.2 82.3 81.6 80.2
x0.2818 0.2909 0.3333 0.3513 0.4620 0.5292 0.5937 0.6849 0.7701 0.8741 1.00
y0.6775 0.6801 0.6918 0.7347 0.7756 0.7971 0.8183 0.8492 0.8962 0.9194 1.00
t/℃78.0 77.8 76.7 76.2 73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9 64.7 甲醇、水密度、粘度、表面张力在不同温度下的值：
50 60 70 80 90 1
ρ甲醇760 751 743 734 725 7
ρ水988.1 983.2 977.8 971.8 965.3 9
μ甲醇0.350 0.306 0.277 0.251 0
μ水0.479 0.414 0.362 0.321 0
ζ甲醇18.76 17.82 16.91 15.82 1
ζ水66.2 64.3 62.6 60.7 5
3.筛板塔的特点
筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小
孔径筛板(孔径为3—8mm)和大孔径筛板(孔径为10—25mm)两类。工业应用小以小孔径
筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。
筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体
分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。
应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减
小，传质效率下降．故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，
可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进
控制手段的前提下，设计中可大胆选用。
4.设计要求:
设计条件：
体系：甲醇-水体系
P=145kpa（表压）
进料组成0。4634 馏出液组成》0.99
釜液组成《0.004 （以上均为质量分率）
加料热状况q=1.0
塔顶全凝器泡点回流
回流比R=(1.1—2.0)R min
单板压降≤0.7kPa
二、设计说明书
（1）设计单元操作方案简介
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，工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，但适合于小规模、多品种或多组分物系的初步分离。故分离苯-甲苯混合物体系应采用连续精馏过程。
蒸馏是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，由冷凝器和冷却剂中的冷却介质将余热带走。塔顶冷凝装置可采用全凝器、分凝器-全凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主，以便准确控制回流比。
（2）筛板塔设计须知
（1）筛板塔设计是在有关工艺计算已完成的基础上进行的。对于气、液恒摩尔流的塔段，只需任选其中一块塔板进行设计，并可将该设计结果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常选上面第一块塔板进行设计；全塔最下面一段塔段，通常选最下面一块塔板进行设计。这样计算便于查取气液相物性数据。
（2）若不同塔段的塔板结构差别不大，可考虑采用同一塔径，若不同塔段塔板的筛孔数、空心距与筛孔直径之比t/d0可能有差异。对筛孔少、塔径大的塔段，为减少进塔壁处液体“短路”，可在近塔壁处设置挡板。只有当不同塔段的塔径相差较大时才考虑采用不同塔径，即异径塔。
（3）筛板塔的设计程序
（1）选定塔板液流形式、板间距 HT、溢流堰长与塔径之比lw/D、降液管形式及泛点百分率。
（2）塔径计算。
（3）塔板版面布置设计及降液管设计。
（4）塔板操作情况的校核计算——作负荷性能图及确定确定操作点。三．设计计算书
1.设计参数的确定
1.1进料热状态
泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。饱和液体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，提馏段和精馏段塔径大致相同，在设备制造上比较方便。冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。所以根据设计要求，泡点进料，q＝1。
1.2加热方式
精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于甲醇-水体系中，甲醇是轻组分由塔顶冷凝器冷凝得到，水为重组分由塔底排出。所以本设计应采用再沸器提供热量，采用直接（低压）水蒸汽加热。
1.3回流比（R）的选择
实际操作的R必须大于R min，但并无上
限限制。选定操作R时应考虑，随R选值
的增大，塔板数减少，设备投资减少，但
因塔内气、液流量L，V，L’，V’增加，
势必使蒸馏釜加热量及冷凝器冷却量增
大，耗能增大，既操作费用增大。若R值
过大，即气液流量过大，则要求塔径增大，设备投资也随之有所增大。其设备投资操作费用与回流比之间的关系如下图所示。总费用最低点对应的R值称为最佳回流比。设计时应根据技术经济核算确定最佳R值，常用
的适宜R值范围为：R＝（1.2～2）R min。
1.4 塔顶冷凝水的选择
采用深井水，温度t＝20℃
2.流程简介及流程图
2.1流程简介
含甲醇0.4634（摩尔分数）的甲醇-水混合液经过预热器，预热到泡点进料。进入精馏塔后分离，塔顶蒸汽冷凝后有一部分作为产品（含甲醇0.99），一部分回流再进入塔中，塔底残留液给再沸器加热后，部分进入塔中，部分液体作为产品排出塔体（含甲醇0.04）。
2.2简略流程图如下：
甲醇—水精馏流程图
3.理论塔板数的计算、实际板数的确定及热量衡算
3.1理论板数计算
3.1.1物料衡算
已知进料量F＝413.34kmol/h，进料组成X F＝0.3269，进料q＝1
设计要求：X D＝0.9824，Xw=0.0225
衡算方程：
F=D+W D=137.56Kmol/h
FX F=DX D+WX W W=275.78Kmol/h
3.1.2 相对挥发度的确定
纯组分的饱和蒸汽压Ｐ０与温度ｔ的关系
A B Ｃ
甲醇８．０８０９７１５８２．２７１２３９．７２水８．０７１３１１７３０．６３０２３３．４２㏒＝Ｐsat=A-Ｂ／（Ｔ＋Ｃ）Ｔ用℃表示，P用㎜Hg表示。
α顶=1.64 α底=7.05
α=α=3.40
Xe=0.3269代入公式的：
得y=0.5744
（Xe,Ye）=(0.3269,0.5744)
3.1.3R min和R的确定
=0.51
在(1.1—2.0)之间，符合要求。
3.1.4精馏段操作线方程的确定
精馏段操作线方程：
=0.7143x n+0.2807
3.1.5精馏段和提馏段气液流量的确定
已知D＝137.56kmol/h R＝2.5
精馏段：L＝RD＝343.9kmol/h
V＝（R＋1）D＝481.46kmol/h
提馏段：L’＝L＋qF＝757.24kmol/h
V’＝V-(1-q)F＝V＝481.46kmol/h
3.1.6提馏段操作线方程的确定
提馏段操作线方程：
=1.5728X w-0.0001289
采用逐板计算法：
X D=y1=0.9824 x1=0.9426
y2=0.9540 x2=0.8591
y3=0.8944 x3=0.7135
y4=0.7904 x4=0.5258
y5=0.6563 x5=0.3596
y6=0.5376 x6=0.2548<0.3269
因x6 y7=0.4006 x7=0.1643 y8=0.2583 x8=0.09290 y9=0.1460 x9=0.0.04787 y10=0.0752 x10=0.02334 y11=0.03659 x11=0.01105 y12=0.01724 x12=0.005134 y13=0.006786 x13=0.002005 y14=0.003025 x14=0.0008917 y15=0.001274 x15=0.0001356 y16=0.0004607 x16=0.0001356 所需总理论板数为16块，第6块板为加料板，精馏段需6块板。 =0.567 =0.420 N精=10.60约11 N提=24.087约25 N T=36 全塔效率：=44.44% 3.2热量衡算 3.2.1比热容及汽化热的计算 比热容（kj/kmol.k) 60 70 80 90 100 甲醇88.3 94.29 101.3 水75.294 75.366 75.51 75.672 75.816 汽化潜热 T 60 80 100 甲醇（kj/kg）1128 1070 1030 T 62 64 66 68 水(j/mol) 42329 42241 42153 42065 (1)塔顶温度t d =64.85℃时，内插法求得 =89.12KJ/(molK) 同理可分别求出： (3)进料塔温度t F=76.87℃时，比热容 =94.506KJ/(molK) (3)塔底温度t w99.97℃时，比热容 =86.6KJ/(molK) 3.2.1热量衡算 （1）0℃时塔顶上升的热量，塔顶0℃为基准 （2）回流液的热量 t d =64.85℃ (3)塔顶馏出液热量 (4)进料热 (5)塔底残液热 (6)冷凝管消耗热 (7)再沸器提供热：塔釜热损失10%。即 即实际热负荷： 计算得： 热量衡算结果 项目进料冷凝器塔顶馏出液塔底残液再沸器平均比热容 kj/kmol.k 84.506 -------- 89.12 76.6 ------ 热量Q（kj/h）2042594.5 3 2863678.4 4 1167550.426 1192893.811 24324540.82 4精馏塔工艺条件计算4.1操作压强的选择 应该根据处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性原则。对热敏物料，一般采用减压操作，可使相对挥发度增大，利于分离，但压力减小，导致塔径增加，要使用抽空设备。对于物性无特殊要求的采用常压操作。 塔顶压力P顶=145kPa 单板压降ΔP=0.7kPa 进料板压力p F=145+0.7*(n-1)=152kPa 塔底压力p w=145+0.7*(36-1)=169.5kPa 精馏段平均压力p m=(145+152)/2=148.5kPa 提留段平均压力p m' =(169.5+152)/2=160.75kPa 4.2操作温度的计算 利用汽液平衡数据利用数值插值法确定进料温度t F、塔顶温度t D、塔底温度t W 塔顶温度：t D=65.01 ℃ 进料温度：t F=76.81℃ 塔底温度：t W=99.97℃ 精馏段平均温度：t1=70.94℃ 提溜段平均温度：t2=88.42℃ 4.3塔内物料平均分子量、张力、流量及密度的计算 4.3.1 密度及流量 甲醇分子量为：32.04kg/kmol (Ma) 水的分子量为：18.01 kg/kmol (Mb) Ⅰ、精馏段 精馏段平均温度：70.94℃ 精馏段平均液相组成： 精馏段平均汽相组成： 精馏段液相平均分子量： 精馏段气相平均分子量： 液相密度： 气相密度： 液相流量： 气相流量： Ⅱ、提馏段 提馏段平均温度：79.54℃ 提馏段平均液相组成： 提馏段平均气相组成： 提馏段液相平均分子量： 提馏段气相平均分子量： 液相密度： 气相密度： 液相流量： 气相流量： 4.3.2液相表面张力的确定： 查图知：二元有机物-水溶液表面张力可用下列公式计算 其中 上述诸式中下标W,O,S------分别代表水、有机物及表面部分； Xw，Xo-----主体部分的分子数： Vw，Vo------主体部分的分子体积； σw，σo-----分别为纯水、有机物的表面张力；对甲醇q=1。 塔顶液相表面张力 =65.01℃ 18.29 65.25 T w=99.97℃14.89 58.8 T F=76.87℃17.20 63.13 代入上式得： 塔顶液表面张力： 同理得 进料板液相表面张力 塔顶 塔底 精馏段平均表面张力 提馏段平均表面张力 4.3.3 液体平均粘度计算 T D=65.01℃ T F=76.87℃ T W=99.97 得： 塔顶液相粘度0.9824*0.328+(1-0.9824)*0.4465=0.3301 塔底液相粘度0.228 进料板液相粘度0.3482 精馏段0.33915 提馏段0.3181 4.4塔径的确定 4.4.1精馏段 欲求塔径应先求出空塔气速 u＝安全系数×u max 功能参数： =0.05m，取塔板间距=0.35，板上液层高度h 1 =0.35-0.05=0.30m 那么分离空间：- h 1 从史密斯关联图查得：C =0.060，由于 20 =1.5214m/s =1.1411m/s U=0.75u max m 圆整得D=1.7m 塔截面积：A T=(3.14/4)*11.72=2.2687 实际空塔气速： 4.4.2提馏段 功能参数： 取塔板间距=0.38m，板上液层高度板上液层高度h =0.05m， 1 那么分离空间： - h1=0.38-0.08=0.30m =0.060，由于 从史密斯关联图查得：C 20 u=0.75u =1.5089m/s max 圆整取：D'=1.5m 塔截面积：A T=(3.14/4)*D’2=1.7663 实际空塔气速： 4.5塔有效高度 三精馏段有效高度 Z=(11-1)*0.35=3.5m 提馏段有效高度 从塔顶开始每隔7块板开一个人孔，其直径为0.6米,开人孔的两块板间距取0.7米 所以应多加高(0.7-0.35)×[36/7]=1.8m Z=++1.0=3.5+8.4+1.8=13.7m 4.6整体塔高 (1)塔顶空间H D 取H D=1.6=0.35m加一人孔0.6米,共为0.95m (2)塔底空间 塔底储液高度依停留5min而定 m 取塔底液面至最下层塔板之间的距离为1m，中间开一直径为0.6米的人孔 1+0.6215=1.6215m (3)整体塔高 5.塔板主要工艺参数确定 5.1溢流装置 选用单溢流弓形管降液管，不设进口堰。 5.1.1堰长lw 取堰长l w=0.70D, l w=1.19m 5.1.2出口堰高h w 查图可知 E=1.02 h w＝h L－h ow其中 =.00130 h w取0.037m h Ow'取0.0130m 5.1.3弓形降液管宽度Wd和 面积Af 查图知 W d=0.238m 精馏段： 验算液体在降液管内停留时间 符合提镏段： 验算液体在降液管内停留时间 停留时间>5s 故降液管尺寸可用。 5.1.4降液管底隙高度 ，取 则精馏段： 提镏段： 故降液管底隙高度设计合理 5.2塔板布置及筛孔数目与排列 5.2.1塔板的分块 化工原理课程设计说明书 设计题目：甲醇—水连续填料精馏塔 设计者： 专业： 学号： 指导老师： 2007年7 月13日 目录 一、设计任务书 (1) 二、设计的方案介绍 (1) 三、工艺流程图及其简单说明 (2) 四、操作条件及精熘塔工艺计算 (4) 五、精熘塔工艺条件及有关物性的计算 (14) 六、精馏塔塔体工艺尺寸计算 (19) 七、附属设备及主要附件的选型计算 (23) 八、参考文献 (26) 九、甲醇－水精熘塔设计条件图 一、设计任务书 甲醇散堆填料精馏塔设计： 1、处理量：12000 吨/年(年生产时间以7200小时计算) 2、原料液状态：常温常压 3、进料浓度：41.3%(甲醇的质量分数) 塔顶出料浓度：98.5%(甲醇的质量分数) 塔釜出料浓度：0.05%(甲醇的质量分数) 4、填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料 5、厂址位于沈阳地区 二、设计的方案介绍 1、进料的热状况 精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门季节温度影响，而且基于恒摩尔流假设，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。 2、精熘塔的操作压力 在精馏操作中，当压力增大，混合液的相对挥发度减小，将使汽相和液相的组成越来越接近，分离越来越难；而当压力减小，混合液的相对挥发度增大，α值偏离1的程度越大，分离越容易。但是要保持精馏塔在低压下操作，这对设备的要求相当高，会使总的设备费用大幅度增加。在实际设计中，要充分考虑这两 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： 指导老师： 目录 第一章流程确定和说明 (2) 1.1.加料方式 (2) 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) 化学与化学工程学院 《化工原理》专业课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 姓名：潘永春 班级：化工101 学号： 2010054052 指导教师：朱宪 荣 课程设计时间2013、6、8——2013、6、20 化工原理课程设计任务书 专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春 学号20100054052 指导教师朱宪荣 设计日期：2013 年6月8日至2013年6月20日 一、设计题目：甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务 生产能力（进料）413.34Kmol/hr 操作周期8000小时/年 进料组成甲醇0.4634 水0.5366（质量分率下同） 进料密度233.9Kg/m3 平均分子量22.65 塔顶产品组成>99% 塔底产品组成<0.04% 2、操作条件 操作压力 1.45bar （表压） 进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气 塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔 4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿） 一．前言 5 1.精馏与塔设备简介 5 2.体系介绍 5 3.筛板塔的特点 6 4.设计要求: 6 二、设计说明书7 三．设计计算书8 1.设计参数的确定8 1.1进料热状态 8 1.2加热方式8 1.3回流比（R）的选择 8 1.4 塔顶冷凝水的选择8 2.流程简介及流程图8 2.1流程简介8 3.理论塔板数的计算与实际板数的确定9 3.1理论板数计算9 3.1.1物料衡算9 1.4.2 甲醇精馏的典型工艺流程甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏(即三塔加回收塔) (1) 单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇,由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少,而且二甲醚的含量几十倍地降低,因此在取消化学净化的同时,可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行,即单塔流程,就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离,很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程(见图1.1)为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入,轻组分由塔顶排出,高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出,水从塔底排出,产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔,甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100万吨/年以下,仅仅能提供简单的过程,所以设备和投资较低。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的 大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部之间进行。这种形式节省大约30%~40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置，加压塔塔底的甲醇、高沸组分、 滨州学院 课程设计任务书 一、课题名称 甲醇——水分离过程板式精馏塔设计 二、课题条件（原始数据） 原料：甲醇、水溶液 处理量：3200Kg/h 原料组成：33%（甲醇的质量分率） 料液初温：20℃ 操作压力、回流比、单板压降：自选 进料状态：冷液体进料 塔顶产品浓度：98%（质量分率） 塔底釜液含甲醇含量不高于1%（质量分率） 塔顶：全凝器 塔釜：饱和蒸汽间接加热 塔板形式：筛板 生产时间：300天/年，每天24h运行 冷却水温度：20℃ 设备形式：筛板塔 厂址：滨州市 三、设计内容 1、设计方案的选定 2、精馏塔的物料衡算 3、塔板数的确定 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数） 5、精馏塔塔体工艺尺寸的计算 6、塔板主要工艺尺寸的计算 7、塔板的流体力学验算 8、塔板负荷性能图（精馏段） 9、换热器设计 10、馏塔接管尺寸计算 11、制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸） 12、绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件）（手绘，A1图纸） 13、撰写课程设计说明书一份 设计说明书的基本内容 ⑴课程设计任务书 ⑵课程设计成绩评定表 ⑶中英文摘要 ⑷目录 ⑸设计计算与说明 ⑹设计结果汇总 ⑺小结 ⑻参考文献 14、有关物性数据可查相关手册 15、注意事项 ⑴写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源 ⑵每项设计结束后列出计算结果明细表 ⑶设计最终需装订成册上交 四、进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 1、设计动员，下达设计任务书0.5天 2、收集资料，阅读教材，拟定设计进度1-2天 3、初步确定设计方案及设计计算内容5-6天 4、绘制总装置图2-3天 5、整理设计资料，撰写设计说明书2天 6、设计小结及答辩1天 设计条件如下： 操作压力：105.325 Kpa（绝对压力） 进料热状况：泡点进料 回流比：自定 单板压降：≤0.7 Kpa 塔底加热蒸气压力：0.5M Kpa（表压） 全塔效率：E T=47% 建厂地址：武汉 [ 设计计算] （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回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。 该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2 倍。塔釜采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1、原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量：M A=32 Kg/Kmol 水的摩尔质量：M B=18 Kg/Kmol x F=32.4% x D=99.47% x W=0.28% 2、原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/Kmol M D= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol M W= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol 3、物料衡算 3 原料处理量：F=（3.61*10 3）/22.54=160.21 Kmol/h 总物料衡算：160.21=D+W 甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28% 得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h （三）塔板数的确定 1、理论板层数M T 的求取 甲醇-水属理想物系，可采用图解法求理论板层数 ①由手册查得甲醇-水物搦的气液平衡数据，绘出x-y 图（附表） ②求最小回流比及操作回流比 采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e（0.324 ，0.324）作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交战坐标为（x q=0.324,y q=0.675） 故最小回流比为R min= （x D- y q）/（ y q - x q）=0.91 取最小回流比为：R=2R min=2*0.91=1.82 ③求精馏塔的气、液相负荷 L=RD=1.82*51.88=94.42 Kmol/h V=（R+1）D=2.82*51.88=146.30 Kmol/h 甲醇-水分离过程板式精馏塔的设计 1.设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇和水混合物。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回流至塔内，其余部分经产品冷凝冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.8倍。塔釜采用间接蒸汽加热①。 2.精馏塔的物料衡算 2.1.原料液及塔顶、塔顶产品的摩尔分率 甲醇的摩尔质量M A=32.04kg/kmol 水的摩尔质量M B=18.02 kg/kmol x F= 0.46/32.04 0.324 0.46/32.040.54/18.02 = + x D= 0.95/32.04 0.914 0.95/32.040.05/18.02 = + x W= 0.03/32.04 0.0171 0.03/32.040.97/18.02 = + 2.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 M F=0.324*32.04(10.324)*18.0222.56 +-=kg/kmol M D=0.914*32.04(10.914)*18.0230.83 -=kg/kmol M W=0.0171*32.04(10.0171)*18.0218.26 +-=kg/kmol 2.3.物料衡算 原料处理量F= 30000*1000 184.7 24*300*22.56 =kmol/h 总物料衡算184.7=D+W 甲醇物料衡算184.7*0.324=0.914D+0.0171W 联立解得D=63.21 kmol/h W=121.49 kmol/h 3.塔板数的确定 3.1.理论塔板层数N T的求取 3.1.1.由手册查的甲醇-水物系的气液平衡数据 目录 设计任务书 一、概述 1、精馏操作对塔设备的要求和类型 (4) 2、精馏塔的设计步骤 (5) 二、精馏塔工艺设计计算 1、设计方案的确定 (6) 2、精馏塔物料衡算 (6) 3、塔板数的确定 (7) 的求取 (7) 3.1理论板层数N T 3.2实际板层数的求取 (8) 4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 4.1操作温度的计算 (11) 4.2平均摩尔质量的计算 (11) 4.3平均密度的计算 (12) 4.4液相平均表面张力计算 (12) 4.5液体平均粘度计算 (13) 5、精馏塔塔体工艺尺寸计算 5.1塔径的计算 (14) 5.2精馏塔有效高度的计算 (15) 6、塔板主要工艺尺寸计算 6.1溢流装置计算 (16) 6.2塔板的布置 (17) 6.3浮阀计算及排列 (17) 7、浮阀塔流体力学性能验算 (19) 8、塔附件设计 (26) 7、精馏塔结构设计 (30) 7.1设计条件 (30) 7.2壳体厚度计算………………………………………………… 7.3风载荷与风弯矩计算………………………………………… 7.4地震弯矩的计算………………………………………………… 三、总结 (27) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目: 甲醇-水溶液连续精馏塔设计 二、设计条件: 年产量: 95%的甲醇17000吨 料液组成(质量分数): (25%甲醇，75%水) 塔顶产品组成(质量分数): (95%甲醇，5%水) 塔底釜残液甲醇含量为6% 每年实际生产时间: 300天/年,每天24小时连续工作 连续操作、中间加料、泡点回流。 操作压力：常压 塔顶压力4kPa(表压) 塔板类型：浮阀塔 进料状况：泡点进料 单板压降：kPa 7.0 厂址：安徽省合肥市 塔釜间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.5Mpa 三、设计任务 完成精馏塔的工艺设计,有关附属设备的设计和选型,绘制精馏塔系统工艺流程图和精馏塔装配图,编写设计说明书. 设计内容包括： 1、 精馏装置流程设计与论证 2、 浮阀塔内精馏过程的工艺计算 3、 浮阀塔主要工艺尺寸的确定 4、 塔盘设计 5、 流体力学条件校核、作负荷性能图 6、 主要辅助设备的选型 四、设计说明书内容 1 目录 2 概述(精馏基本原理) 3 工艺计算 4 结构计算 5 附属装置评价 6 参考文献 7 对设计自我评价 摘要：设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主 毕业设计设计题目：年产10万吨甲醇精馏工段工艺设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 南京工业大学 《化工原理》课程设计 设计题目 常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生姓名 陈献富 班级、学号 化工070313 指导教师姓名 刘晓勤、王晓东 课程设计时间2010年6月14日-2010年6月25日 课程设计成绩 指导教师签字 化学化工学院 课程名称化工原理课程设计 设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计 学生姓名周佳佳专业化学工程与工艺 班级学号1001090605 设计日期2010 年6 月14 日至2009 年6 月25日 设计条件及任务： 设计体系：甲醇－水体系 设计条件： 进料量：F= 200 kmol/h 进料浓度：Z F= 0.35 （摩尔量分数） 进料状态：q= 1.08 操作条件： 塔顶压强为4kPa(表压)，单板压降不大于0.7kPa。 塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃； 塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用3kgf/cm2(表压)水蒸汽 全塔效率：E T = 52% 分离要求：X D= 0.995（质量分数）；X W= 0.002（质量分数）； 回流比：R/R min =1.6 指导教师刘晓勤、王晓东 2010年6月11日 目录 绪论 1.精馏简介 蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是一种属于传质分离的。广泛应用于炼油、、轻工等领域。蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，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。以本设计所选取的甲醇-水体系为例，加热甲醇（沸点64.5℃）和水（沸点100.0℃）的混合物时,由于甲醇的沸点较低（即挥发度较高）,所以甲醇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。经过多次部分汽化部分冷凝，最终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。 在工业精馏设备中，使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触，以进行气液相际传质，结果是气相中的难挥发组分部分转入液相，中的易挥发组分部分转入气相，也即同时实现了液相的部分汽化和气相的部分冷凝。 蒸馏按操作可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等多种方式。按原料中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏。此外，按操作是否连续蒸馏和间歇蒸馏。工业中的蒸馏多为多组分精馏，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。本设计着重讨论常压下甲醇-水双组分体系精馏。 2.塔设备简介 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液 接触件的结构型式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量踏板，气 体以鼓泡活喷射形式穿过板上液层进行质、热传递，气液相组成成阶梯变化，属逐级 接触逆流操作过程。填料塔内有定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体 逆流而上（也有并流向下者）与液相接触进行质、热传递，气相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3） 气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料 消耗少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物 系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及 设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。 《化工设备设计基础》课程设计 题目：甲醇精馏塔的设计 年级：2011级 专业：化学工程与工艺 学号：0116 姓名：高鑫政 指导老师：徐琼 湖南师范大学树达学院 2014 年6 月4 日《化工设备机械基础》课程设计成绩评定栏 设计任务：甲醇精馏塔的设计 完成人：高鑫政学号：0116 评定基元评审要素评审内涵满分评分 设计说明书， 40% 格式规范 设计说明书是否符合 规定的格式要求 10 内容完整 设计说明书是否包含 所有规定的内容 10 设计方案 选材是否合理标准件 选型是否符合要求 10 工艺计算 过程 工艺计算过程是否正 确、完整和规范 10 设计图纸， 30% 图纸规范 图纸是否符合规范、标 注清晰 10 与设计吻合 图纸是否与设计计算 的结果完全一致 15 图纸质量设计图纸的整体质量 的全面评价 5 答辩成绩， 30% PPT质量 PPT画面清晰，重点突 出 10 内容表述答辩表述是否清楚10 回答问题回答问题是否正确10 100 评阅人签名：总分： 评分说明：储罐设计作品的总分=（设计说明书成绩+设计图纸成绩）*0.9+答辩成绩 塔设备设计作品的总分=设计说明书成绩+设计图纸成绩+答辩成绩 设计任务书(十六) 题目：甲醇精馏塔的设计 设计内容： 根据给定的工艺参数设计一筛板塔，具体包括塔体、裙座材料的选择；塔体及封头的壁厚计算及其强度、稳定性校核、筒体和裙座的水压试验应力校核、裙座结构设计及强度校核；塔设备的结构设计；基础环、地脚螺栓计算等 已知工艺参数： 塔体内径/mm 2000 塔高/mm 31000 计算压力/MPa 1.2 设计温度/o C 200 设置地区长沙地震设防烈度8 场地土类Ⅱ类设计地震 分组第二组设计基本地震 加速度 0.2g 地面粗糙度B类塔盘数52 塔盘存留介质100 河西学院 Hexi University 化工原理课程设计 题目: 甲醇-水板式分离精馏塔设计学院: 化学化工学院 专业: 化学工程与工艺 学号: 2014210036 姓名: 张小宝 指导教师: 冯敏 2016 年11 月29日 化工原理课程设计任务书一、设计题目 甲醇-水分离板式精馏塔设计 二、设计任务及操作条件 1.设计任务 生产能力（进料量）5万吨/年 操作周期每年300天，每天24小时运行 进料组成含甲醇46% （质量分率，下同） 塔顶产品组成甲醇含量不低于99.7% 塔底产品组成甲醇含量不高于0.5% 2.操作条件 操作压力常压 进料热状态自选 塔底加热蒸汽压力0.3MPa(表压) 单板压降≤0.7kPa 3.设备型式筛板或浮阀塔板 4.厂址张掖 三、设计内容 1.设计方案的选择及流程说明 2.塔的工艺计算 3.主要设备工艺尺寸设计 （1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学校核 （3）塔板的负荷性能图 （4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4.辅助设备选型与计算 5.设计结果汇总 6.工艺流程图及精馏工艺条件图 7.设计评述 目录 1 概述 (1) 1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用..................................... (1) 1.2 精馏塔对塔设备的要求 (1) 1.3 常用板式塔类型及本设计的选型 (2) 1.4 流程的确定和说明 (2) 2 精馏塔的物料衡算 (2) 2.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2) 2.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (3) 2.3 物料衡算 (3) 3 塔板数的确定 (3) 3.1 理论板层数 N的求取 (3) T 3.1.1 相对挥发度的求取 (3) 3.1.2 求最小回流比及操作回流比 (4) 3.1.3 求精馏塔的气、液相负荷 (5) 3.1.4 求操作线方程 (5) 3.1.5 采用图解法求理论板层数 (6) 3.2 实际板层数的求取 (6) 3.2.1 液相的平均粘度 (6) 3.2.2 精馏段和提馏段的相对挥发度 (7) 3.2.3 全塔效率E T和实际塔板数 (7) 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7) 4.1 操作压力的计算 (7) 4.2 操作温度计算 (8) 4.3 平均摩尔质量计算 (8) 4.4 平均密度计算 (9) 4.4.1 气相平均密度计算 (9) 4.4.2 液相平均密度计算 (9) 摘要 甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。无色、透明、高度挥发、易燃液体。略有酒精气味。分子式 C-H4-O。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。 目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化,总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料—甲醇的价格还会稳步提高。国又有一批甲醇项目在筹建。这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法是至关重要的。 本计为分离甲醇－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。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，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，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。 关键字：精馏泡点进料物料衡算 目录 1精馏塔的物料衡算 (2) 1.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 (2) 1.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 (2) 1.3物料衡算 (3) 2塔板数确定......................................... N的求取 (3) 2.1理论板层数 T 2.1.1求最小回流比及操作回流比 (3) 2.1.2求精馏塔的气、液相负荷............. 错误!未定义书签。 2.1.3求操作线方程 (4) 2.2实际板层数的求取........................ 错误!未定义书签。 3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 3.1操作压力 (5) 3.2操作温度 (5) 3.3平均摩尔质量计算 (5) 3.4平均密度计算 (6) 3.5液体平均表面力的计算 (8) 3.6液体平均粘度............................ 错误!未定义书签。4精馏塔的塔体工艺尺寸计算. (9) 4.1塔径的计算.............................. 错误!未定义书签。 4.1.1精馏段塔径计算...................................... 4.1.2 提馏段踏进计算..................................... 4.2精馏塔有效高度的计算 (12) 5 塔板主要工艺尺寸的计算 (13) 精馏段 5.1溢流装置计算............................ 错误!未定义书签。 l............................. 错误!未定义书签。 5.1.1堰长 W h (1) 5.1.2溢流堰高度 W 化工原理课程设计 一、设计题目 甲醇-水连续精馏塔的设计 二、设计条件 1、常压操作：p=１atm 2、进精馏塔的料液含甲醇61％（质量）,其余为水 3、产品的甲醇含量不得低于99％(质量) 4、残液中甲醇含量不得高于３%（质量） 5、生产能力为日处理（24h）66.5吨粗甲醇 三、设计内容 3.１:设计方案的确定及流程说明 ３.1.１:选择塔型 精馏塔属气—液传质设备。气—液传质设备主要有板式塔和填料塔两大类。该塔设计生产时日要求较大,由板式塔与填料塔比较知：板式塔直径放大时，塔板效率较稳定,且持液量较大,液气比适应范围大，因此本次精馏塔设备选择板式塔。 筛板塔是降液管塔板中结构最简单的，制造维修方便，造价低,相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。本次设计为分离甲醇与水,所以由各方面条件考虑后，本次设计应用筛板塔。 ３.1.２：精馏方式 由设计要求知,本精馏塔为连续精馏方式 3．1.3：装置流程的确定 为获取也液相产品，采用全凝器。 含甲醇61％(质量分数)的甲醇-水混合液经过预热器,预热到泡点进料。进入精馏塔后分离，塔顶蒸汽冷凝后有一部分作为产品经产品冷却器冷却后流入甲醇贮存罐，一部分回流再进入塔中，塔底残留液给再沸器加热后，部分进入塔中，部分液体作为产品经釜液冷却器冷却后流入釜液贮存罐。 3.1．4:操作压强的选择 常压操作可减少因加压或减压操作所增加的增、减压设备费用和操作费用，提高经济效益，在条件允许下常采用常压操作，因此本精馏设计选择在常压下操作。 3．1.5:进料热状态的选择 泡点进料时，塔的操作易于控制，不受环境影响。饱和液体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,提馏段和精馏段塔径大致相同,在设备制造上比较方便。冷液进塔虽可减少理论板数，使塔高降低，但精馏釜及提馏段塔径增大，有不利之处。所以根据设计要求,可采用泡点进料，q＝1。 3.1．６：加热方式 本次采用间接加热,设置再沸器 3.1.7:回流比的选择 选择回流比,主要从经济观点出发，力求使设备费用和操作费用最低，一般经验值为：Ｒ＝(1.2~2)Rｍｉn 经后面简捷法计算对应理论板数N时,可知,R=２Rmin时,理论板数最少，所以回流比选择为最小回流比的2倍。 兰州交通大学毕业设计（论文） 年产3.0万吨二甲醚装 置分离精馏工段的设计 学院：化学与生物工程学院 专业：化学工程与工艺 年产3.0万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计 摘要 随着社会的发展，能源问题日益成为人们所关注的热门话题，二甲醚作为燃料可代替液化石油气成为可能。二甲醚的合成技术来源主要有甲醇脱水法和一步直接合成法，甲醇脱水法有甲醇液相脱水法和甲醇气相脱水法。相比于甲醇合成法，一步合成法具有流程短、投资省、能耗低且可获得较高的单程转化率的优点。 制取二甲醚的最新技术是从合成气直接制取，相比较甲醇脱水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因为体系存在有未反应完的合成气以及二氧化碳，要得到纯度较高的二甲醚，分离过程比较复杂。合成气法现多采用浆态床反应器,其结构简单,便于移出反应热,易实现恒温操作，它可直接利用CO含量高的煤基合成气,还可在线卸载催化剂。本设计主要针对分离中的精馏工序进行工艺设计，分离二甲醚、甲醇和水三元体系。一步反应后产物分为气液两相，气相产物二甲醚被吸收剂吸收后送入解吸装置，液相甲醇、水进入甲醇分离系统对甲醇进行提纯，以便甲醇的再循环，部分二甲醚根据要求的纯度，从第二精馏塔加入。在设计过程中涉及到二甲醚分离塔的工艺计算包括物料衡算、热量衡算、操作条件等；设备的计算包括塔板数、塔高、塔径等；还有附属设备主要是换热器和泵的设计与选型。最后再通过流体力学演算证明各指标数据是否符合标准。 关键词：二甲醚合成分离三元体系精馏 Annual output of 30,000 tons of dimethyl ether distillation section in the design of separation device Abstract With the development of society, the energy problem has become the hot topic of concern, two ether as fuel can replace liquefied petroleum gas become possible. Two ether synthesis technology the main source of methanol dehydration method and one-step direct synthesis, methanol dehydration of methanol liquid-phase dehydration and methanol gas dehydration. Compared to methanol synthesis, one step synthesis 甲醇水筛板精馏塔课程设计 《化工原理》专业课程设计设计题目常压甲醇－水筛板精馏塔设计姓名：潘永春班级：化工101 学号：xx054052 指导教师：朱宪荣课程设计时间xx、6、8xx、6、20 化工原理课程设计任务书专业：化学与化学工程学院：化工101 姓名：潘永春学号 xx0054052 指导教师朱宪荣设计日期：xx 年6月8日至 xx年6月20日 一、设计题目： 甲醇－水精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件： 1、设计任务生产能力（进料）4 13、34Kmol/hr操作周期8000小时/年进料组成甲醇0、4634 水0、5366（质量分率下同）进料密度2 33、9Kg/m3 平均分子量 22、65塔顶产品组成 >99%塔底产品组成 <0、04% 2、操作条件操作压力 1、45bar （表压）进料热状态汽液混合物液相分率98% 冷却水20℃ 直接蒸汽加热低压水蒸气塔顶为全凝器，中间汽液混合物进料，连续精馏。 3、设备形式筛板式或浮阀塔 4、厂址齐齐哈尔地区 三、图纸要求 1、计算说明书（含草稿） 2、精馏塔装配图（1号图，含草稿）一、前言 51、精馏与塔设备简介 52、体系介绍 53、筛板塔的特点 64、设计要求:6 二、设计说明书7三、设计计算书 81、设计参数的确定 81、1进料热状态 81、2加热方式 81、3回流比（R）的选择 81、4 塔顶冷凝水的选择 82、流程简介及流程图 82、1流程简介 83、理论塔板数的计算与实际板数的确定 93、1理论板数计算 93、1、1物料衡算 93、1、2 q线方程 93、1、3平衡线方程103、1、4 Rmin和R的确定103、1、5精馏段操作线方程的确定103、1、6精馏段和提馏段气液流量的 中国矿业大学银川学院 本科毕业设计 < 2018 届） 题目年产15万吨甲醇制乙烯精馏工段工 艺设计 系别化学工程系 专业化学工程与工艺 年级 2018级 学生姓名刘雅慧 指导教师信振洋 2018年4月 10日 1.设计年产15万吨甲醇精馏段，年开车时间7920小时，工艺采用以煤制气为原料合成粗甲醇，经预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔分离后得到精甲醇的新节能型三塔工艺流程开发的 2.计算条件： ①原料气组成 CH3OH H2O CH3CH2OH 轻馏分杂醇 Wt% 95 3.72 0.1 1.11 0.07 ②精甲醇收集：99.6% ③废水中甲醇含量：50ppm 3.设计要求： ①编写计算说明书，其中包括综述，工艺路线选择，物料衡算与工艺计算，主要塔设备计算，热量衡算等。 ②图纸<3张）：甲醇精馏段带控制点工艺流程图，平面布置图，工段主要物料管道图，精馏塔图，主要设备图等 ③说明书可以电脑打字，图纸均为CAD绘图 摘要 甲醇是一种极重要的有机化工原料，最早由木材和木质素干馏制得，故俗称木醇，是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物，是碳一化学的基础产品。无色、透明、高度挥发、易燃液体、略有酒精味，分子式C-H4-O。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转化为汽车燃料的途径。 近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。为了满足经济发展对甲醇的需求，开展了此3000t/a的甲醇工程。设计的主要内容是进行物料衡算，塔设备简捷法计算、热量衡算、换热器计算等工艺计算。本设计本着符合国情、技术先进和易得、经济、环保的原则，采用煤炭为原料；利用GSP气化工艺造气；NHD净化工艺净化合成气体；低压下利用列管均温合成塔合成甲醇；三塔精馏工艺精制甲醇；此外严格控制三废的排放，充分利用废热，降低能耗，保证人员安全与卫生。 关键词：甲醇。精馏。物料衡算；热量衡算 新疆工业高等专科学校 课程设计任务书 2学年2学期2011年7月5日 专业应用化工技术班级应化09—4 （2）班 课程名称精馏塔设计 设计题目筛板精馏塔的设计指导教师李培 起止时间2011/7/4—2011/7/9 周数 1 设计地点教学楼 设计目的： 1着重加深学生对于化工原理理论知识的掌握。 2积极引导学生去思考，培养他们灵活运用所学知识去解决问题的能力，以及查阅资料、处理数据的能力。 设计任务或主要技术指标： 设计一个生产能力为5000kg/h，原料中甲醇含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲醇含量不低于95%；塔底甲醇含量不高于1%；常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料的筛板精馏塔。 设计进度与要求： 1拟订题目和课程设计指导书（包括课程设计目的、内容、要求、进度、成绩评定等），制定具体考核形式（一般应采用平常情况和答辩相结合方式）并于课程设计开始时向学生公布。 2完整的课程设计应由设计草稿书和任务书组成。草稿书不上交系里，是备指导老师检查之用，以督促学生按时完成设计及防止学生间抄袭。任务书应上交按照指定格式编排好的电子版及打印版。7月8日前上交系里。 主要参考书及参考资料： 1.陈敏恒等。化工原理，上、下册，第三版.北京：化学工业出版社，2006 2.《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第一版，第一篇，第13篇.北京：化学工业出版社，1979 3.陈英南。常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，2005 4.卢焕章。石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1982 5.祁存谦等。化工原理，上、下册，第二版.北京：化学工业出版社，2009 6.张立新等。传质与分离技术.北京：化学工业出版社，2009 · 中国矿业大学银川学院 本科毕业设计 （ 15 届） 题目年产8万吨甲醇精馏装置 工艺设计 : 系别化学工程系 专业班级化学工程与工艺（2）班 学生姓名曾豪 指导教师苗泽凯 教务处制 2015年4月25日^ 中文题目：年产8万吨甲醇精馏装置工艺设计毕业设计共54页 图纸共 4张 说明书共1页 完成日期：15年05月01日 答辩日期：15年05月16日 、 ; 《 ： 摘要 本设计是对年产8万吨甲醇精馏装置工艺设计，长期以来，甲醇都是被作为农药，医药，染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多的领域，为了使甲醇的利用更有竞争力，以便得到更纯度的甲醇而设计，设计中所采用的方法，归纳统计法、逐板计算法、演绎推理法。 本设计是以板式塔作为气液传质设备进行原料的分离，通过对精馏工艺进行物料衡、热量衡算、附属设备的选型计算，得到工艺数据从而绘制精馏塔的负荷性能图，确定操作线，分析结果确定设计是否符合要求。 本设计进料组成：水含量%（摩尔分数，下同），甲醇含量%；塔釜产品组成：水含量%，甲醇含量%。通过设计得到的结论：泡点进料，精馏塔塔径，塔高,理论塔板数为19块，实际塔板数为38块，其实实际塔板数精馏段为21块，提馏段为17块，从第22块开始进料，全塔效率%。 本设计通过各工段的计算、分析、绘图，结果基本符合设计要求。 — 关键词：甲醇；精馏段；提馏段；板式塔；性能图。 ; 目录 1 概述 (7) （ 甲醇的生产现状及应用 (7) 甲醇的合成方法及工艺 (7) 甲醇的合成所用的原料 (7) 甲醇合成方法 (7) 甲醇的生产工艺及进展 (8) 甲醇的精馏工艺 (8) 2 设计任务 (9) 设计内容 (9) , 本设计所选的工艺流程 (9) 操作条件的选择 (10) 设计依据 (11) 3 精馏工段的物料衡算 (12) # 目录 设计任务书(委托书) (2) 前言 (3) 工艺流程图 (4) 主机(精馏塔)的设计和计算 (5) 1、平衡关系图 (5) 2、R min,R的选取及N的确定 (7) 3、物料衡算 (8) : 4、塔型的选择及依据 (11) 5、塔径D,塔高Z及压降△P的计算 (12) 6、计算结果列表 (15) 辅机(辅助设备)的选型计算 (16) 1、储槽 (原料液储槽) 的选型计算 (16) 2、换热器的选型计算 (17) 3、泵的选型计算 (19) 4、流量计,温度计,压力计的选择 (21) ， 5、接管的选择 (21) 设备一览表 (23) 选用符号说明 (24) 参考文献 (25) 后记 (25) 前言 甲醇俗称木醇，是最简单的饱和脂肪族醇类的代表。分子式为CH3OH,分子量。为有特殊气味的易挥发、易燃烧的液体。有毒，人饮后能致盲。比重（20℃），沸点℃，能与水和多数有机溶剂混溶.是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛的运用于有机合成、燃料、医药、涂料和国防等工业。随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇有开辟了许多新的用途，如用于人工合成蛋白,可以单独或与汽油混合作为汽车燃料等。正在研究开发和工业化中，甲醇化工已成为化学工业中的一个重要的领域。 ^ 甲醇的精馏本设计中就是要将粗甲醇精制成一定纯度的精甲醇以及使排出的废水中甲醇的含量达到预定的要求。本次委托设计的精馏塔的设计要求如下：年处理量为85000吨，粗甲醇的质量浓度为％，要求出塔是甲醇的质量浓度为％，塔釜排放的废水中甲醇的质量浓度为％。由于塔顶出塔时甲醇的浓度较高，产品的质量较好，可直接送罐场；而塔釜排出液甲醇的浓度很低，可节省成本（现今甲醇市场价为1100~1300元每吨），提高经济效率，而且符合环保要求,无须再进行处理，可直接排放地沟。由于出塔的浓度要求较高，塔釜排放的釜液甲醇的含量要低，故所要求的塔分离效率要高，塔板效率也要高，采用填料塔则造价比相同处理量的板式塔更低，操作弹性大，生产能力大，压力降小等优点；且在本项设计中，物料的物性对精馏塔的操作没有影响，料液处理量也不是特别大，总的来说很适合采所以本设计采用填料塔代替传统的板式塔。 总的来说本设计符合设计要求，而且合理正确。化工原理甲醇—水连续填料精馏塔
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