化工原理课程设计——水与甲醇精馏

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1、 1 / 39 目目 录录 前 言 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 第一节 设计方案 5 1.1 操作条件的确定 5 1.操作压力的确定 5 2.进料状态 5 3加热方式 . 6 4.回流比 6 1.2 确定设计方案的原则 6 第二节 工艺流程图. 7 第三节 板式精馏塔的工艺计算 8 3.1 物料衡算 8 3.3 理论塔板数的计算 9 3.4 实际板数的确定 . 11 第四节 塔径塔板工艺尺寸的确定 13 4.1 各设计参数 13 4.1.1 操作压力 精m p . 13 4.1.2 温度 . 13 4.1.3 平均摩尔质量 m M . 13 4.1.4 平均密度 m . 14 4.

2、1.5 液体表面张力 m 15 4.1.6 液体粘度的计算 . 16 4.1.7 液负荷计算 . 17 4.2 塔径塔板工艺尺寸的确定 18 2 / 39 4.2.1 塔径的计算 18 4.2.2 溢流装置的确定 20 4.2.3 安定区与边缘区的确定 22 4.2.4 塔板布置图阀孔数的确定及排列 22 4.2.5 塔板的流体力学验算 . 25 4.2.3 汽液负荷性能计算 . 27 第五节 设计结果汇总 30 第六节辅助设备的设计. 32 6.1 塔顶全凝器的计算及选型 32 6.2 塔底再沸器面积的计算及选型 33 6.3 其他辅助设备的计算及选型 34 6.3.1 进料管 34 6.3

3、.2 回流管 34 6.3.3 塔釜出料管 35 6.3.4 再沸器蒸汽进口管 35 6.3.5 冷凝水管 35 6.3.6 冷凝水泵 36 6.3.7 进料泵 和塔高、人孔数的计算 . 36 第七节 参考文献及设计手册. 38 第八节 设计感想. 38 3 / 39 前前 言言 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单元操作。广泛 应用于炼油、化工、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.

4、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，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

5、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。本设计着重讨本设计着重讨 论常压下论常压下甲醇甲醇- -水水双组分双组分体系体系精馏精馏。 2.塔设备简介 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。 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

6、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。 浮阀塔是许多工厂进行蒸馏操作易采用的一种板式塔其结构特点，是在带 4 / 39 有降液管的板塔上开有若干个大孔，每孔装有一个可以上下浮动的阀片，其标准 孔径是 39mm.有孔上升的气流， 经过阀片与塔板的间隙而与塔板上横流的液体接 触 国内最常用的阀片型式