化工课程设计---分离甲醇-水混合液

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1、 1 前言 课程设计是“化工原理”的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有 关先修课程的基本知识来解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它起着培养学 生独立工作能力的重要作用。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，精馏过程 在能量剂驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的 不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液 中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的 物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。本设计的题目是苯-甲苯连续精 馏筛板塔

2、的设计，即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续 操作方式，需设计一板式塔将其分离。分离苯和甲苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔 式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。 摘要摘要 设计选用板式精馏塔作为分离设备采用连续精馏的方法分离甲醇-水混合液。一个完 整的板式塔主要是由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口 管等部件组成，这就需要对各个部件做出选择并给出合理的工艺尺寸。因此我们对精馏塔 首先进行物料衡算，根据查得的苯和甲苯物系平衡数据用作图法求得理论塔板数并由全塔 效率确定实际塔板数，然后确定操作压力，操作温度，平均分子量，平均密度等基

3、本物性 参数。对塔高、塔径、塔板、溢流装置等各个部件进行计算与核算校验（如负荷性能图） 并确定操作弹性，最后计算接管等一些附件的尺寸。按任务书的任务顺序完成任务。 关键词：关键词：板式精馏塔；连续精馏；图解法 第一章概述第一章概述 筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。它的出现仅 迟于泡罩塔 20 年左右，当初它长期被认为操作不易稳定，在本世纪 50 年代以前，它的使 用远不如泡罩塔普遍。 其后因急于寻找一种简单而价廉的塔型， 对其性能的研究不断深入， 已能作出比较有把握的设计，使得筛板塔又成为应用最广的一种类型。 1.11.1 精馏流程设计方案的确定精馏流程设计方案

4、的确定 本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设 计中采用气液混合物进料，将原料液通过预热器加热至温度后送入精馏塔内。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，其余部分作为塔顶产品冷却后送 2 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 1.6 倍。 塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 图图 1.1 工艺流程图工艺流程图 1.21.2 设计思路设计思路 在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只 能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精

5、馏塔的基 本原理。实际上，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不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的 就是筛板式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离 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，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除 用 泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的 原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。 1.2.11.2.1 精馏方式的选定精馏方式

6、的选定 本设计采用连续精馏操作方式，其特点是：连续精馏过程是一个连续定态过程，能小 于间歇精馏过程，易得纯度高的产品。 1.2.31.2.3 操作压力的选取操作压力的选取 本设计采用常压操作，一般，除了热敏性物料以外，凡通过常压蒸馏不难实现分离要 求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的系统都应采用常压蒸馏。在化工设计中有 很多加料状态，这次设计中采用气液混合物进料。 1.2.41.2.4 回流比的选择回流比的选择 对于一般体系最小回流比的确定可按常规方法处理，但对于某些特殊体系，如乙醇水 体系则要特殊处理，该体系最小回流比 Rmin 的求取应通过精馏段操作线与平衡线相切得 到。 而适宜回流比 R 的确定， 应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低， 3 我们推荐以下简化方法计算各项费用，从而确定最佳回流比。一般为 R=(1.1-2.0)Rmin。 1.2.51.2.5 塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择 塔顶选用全凝器，因为后继工段产品以液相出料，但所得产品的纯度低于分凝器，因 为分凝器的第一个分凝器相当于一块理论板。