15000t年的甲醇-水精馏填料塔设计

1、目录一 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295912702 任务分配 PAGEREF _Toc295912702 h 5 HYPERLINK l _Toc295912703 一、填料塔设计说明书 PAGEREF _Toc295912703 h 5 HYPERLINK l _Toc295912704 二、换热器设计说明书 PAGEREF _Toc295912704 h 5 HYPERLINK l _Toc295912705 三、图纸设计 PAGEREF _Toc295912705 h 5 HYPERLINK l _Toc295912706 一填料精馏塔设计 PAG

2、EREF _Toc295912706 h 6 HYPERLINK l _Toc295912707 精馏填料塔设计任务书 PAGEREF _Toc295912707 h 6 HYPERLINK l _Toc295912708 一 设计题目： PAGEREF _Toc295912708 h 6 HYPERLINK l _Toc295912709 二设计任务及操作条件 PAGEREF _Toc295912709 h 6 HYPERLINK l _Toc295912710 三设计内容 PAGEREF _Toc295912710 h 6 HYPERLINK l _Toc295912711 第一节 概述

3、PAGEREF _Toc295912711 h 7 HYPERLINK l _Toc295912712 1. 1设计题目及要求 PAGEREF _Toc295912712 h 7 HYPERLINK l _Toc295912713 1. 1. 1设计题目： PAGEREF _Toc295912713 h 7 HYPERLINK l _Toc295912714 1. 2设计条件及内容 PAGEREF _Toc295912714 h 7 HYPERLINK l _Toc295912715 设计条件： PAGEREF _Toc295912715 h 7 HYPERLINK l _Toc2959127

4、16 设计内容： PAGEREF _Toc295912716 h 7 HYPERLINK l _Toc295912717 第二节 设计方案确实定 PAGEREF _Toc295912717 h 8 HYPERLINK l _Toc295912718 2.1操作条件确实定 PAGEREF _Toc295912718 h 8 HYPERLINK l _Toc295912719 操作压力 PAGEREF _Toc295912719 h 8 HYPERLINK l _Toc295912720 2.1.2 进料状态 PAGEREF _Toc295912720 h 8 HYPERLINK l _Toc29

5、5912721 加热方式 PAGEREF _Toc295912721 h 8 HYPERLINK l _Toc295912722 冷却剂与出口温度 PAGEREF _Toc295912722 h 9 HYPERLINK l _Toc295912723 2.2确定设计方案的原那么 PAGEREF _Toc295912723 h 9 HYPERLINK l _Toc295912724 第三节 精馏操作对塔设备的要求和类型 PAGEREF _Toc295912724 h 10 HYPERLINK l _Toc295912725 3.1.对塔设备的要求 PAGEREF _Toc295912725 h

6、10 HYPERLINK l _Toc295912726 3.2填料的类型与选择 PAGEREF _Toc295912726 h 10 HYPERLINK l _Toc295912727 填料的类型： PAGEREF _Toc295912727 h 10 HYPERLINK l _Toc295912728 第四节 符号说明 PAGEREF _Toc295912728 h 12 HYPERLINK l _Toc295912729 第五节 物料衡算及物性参数计算 PAGEREF _Toc295912729 h 13 HYPERLINK l _Toc295912730 5.1物料衡算 PAGEREF

7、 _Toc295912730 h 13 HYPERLINK l _Toc295912731 原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率 PAGEREF _Toc295912731 h 13 HYPERLINK l _Toc295912732 物料衡算 PAGEREF _Toc295912732 h 13 HYPERLINK l _Toc295912733 5.2物性参数计算 PAGEREF _Toc295912733 h 13 HYPERLINK l _Toc295912734 原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量 PAGEREF _Toc295912734 h 13 HYPERLINK l _To

8、c295912735 操作压力的计算 PAGEREF _Toc295912735 h 14 HYPERLINK l _Toc295912736 操作温度的计算 PAGEREF _Toc295912736 h 14 HYPERLINK l _Toc295912737 平均密度的计算 PAGEREF _Toc295912737 h 15 HYPERLINK l _Toc295912738 第六节 塔板数确实定 PAGEREF _Toc295912738 h 16 HYPERLINK l _Toc295912739 6.1理论板层数NT的求取 PAGEREF _Toc295912739 h 16 H

9、YPERLINK l _Toc295912740 第七节 填料塔工艺尺寸的计算 PAGEREF _Toc295912740 h 17 HYPERLINK l _Toc295912741 7.1塔径的计算 PAGEREF _Toc295912741 h 17 HYPERLINK l _Toc295912742 精馏段塔径计算 PAGEREF _Toc295912742 h 17 HYPERLINK l _Toc295912743 提馏段塔径计算 PAGEREF _Toc295912743 h 18 HYPERLINK l _Toc295912744 7.2塔径确实定 PAGEREF _Toc29

10、5912744 h 19 HYPERLINK l _Toc295912745 7.3液体喷淋密度及空塔气速核算结果 PAGEREF _Toc295912745 h 19 HYPERLINK l _Toc295912746 7.4 精馏塔有效高度的计算 PAGEREF _Toc295912746 h 19 HYPERLINK l _Toc295912747 第八节 接管尺寸计算 PAGEREF _Toc295912747 h 20 HYPERLINK l _Toc295912748 8.1 进料管 PAGEREF _Toc295912748 h 20 HYPERLINK l _Toc295912

11、749 8.2 塔顶蒸汽管 PAGEREF _Toc295912749 h 20 HYPERLINK l _Toc295912750 8.3 回流管 PAGEREF _Toc295912750 h 20 HYPERLINK l _Toc295912751 8.4 釜液出口管 PAGEREF _Toc295912751 h 21 HYPERLINK l _Toc295912752 8.5 塔底经再沸器后蒸汽出口管接 PAGEREF _Toc295912752 h 21 HYPERLINK l _Toc295912753 第九节 强度校核计算 PAGEREF _Toc295912753 h 21

12、HYPERLINK l _Toc295912754 9.1精馏塔塔体材料、内径、壁厚和强度校核 PAGEREF _Toc295912754 h 21 HYPERLINK l _Toc295912755 精馏塔塔体材料的选择 PAGEREF _Toc295912755 h 21 HYPERLINK l _Toc295912756 精馏塔的内径 PAGEREF _Toc295912756 h 21 HYPERLINK l _Toc295912757 壁厚的计算 PAGEREF _Toc295912757 h 22 HYPERLINK l _Toc295912758 强度校核 PAGEREF _To

13、c295912758 h 22 HYPERLINK l _Toc295912759 9.2封头的选型依据，材料及尺寸规格 PAGEREF _Toc295912759 h 22 HYPERLINK l _Toc295912760 封头的选型依据 PAGEREF _Toc295912760 h 22 HYPERLINK l _Toc295912761 封头材料的选择 PAGEREF _Toc295912761 h 23 HYPERLINK l _Toc295912762 封头的高 PAGEREF _Toc295912762 h 23 HYPERLINK l _Toc295912763 封头的壁厚

14、PAGEREF _Toc295912763 h 23 HYPERLINK l _Toc295912764 9.3塔体各局部高度设计 PAGEREF _Toc295912764 h 24 HYPERLINK l _Toc295912765 9.4 开孔补强设计方法 PAGEREF _Toc295912765 h 24 HYPERLINK l _Toc295912766 9.5开孔补强结构设计 PAGEREF _Toc295912766 h 25 HYPERLINK l _Toc295912767 9.6塔体手孔及人孔的设计 PAGEREF _Toc295912767 h 25 HYPERLINK

15、 l _Toc295912768 9.7支座设计 PAGEREF _Toc295912768 h 25 HYPERLINK l _Toc295912769 9.7.1 填料塔塔体质量： PAGEREF _Toc295912769 h 25 HYPERLINK l _Toc295912770 封头质量： PAGEREF _Toc295912770 h 25 HYPERLINK l _Toc295912771 9.7.3 塔内物料质量估算 PAGEREF _Toc295912771 h 26 HYPERLINK l _Toc295912772 9.7.4 附件质量 PAGEREF _Toc2959

16、12772 h 26 HYPERLINK l _Toc295912773 设备总质量 PAGEREF _Toc295912773 h 26 HYPERLINK l _Toc295912774 第十节 填料层的分段及压降计算 PAGEREF _Toc295912774 h 26 HYPERLINK l _Toc295912775 10.1 填料层的分段 PAGEREF _Toc295912775 h 26 HYPERLINK l _Toc295912776 10.2压降的计算 PAGEREF _Toc295912776 h 27 HYPERLINK l _Toc295912777 11.1塔内件

17、的类型 PAGEREF _Toc295912777 h 27 HYPERLINK l _Toc295912778 11.2液体分布器的简要设计 PAGEREF _Toc295912778 h 28 HYPERLINK l _Toc295912779 液体分布器的选型 PAGEREF _Toc295912779 h 28 HYPERLINK l _Toc295912780 分布点密度计算 PAGEREF _Toc295912780 h 28 HYPERLINK l _Toc295912781 11.3液布计算 PAGEREF _Toc295912781 h 29 HYPERLINK l _Toc

18、295912782 第十二节 精馏塔设计计算结果 PAGEREF _Toc295912782 h 30 HYPERLINK l _Toc295912783 第十三节 设计评述 PAGEREF _Toc295912783 h 30目录二 HYPERLINK l _Toc295912784 换热器设计任务书 PAGEREF _Toc295912784 h 31 HYPERLINK l _Toc295912785 一设计题目 PAGEREF _Toc295912785 h 31 HYPERLINK l _Toc295912786 二设计任务及操作条件 PAGEREF _Toc295912786 h

19、31 HYPERLINK l _Toc295912787 三设计要求 PAGEREF _Toc295912787 h 31 HYPERLINK l _Toc295912788 符号说明 PAGEREF _Toc295912788 h 32 HYPERLINK l _Toc295912789 第一节 概述 PAGEREF _Toc295912789 h 32 HYPERLINK l _Toc295912790 1.1换热器概述1 PAGEREF _Toc295912790 h 32 HYPERLINK l _Toc295912791 1.2.列管式换热器概述1 PAGEREF _Toc29591

20、2791 h 33 HYPERLINK l _Toc295912792 1.3列管式换热器的设计原那么2 PAGEREF _Toc295912792 h 34 HYPERLINK l _Toc295912793 1.3.1 流动空间的选择 PAGEREF _Toc295912793 h 35 HYPERLINK l _Toc295912794 1.3.2 流速的选择 PAGEREF _Toc295912794 h 35 HYPERLINK l _Toc295912795 1.4 传热管排列和分程方法13 PAGEREF _Toc295912795 h 36 HYPERLINK l _Toc29

21、5912796 第二节 工艺计算及主要设备设计 PAGEREF _Toc295912796 h 37 HYPERLINK l _Toc295912797 2.1确定设计方案 PAGEREF _Toc295912797 h 37 HYPERLINK l _Toc295912798 选择换热器的类型4 PAGEREF _Toc295912798 h 37 HYPERLINK l _Toc295912799 流程安排 PAGEREF _Toc295912799 h 37 HYPERLINK l _Toc295912800 2.2 确定物性数据 PAGEREF _Toc295912800 h 38 H

22、YPERLINK l _Toc295912801 2.3估算传热面积 PAGEREF _Toc295912801 h 38 HYPERLINK l _Toc295912802 计算热负荷和冷却水流量 PAGEREF _Toc295912802 h 38 HYPERLINK l _Toc295912803 计算两流体的平均传热温差 PAGEREF _Toc295912803 h 39 HYPERLINK l _Toc295912804 估算传热面积 PAGEREF _Toc295912804 h 39 HYPERLINK l _Toc295912805 2.4主体构件的工艺结构尺寸 PAGERE

23、F _Toc295912805 h 40 HYPERLINK l _Toc295912806 管径和管内流速 PAGEREF _Toc295912806 h 40 HYPERLINK l _Toc295912807 管程数和传热管数 PAGEREF _Toc295912807 h 40 HYPERLINK l _Toc295912808 传热管的排列和分程方法 PAGEREF _Toc295912808 h 41 HYPERLINK l _Toc295912809 壳体内径 PAGEREF _Toc295912809 h 41 HYPERLINK l _Toc295912810 折流板 PAG

24、EREF _Toc295912810 h 42 HYPERLINK l _Toc295912811 2.4.6 拉杆的直径和数量与定距管的选定 PAGEREF _Toc295912811 h 42 HYPERLINK l _Toc295912812 接管 PAGEREF _Toc295912812 h 42 HYPERLINK l _Toc295912813 换热器的结构根本参数 PAGEREF _Toc295912813 h 43 HYPERLINK l _Toc295912814 2.5换热器主要传热参数核算 PAGEREF _Toc295912814 h 43 HYPERLINK l _

25、Toc295912815 热流量核算 PAGEREF _Toc295912815 h 43 HYPERLINK l _Toc295912816 2.5.1.1 壳程对流传热系数 PAGEREF _Toc295912816 h 43 HYPERLINK l _Toc295912817 管程对流传热系数 PAGEREF _Toc295912817 h 44 HYPERLINK l _Toc295912818 污垢热阻和管壁热阻 PAGEREF _Toc295912818 h 45 HYPERLINK l _Toc295912819 壁温核算 PAGEREF _Toc295912819 h 46 H

26、YPERLINK l _Toc295912820 换热器内流体的流动阻力压强降 PAGEREF _Toc295912820 h 46 HYPERLINK l _Toc295912821 管程流动阻力 PAGEREF _Toc295912821 h 46 HYPERLINK l _Toc295912822 壳程流动阻力压强降 PAGEREF _Toc295912822 h 48 HYPERLINK l _Toc295912823 第三节 强度校核 PAGEREF _Toc295912823 h 50 HYPERLINK l _Toc295912824 3.1前端管箱封头计算 PAGEREF _T

27、oc295912824 h 50 HYPERLINK l _Toc295912825 计算条件 PAGEREF _Toc295912825 h 50 HYPERLINK l _Toc295912826 厚度及重量计算 PAGEREF _Toc295912826 h 50 HYPERLINK l _Toc295912827 压力及应力计算 PAGEREF _Toc295912827 h 50 HYPERLINK l _Toc295912828 3.2前端管箱筒体计算 PAGEREF _Toc295912828 h 51 HYPERLINK l _Toc295912829 计算条件： PAGERE

28、F _Toc295912829 h 51 HYPERLINK l _Toc295912830 厚度及重量计算 PAGEREF _Toc295912830 h 51 HYPERLINK l _Toc295912831 压力试验时应力校核 PAGEREF _Toc295912831 h 52 HYPERLINK l _Toc295912832 压力及应力计算 PAGEREF _Toc295912832 h 52 HYPERLINK l _Toc295912833 3.3壳程筒体计算 PAGEREF _Toc295912833 h 52 HYPERLINK l _Toc295912834 计算条件：

29、 PAGEREF _Toc295912834 h 52 HYPERLINK l _Toc295912835 厚度及重量计算 PAGEREF _Toc295912835 h 53 HYPERLINK l _Toc295912836 压力试验时应力校核 PAGEREF _Toc295912836 h 53 HYPERLINK l _Toc295912837 压力及应力计算 PAGEREF _Toc295912837 h 53 HYPERLINK l _Toc295912838 3.4开孔补强计算 PAGEREF _Toc295912838 h 54 HYPERLINK l _Toc29591283

30、9 计算条件 PAGEREF _Toc295912839 h 54 HYPERLINK l _Toc295912840 开孔补强计算 PAGEREF _Toc295912840 h 54 HYPERLINK l _Toc295912841 第三节 换热器主要结构尺寸和计算结果 PAGEREF _Toc295912841 h 55 HYPERLINK l _Toc295912842 第四节 自我评价 PAGEREF _Toc295912842 h 57 HYPERLINK l _Toc295912843 主要参考文献 PAGEREF _Toc295912843 h 58 HYPERLINK l

31、_Toc295912844 附： PAGEREF _Toc295912844 h 58任务分配一、填料塔设计说明书 填料塔的计算 吴华春撰写论文及辅助工作 易坚二、换热器设计说明书换热器计算 欧阳文宇撰写论文及辅助工作 彭小豹三、图纸设计填料塔图 吴群流程图 周雅娟换热器 李欣填料精馏塔设计精馏填料塔设计任务书设计题目：15000t/年的甲醇-水精馏填料塔设计二设计任务及操作条件1、设备型号 ：精馏填料塔。2、操作条件 ：1操作压力 ：常压。2进料热状态 ：泡点。3塔底加热蒸汽压 ：0.3Mpa表压。4每年按300天计，每天24小时连续运行。 3 、建厂地址 天津地区三设计内容1.精馏塔的物料

32、衡算2.塔板数确实定3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.填料层压降的计算6.液体分布器简要设计7.精馏接管尺寸计算8.绘制生产工艺流程图9.绘制精馏塔设计条件图10.绘制液体分布器施工图 第一节 概述1. 1设计题目及要求1. 1. 1设计题目：在抗生素类药物生产过程中，需要用甲醇溶液媒洗涤晶体，洗涤过滤后产生废甲醇溶液媒，其组成为含甲醇46%，水54%质量分数，另含有少量的药物颗粒。为使废甲醇重复利用，拟建立一套填料精馏塔，以对废甲醇媒进行精馏，得到含水量小于或等于0.3%质量分数的甲醇溶液。设计要求废甲醇媒的处理量为15000吨/年，塔底废水中甲醇含量小

33、于或等于0.5%质量分数1. 2设计条件及内容设计条件：1处理量：15000t/年；2料液组成质量分数：46%3塔顶产品组成质量分数：98.7% 4.工作生产时间：300天设计内容：设计方案确实定：1常压精馏；2进料状态：泡点进料；3加热方式：塔底间接加热，塔顶全凝；4热能的利用。工艺计算：1物料衡算；2热量衡算；3回流比确实定；4理论塔板数确实定。 塔板及其塔的主要尺寸的设计：1塔板间距确实定；2塔径确实定；3塔板的布置及其板上流流程确实定。4. 流体力学的计算及其有关水力性质的校核。板式精馏塔辅助设备的选型。绘制带控制的点工艺流程图及精馏塔设备的条件图。第二节 设计方案确实定2.1操作条件

34、确实定操作压力 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别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，那么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，那么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。 进料状态 进料状态与塔板数、塔径、回流量

35、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拟容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。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。假设塔底产物近于纯水，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。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底

36、溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。但对有些物系(如酒精与水的二元混合液)，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易别离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是适宜的。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，否那么溶于水中的无机盐将析出

37、，生成水垢附着在换热器的外表而影响传热。2.2确定设计方案的原那么确定设计方案总的原那么是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产到达技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、平安、低消耗的原那么。为此，必须具体考虑如下几点： (1) 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品到达任务规定的要求，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。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，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

38、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) 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上下，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。 降低生产本钱是各部门的经常性任务，因此在设计时，是否合理利

39、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适宜等，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，选择最正确方案。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分、价廉地区，冷却水出口温度就可选低一些，以节省传热面积。 (3) 保证平安生产 例如酒精属易燃物料，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，因而需要平安装置。以上三项原那么在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原那么应作较多的考虑，对第二个原那么只作定性的考虑，而对第三个原那么只要求作

40、一般的考虑。第三节 精馏操作对塔设备的要求和类型3.1.对塔设备的要求为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备以下各种根本要求： 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 耐腐蚀和不易堵塞，

41、方便操作、调节和检修。 塔内的滞留量要小。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。3.2填料的类型与选择填料的类型：填料是填料塔的核心构件，是填料塔中气液接触的根本构件，它提供了塔内气液两相接触而进行传质或传热的外表，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。现代工业填料大体可分为实体填料和网体填料两大类，而按装填方式可分为乱堆填料与规整填料。1乱堆填料1 拉西环:拉西环是与1914年最早使用的人造填料 ，它是一段高度和外径相等的短管，可用陶瓷和金属制造，拉西环形状简单，制造容易，

42、其流体力学和传质方面的特性比拟清楚 ，曾得到极为广泛的应用。 但是由于其存在较严重的塔壁偏流和沟流现象，传质效率很低。2鲍尔环:鲍尔环是在拉西环的根底上开展起来的，是近期具有代表性的一种填料，它的构造是在拉西环的壁上沿周向冲出一层或两层长方形小孔，但小孔的母材不脱离圆环，而是将其向内弯向环的中心，此构造提高了环内空间和环内外表的有效利用程度，使气体流动阻力大为降低 。鲍尔环上的两层方孔是错开的，在堆积时即使相邻填料形成线接触，也不会阻碍气液两相的流动，不至于产生严重的偏流和沟流现象。因而它是今年来国内外一致公认的性能优良的填料 应用越来越广泛。 3阶梯环:阶梯环填料的构造与鲍尔环相似，环壁上开

43、有长方形孔，环内有两层交错45度的十字形翅片，阶梯环比鲍尔环短，高度通常只有直径的一半，阶梯环的一端通常制成喇叭口形状。 因此，在填料层中填料之间呈多点接触，床层均匀且空隙率大，可使填料的外表积得以充分利用，使压降降低，与鲍尔环相比，气体流动阻力可降低25%左右，生产能力可提高10% ，传质效果更好 4矩鞍形:矩鞍形填料又称英特洛克斯鞍，这种填料结构不对称，填料两面大小不等，堆积时不会重叠，填料层的均匀性大为提高，矩鞍形填料的流动阻力小 ，处理能力大，各方面性能虽不如鲍尔环。仍不失为一种性能优良的填料，矩鞍形制造比鲍尔环方便。5金属英特洛克斯填料:金属英特洛克斯填料把环形结构和鞍形结构结合在一

44、起，气体压降低，可用于真空精馏，处理能力大，填料外表的液膜更新好，传质单元高度明显低于瓷制矩鞍填料 是现代工业上性能优良的一种散装填料。 6网体填料:上述几种材料都是用实体材料制成的，此外 还有一类以金属网或多孔金属片尾根本材料制成的填料，通称为网体填料，网体填料也可制成不同形状 ，如鞍形网等 。 网体填料特点是网材薄，填料尺寸小，比外表积和空隙率都很大，液体均布能力强 。因此，网体填料的气体阻力小，传质效率高，但是这种填料的造价太高，在大型的工业生产上难以应用。2规整填料 规整填料是将金属网或多孔板压制成波纹状并叠成圆筒形整块放入塔内，对大直径的塔，可分块拼成圆筒形砌入塔内 。这种填料不但空

45、隙率高，压降低 ，而且液体按预分布器设定的途径流下，只要液体的初始分布均匀，全塔填料层的液体分布良好，克服了大塔的放大效应，传质性能高，但填料造价高，易被杂物堵塞且难以清洗。 目前，丝网波纹和板波纹填料已较广泛的用于别离要求高的精馏塔中。 3填料选择选择标准 ：填料性能的优劣，主要取决于：1有较大的比外表积m2/m32液体在填料外表有较好的均匀分布性能3气流能在填料层中均匀分布4填料具有较大的空隙率5选择填料时还应考虑其机械强度 来源 制造及价格等因素综合考虑 选用阶梯环的效果比拟好，由于陶瓷填料一般用于腐蚀性介质，尤其可以耐高温 ，但较易破碎，金属填料可耐高温，巩固耐用，但不耐腐蚀，假设用不

46、锈钢材料制成，可用于腐蚀性材料，但价格昂贵。而塑料填料，具有价格廉价，性能稳定，耐腐蚀 。所以选用塑料阶梯环。4填料规格的选择 填料规格是指填料的公称尺寸或比外表积散装填料规格的选择工业塔常用散装填料主要：Dg16 Dg25,Dg38 Dg50,Dg76 ,等几种规格,同类填料 ,尺寸越小 ,别离效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也增加很多，但大尺寸的填料应用于小塔径中又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的别离效率降低，因此对塔径与填料尺寸的比值有一定的规定，具体见下表： 表1 塔径与填料公称比值的比值D/d的值的推荐填料种类D/d推荐值填料种类D/d推荐值拉西环2030阶梯环8鞍环1

47、5环距鞍8鲍尔环1015结合后面塔直径的计算。本设计选择塑料阶梯环Dg50第四节 符号说明C负荷因子 无因次C20外表张力为20mN/m的负荷因子D塔径 mR回流比Rmin最小回流比M平均摩尔质量 kg/kmoltm平均温度 g重力加速度 9.81m/s2P操作压力 KPaP每层塔压降 KpaPF进料板压力Pm精馏段平均压力PW塔釜板压力Pm提馏段平均压力 理论板层数u空塔气速 m/sV气体体积流量 m3/sL液体流量Z 填料塔的有效高度 m液体摩尔分数气体摩尔分数F进料摩尔数D塔顶摩尔数W塔釜摩尔数第五节 物料衡算及物性参数计算5.1物料衡算原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量为

48、：32.04水的摩尔质量为： 18.01 物料衡算废甲醇溶液媒的处理量为15000吨/年，每年按300天工作日计。原料的处理量：总物料衡算 甲醇物料衡算 联立解得 5.2物性参数计算原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量a. 塔顶平均摩尔质量计算由xD=y1=0.9946 查平衡曲线(图一)得 x1=0.986MVDm=0.994632.04+(1-0.9946)18.01=31.96kg/molb. 进料板平均摩尔质量计算由yF=0.765 查平衡曲线(图一)得 x1=0.46MVFm=0.76532.04+(1-0.765)18.01=28.74kg/molc. 塔釜平均摩尔质量计算由y1

49、=0.015 查平衡曲线(图一)得 x1=0.00282MVWm=0.01532.04+(1-0.015)18.01=18.22kg/mold. 精馏段平均摩尔质量MVm=(31.96+28.74)/2=30.35kg/molMLm=(31.84+24.46)/2=28.15kg/moljne. 提馏段平均摩尔质量MVm=(28.74+18.22)/2=23.4kg/molMLm=(24.46+18.14)/2=21.3kg/mol操作压力的计算设每层塔压降： P=0.9KPa一般情演况下，板式塔的每一个理论级压降约在0.41.1kPa进料板压力： PF=101.3+90.9=108.4(KP

50、a)精馏段平均压力：Pm=(101.3+108.4)/2=104.85(KPa)塔釜板压力： PW=101.3+130.9=113 (KPa)提馏段平均压力：Pm=(108.4+113)/2=110.7(KPa)操作温度的计算表2 安托尼系数安托尼系数ABCMinMaxH2O7.074061657.46227.0210168CH3OH7.197361574.99238.23-1691查表可得H2O的安托尼方程： lgPAO=7.07406-1657.46/(tA+227.02)CH3OH的安托尼方程： lgPBO=7.19736-1574.99/(tB+238.86)甲醇的tBlg101.3=

51、7.19736-1574.99/(tB+238.86)tB=64.5()由泡点方程试差可得当 tD=67.0时 Kixi1同理可求出 tF=85.2时 Kixi1tW=103.2时 Kixi1所以 塔顶温度 tD=67.0 进料板温度 tF=85.2 塔釜温度 tW=103.2精馏段平均温度 tm=(67.0+85.2)/2=76.1()提馏段平均温度 tm=(103.2+85.2)=94.2()平均密度的计算a. 精馏段平均密度的计算气相由理想气体状态方程得Vm=PmMvw/RTm=(104.8530.35)/8.314(273.15+76.1)=1.10kg/m3液相查可得tD=67.0时

52、 A979.4kg/m3 B=750.0kg/m3tF=85.2时 A968.5kg/m3 B=735.0kg/m3LDm=1/(0.9946/750.0+0.0054/979.4)=750.95kg/m3进料板液相的质量分率A=(0.4632.04)/(0.4632.04+0.5418.01)=0.602 LFm=1/(0.602/735.0+0.398/968.5)=813.0kg/m3精馏段液相平均密度为Lm=(750.95+813.0)/2=782kg/m3b. 提馏段平均密度的计算 气相由理想气体状态方程得Vm=PmMvw/RTm=(110.723.4)/8.314(273.15+9

53、4.2)=0.848kg/m3 液相查可得tw=103.2时 A956.1kg/m3 B=720.0kg/m3A=(0.0028232.04)/(0.0028232.04+0.9971818.01)=0.005Lwm=1/(0.005/720.0+0.995/956.18)=954.61kg/m3提馏段平均密度Lm=(954.61+813.0)/2=883.8kg/m3第六节 塔板数确实定6.1理论板层数NT的求取因为甲醇与水属于理想物系，可采用图解法求解见相平衡图11最小回流比及其操作回流比的求解：y=0.768，x=0.46Rmin=(xD-y)/(y-x)=(0.9946-0.768)/

54、(0.768-0.46)=0.736取操作回流比为：R=1.8Rmin=1.80.736=1.325a精馏塔的气、液相负荷L=RD=1.32518.66=24.72kmol/hV=(R+1)D=2.32518.66=43.38kmol/hL=L+F=24.72+65.02=89.74kmol/hV=V=43.38kmol/hb精馏段、提馏段操作线方程精馏段操作线：y=L/Vx+D/Vxd=0.57x+0.428提馏段操作线：y=L/VxW/Vxw=2.069x-0.003c图解法求理论塔板层数表3 汽液平衡数据表xyxyxy0.000.0000.150.5170.700.8700.020.13

55、40.200.5790.800.9150.040.2340.300.6650.900.9580.060.3040.400.7290.950.9790.080.3650.500.7791.001.0000.100.4180.600.825根据表格中的数据画出如下的平衡曲线图，图1平衡曲线图从图一所示，可求得结果：总理论塔板数NT为13块(包括再沸器),进料板位置NF为自塔顶数起第9块第七节 填料塔工艺尺寸的计算7.1塔径的计算由上面可知精馏段 L=24.72kmol/h V=43.381kmol/h采用气相负荷因子法计算适宜的空塔速率精馏段塔径计算 液相质量流量为气相质量流量为流动参数为图2 波

56、纹管填料的最大负荷因子查上图可知由 得所以 提馏段塔径计算 液相质量流量为气相质量流量为流动参数为查上图可知, 由 得所以 7.2塔径确实定比拟精馏段与提镏段计算结果，二者根本相同。圆整塔径，取D=500 mm7.3液体喷淋密度及空塔气速核算结果精馏段液体喷淋密度为精馏段空塔气速为提馏段液体喷淋密度为精馏段空塔气速为7.4 精馏塔有效高度的计算填料层高度计算采用理论板当量高度法。对500Y金属孔板波纹管填料，查表可知，每米填料理论板数为4-4.5块，取n=4。那么 HETP=1/4=0.25精馏段高度为 Z精=N精-1HT=9-10.40=3.2 m Z1=1.25*3.2=4m提馏段高度为

57、Z提=N提-1HT=4-10.40=1.2 m Z2=1.25*1.2=1.5m在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8 m故精馏塔有效高度为Z=Z精+Z提+0.5=4+1.5+0.8=6.3m第八节 接管尺寸计算8.1 进料管进料流率F=65.02kmol/h，此时平均分子量为24.46，密度为813.0。进料体积流率=1.96，取管内流速0.6因此进料管管径=0.034m8.2 塔顶蒸汽管 塔顶蒸汽出口流率V=43.38 kmol/h，平均分子量为28.74，密度1.10。体积流率=750.9。取蒸汽流速为20那么=0.115m8.3 回流管 回流液流率L为24.72kmol/h, 平均分子

58、量为28.15,密度为782.0。 =0.94，取回流管流速，所以8.4 釜液出口管 釜液流率W=46.36kmol/h，平均分子量为18.14，密度为954.6，=0.881。取釜液在管内流速0.8因此=0.020m8.5 塔底经再沸器后蒸汽出口管接 蒸汽流率=43.38kmol/h平均分子量为18.22密度为0.848，=932.06，取蒸汽在管内流速为16，那么第九节 强度校核计算9.1精馏塔塔体材料、内径、壁厚和强度校核9.1.1精馏塔塔体材料的选择精馏塔塔体材料：，依据：我们的操作压力是1.03，最大的操作温度为103.2，并且所要别离的物质是乙醇和水，对材料的腐蚀性不大，在满足条件

59、的材料中的价格相对廉价，所以选择。9.1.2精馏塔的内径 9.1.3壁厚的计算当在616mm的范围内时，操作压力，设计压力为： ， 选取双面焊无损检测的比例为全部，所以计算壁厚：，取=0.6 ，=2，所以圆整后取因为选用材料的设备最小的壁厚为6mm即9.1.4强度校核(1)求水压试验时的应力。因为得屈服极限，所以， 又因为为，中较大者，计算比拟得： 代入得： ，水压试验满足要求。9.2封头的选型依据，材料及尺寸规格9.2.1封头的选型依据封头的选型：标准的椭圆封头选型依据：从工艺操作 考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论

60、上应对各种凸形封头进行计算、比拟后，再确定封头形状。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比拟容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。9.2.2封头材料的选择 封头材料：9.2.3封头的高因为长轴：短轴=2 即：所以其中精馏塔的内径封头的高直边高度为：查JB/T4337-95可知9.2.4封头的壁厚计算壁厚：对于标准椭圆封头，K=1取封头是由整块钢板冲压而成，所以圆整后取强度校核校核筒体与封头水压试验强度，