陕西科技大学化工甲醇-甲醇乙醇混合液精馏课设

1、化工单元过程及设备课程设计目录 TOC o 1-5 h z 第一章化工单元设备设计任务书 4设计题目：甲醇一乙醇溶液分离常压筛板精储塔的设计 4设计成果 4 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第二章精储过程的生产流程及特点 5绪论 5艺流程示意图 6 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第三章精储塔的工艺设计计算 8引言 8物料衡算 8原始数据 8查阅文献，整理有关物性数据 9物料衡算 10塔温确定 10q值的计算 10塔板数的确定 11理论塔板数错误！未找到引用源。的求取 11 HYPERLINK

2、l bookmark12 o Current Document 第四章精储塔的结构设计 13塔的结构设计 13精微塔塔径的计算 13精微塔有效高度的计算 21塔板主要工艺尺寸的计算 22溢流装置计算 22降液管 23塔板布置 25操作性能负荷图 28气相负荷下限线 28化工单元过程及设备课程设计 TOC o 1-5 h z 过量雾沫夹带线 28液相负荷下限线 28液泛负荷上限线 29液泛线 29操作性能负荷图 30 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 第五章各接管的设计 31进料管 31釜残液出料管 31回流液管 32塔顶上升蒸汽管 32附录：参

3、考文献 34 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 36附图一 36附图二 37附图三 38附图四 39化工单元过程及设备课程设计摘要：精储是化工分离中经常遇到的环节。本设计是采用浮阀塔对组成结构和性质相 似的甲醇和乙醇进行精微分离。本文详细的介绍了甲醇和乙醇浮阀塔精储分离的设 计过程，画出了塔盘的布量图，工艺条件图以及操作性能负荷图形象直观的展现了 设计的结果。关键词：精储 浮阀塔塔盘的布量图 工艺条件图 操作性能负荷图化工单元过程及设备课程设计第一章化工原理课程设计任务书1.1设计题目：用于甲醇 一乙醇溶液分离的常压筛板精微塔的设计1、工艺条件

4、及数据(1)原料液量5000kg/h,含甲醇79% (质量分数，下同)(2)储出液含甲醇99%釜液含乙甲醇2%(3)泡点进料；(4)料液可视理想液，塔效率为 0.8;2、操作条件(1)常压操作；(2)回流液温度为塔顶蒸汽的露点；(3)间接蒸汽加热、加热蒸汽压力为 5 kgf/错误！未找到引用源。；(4)冷却水进口温度25 C;(5)设备热损失为加热蒸汽供热量的 5%1.2设计成果1、设计说明书一份；2、设计图纸包括负荷性能图、筛板塔工艺条件图。化工单元过程及设备课程设计第二章 精储过程的生产流程及特点2.1绪论甲醇（俗称“工业酒精”）是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细 化工，塑料等

5、领域，甲醇常用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷等有机产品，但同时也是 农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽 油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。不同的用途，对甲醇的纯度有不同的要求。在工业合成上，对甲醇的纯度要求较 高（常常要求达到99.9%以上），然而要获得高纯度的甲醇又有不同的方法，比如 多级精储、吸附、亚沸蒸储等等。而本设计主要简述甲醇 -乙醇混合物精储分离。精储是利用混合物中各组分挥发性不同这一性质，将混合物中各组分进行分离 的单元操作。虽然甲醇和乙醇在气味，外观以及其他许多物性上有很多相似之处， 但由于二者的挥发度有一定的差异，因此我们可以选择用精微的方法

6、分离甲醇-乙醇 混合液。相对于乙醇，甲醇的挥发度较小，故在精储中甲醇为轻组分从塔顶采出， 乙醇为重组分从塔底得到。化工厂中的精储操作是在直立圆形的精储塔内进行的， 塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精储分离操作，除精储塔外， 还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。因此，单有精储塔还不能完成 精储操作。所以为实现整个操作还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时甚至还要 配原料液预热器、回流液泵等附属设备。浮阀塔由于兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现在已成为国内应用广泛的精储塔塔 型之一，并且在石油、化学工业中使用最为普遍。因此本设计也采用浮阀塔设计。 浮阀有很多种形式，但最常用的形式是

7、 F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制 造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准 （JB168-68）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有 处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点：1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及7面落差较小。5、塔的化工单元过程及设备课程设计造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现 象的系统，浮阀塔也能正常操作。2.2艺流程示意图特情段糙窗段再称罂一量液流程埼图上图是一个典型的板式连续精储塔。塔内有若干层塔板，每一层就是一个接

8、触 级，它为气液两相提供传质场所。为向接触级提供两相接触所需的气流和液流，塔 顶设有冷凝器将顶部的蒸气冷凝成液体并部分往下流，塔底设有再沸器降低将塔底 部的液体部分气化向上流。操作时原料液自塔的中部某适当位置连续地加入，塔顶 冷凝液的一部分作为塔顶产品称为流出液连续产出，其余回流进入塔顶；塔釜出 来的液体经再沸器部分气化后，液体作为塔底产品-称为釜液连续排出，气体则返 回进入塔底。在加料位置之上部分，上升蒸气与顶部下来的液体逐级逆流接触，进 行多次接触级蒸储，因此自下而上气相易挥发组分浓度逐级增加；在加料位置之下 部分，下降液体与底部上升的蒸气逐级逆流接触，也进行多次接触级蒸储，因此自 上而下

9、也像难挥发组分浓度逐级增加。总体来看，全塔自塔底向上气相中易挥发组 分浓度逐级增加；自塔顶向下液相中难挥发组分浓度逐级增加。因此只要有足够多化工单元过程及设备课程设计的塔板数，就能在塔顶得到高纯度的易挥发组分A ,塔底得到高纯度的难挥发组分B o精储过程的热力学基础仍然是组分之间挥发度的差异（1）,而多次的接触级蒸储是其实现的手段。在一个精储塔内自上而下温度逐级升高，塔顶温度最低， 塔釜温度最高。引入料液的塔板叫做加料板，具上的部分成为精储段；加料板以及 其下的部分称为提储段。为在一个塔内同时获得高纯度的A和B,需要一个具有精 储段和提储段的完整精储塔。但是根据生产中的不同要求，可以采用只有精

10、微段或 只有提储段的精储塔，也可以使用一些特殊的精储过程。曹作坊和一是连续地，也 可以是间歇的。提供气液两相接触的场所可以是塔板（板式塔），也可以是填料的表 面（填料塔）。化工单元过程及设备课程设计第三章精储塔的工艺设计计算3.1引言精储所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质用的塔设备首 先必须要能使气、液两相得到充分接触，以达到较高的传质效率。塔设备设计要具 备下列各种基本要求：1、气、液处理量大，即当生产能力大时，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。2、操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动，仍能在较高的 传质效率下进行稳定操作，并应保证

11、长期连续操作所必须具有的可靠性。3、流体流动的阻力少，可降低操作费用。4、结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。5、耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修。6、塔内的滞留量要小。3.2物料衡算原始数据表31原始液：乙醇和水的混合物原料液处理量5000ky/h原料液（含甲醇）79% （质量分数）原料液温度25错误！未找到引用源。塔顶产品（含甲醇）99% （质量尔分数）塔底残液（含甲醇）2% （质量分数）回流比R=1.8Rmin热损失Qi=5%Qb热源条件5kgf/错误！未找到引用源。8化工单元过程及设备课程设计查阅文献，整理有关物性数据表3-2甲醇和乙醇的物理性质名称分子式相对分子质里密度(2

12、0 C) k g / m3沸点(101.3kPa)C比热容(20 C)Kg/(kg . C)黏度(20 C)mPa.s导热数(20 C) /(m . C )表面张力103(20 C)N/m甲醇(A)错误！未找到引用源。H32.0479164.72.4950.60.21222.6乙醇(B)错误！未找到引用源。OH46.0778978.32.3951.150.17222.81.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数原料组成：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=0.3127启；二 1 - 0.8118 二 0.1882储出液组成：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=0.9661= 1-0,9

13、647 = 0,0353釜出液组成 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=0.0677U= 1-0,0704= 0,9296化工单元过程及设备课程设计3.2.3物料衡算已知D=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=130.5538 kmol/h总物料衡算F=D+W=130.5538+W易挥发组分物料衡算0.9661 130.5538+0.0677W= 0.3127 F联立以上二式得：F=478.7326kmol/hW=348.1788kmol/h表33物料衡算数据记录F478.7326kmol/h0.3127D130.5538kmol/h0.9661W348.1788kmol/h0

14、.677塔温确定由于各操作阶段的甲醇和乙醇的质量百分含量已确定，所以根据甲醇和乙醇的 质量百分含量，利用表中数据用内插值法求得各组分的温度。表34塔温-温度相对挥发度塔顶甲醇的摩尔分数：错误！未找到引用源。=0.9661错误！未找到引用源。C= 1.74985进料甲醇的摩尔分数：错误！未找到引用源。=0.3127错误！未找到引用源。C（泡点温度）a = 1.737?塔底甲醇的摩尔分数：错误！未找到引用源。=0.0677错误！未找到引用源。Ca = 1.6672q值的计算假设为泡点进料，则q = 110化工单元过程及设备课程设计3.3塔板数的确定理论塔板数错误！未找到引用源。的求取错误！未找到引

15、用源平衡线方程：y =错误！未找到引用源。=0.88111 + (17179-1)x0,8118096470.8811(L9647- 0.S118= 0.5418错误！未找到引用源。错误！未找到引用源a R=L8fim = 24717精微段：错误！未找到引用源。提储段：错误！未找到引用源。平衡线方程可写为：x =错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源误！未找到引用源。=0.94086错误！未找到引用源。=0.948410.91454错误！未找到引用源。=0.930390.88611错误！未找到引用源。=0.910920.85617错误！未找到引用源。=0.890420.8

16、2548错误！未找到引用源。=0.869410.79489 0.8118 =错误！未找到引用源。改用提储段操作线方程：错误！未找到引用源。=0.84190=0.96470错错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用11心仍平第1.7179X0.8118化工单元过程及设备课程设计源。=0.75620错误！未找到引用源。=0.800780.70058错误！未找到引用源。=0.74154源。=0.62548错误！未找到引用源。=0.661560.53224错误！未找到引用源。=0.56226源。=0.42782错误！

17、未找到引用源。=0.45105源。=0.32354错误！未找到引用源。=0.339990.23069错误！未找到引用源。=0.241110.65608错误！未找到引用源。=0.161650.10091错误！未找到引用源。=0.102890.062584 依下式验算液体在降液管中的停留时间:精微段：错误！未找到引用源。=错误!未找到引用源。=12.83s错误！未找到引用源。5s提储段：错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。故降液管设计合理。2.降液管底隙高度降液管底隙高度依下式计算:取错误！未找到引用源。=0.41m/sLh360OwU。则精微段：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=8

18、.9mm 0 .034147mm=错误！未找到引用源。提储段：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=20.2mm 0.02156mm=错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。故降液管底隙高度设计合理。精储段180026gm化工单元过程及设备课程设计提储段4.2.3塔板布置.塔板的分块因为D=1800mm,故塔板采用分块式，查表得，塔板分为 5块表46塔板分块数塔径/mm8001200140016001800200022002400塔板分块数3456.边缘区宽度确定溢流堰前的安定区宽度：WS=0.07m边缘区宽度：WC=0.035m.开孔区面积计算 - 222, i r - 1 x开孔区面

19、积按下式计算：Aa=2(x. r -x sin )180 r27化工单元过程及设备课程设计其中错误！未找到引用源D 1.8t = w =0,035 = 0865 m 2。2故错误！未找到引用源。.浮阀塔计算及其排列采用F1型重阀，重量为 33g,孔彳全为39mm1）浮法数目浮法数目按下式计算：N二-二 d 0 uo气体通过阀孔的速度：Uo =F取动能因数F=11则精段：错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。个取288个 提储段错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。个取287个2）排列由于采用分块式塔板，故采用等边三角形叉排。设相近的阀孔中心距 t=88mm, 画出阀孔排列图（如下图）：通道

20、板上可排阀孔60个.弓形板可排阀孔56个，所 以总阀孑L数目为 N=56X 2+60X3=292个.28化工单元过程及设备课程设计3）校核a）精储段气体通过阀孔的实际速度：错误！未找到引用源。实际动能因素：错误！未找到引用源。=9.515错误！未找到引用源b）提储段:气体通过阀孔的实际速度：错误！未找到引用源。实际动能因素：错误！未找到引用源。=8.52错误！未找到引用源。开孔率:4A/ ,292 二0.0392100% =4 2.5515=13. 67%开孔率在10%14%之间，且实际动能因数F0在912间，满足要求4.3操作性能负荷图气相负荷下限线.精储段：错误！未找到引用源29化工单元过

21、程及设备课程设计.提储段：错误！未找到引用源.3.2过量雾沫夹带线.精储段：错误！未找到引用源。0.1=错误！未找到引用源。得：错误！未找到引用源。.提储段：0.1=错误！未找到引用源。得：错误！未找到引用源。.3.3液相负荷下限线.错误！未找到引用源。0.006m,并设修正系数为E=1.02,则得：错误！未找到引用源。h二2.073/2 X 1.08 = 316m3/h.同理得，提储段：错误！未找到引用源。液泛负荷上限线错误！未找到引用源。错误！未找到引用源液泛线泛液线方程：aVs2 = b - cLS -dL2/3 1.精储段:1.2916746X 292z= 0.003878Pa = 1

22、,91 X 105= 1,91 X 10s Xb= 0HT + (0- 1- E0)hw = 0.5 X 0,45 + (0.5-1-05) X 0.034147 =0.190850.1530153L08ZX0,052=52.469130化工单元过程及设备课程设计1 1d=(l+ 0)(0,667)-r =(1 + 0.5) X 1,045 X 0,667 X r = 09932 LJ3L08 ”错误！未找到引用源。2.提储段:a = 1.91 X IDpvu L60191.91 X 10s X = 0.004844740.325 X 2922b = 0HT 4- (0 - 1 - Eo)hv

23、 = 0,5 X 045 + (0.5 - 1 - 0.5) X 0.02156 =0.2034401530153r = in 1399/if 2 L082X 0.11820z14(1+/(0砌隔1=(1+ 0,5) X1045 X 0.667 X - = 0.9932L08居0.004844V/ 二 020344 -101399V - 0.9932L/14.3.6操作性能负荷图精储段性能负荷图由图可知，该塔的操作上限为雾沫夹带控制，下限为漏液控制。由图可读得:(Ls)max=16.3m3/h ,(LS)min=6.5m3/h31化工单元过程及设备课程设计X/八一 3 八所以，塔的操作弹性为(

24、LS)maX=16.3m /h =2.5077A 2(Ls) min 6.5m/ hL m3/h由图可知，该塔的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图可读得:(Ls)max=39.3m3/h , 所以，塔的操作弹性为(LS)min=14.8m3/h 3 (Ls)max 39.3m /h (Ls) min 14.8m/h3= 2.6554 2第五章各接管的设计进料管查得 66.9C 时，p a=747.9 Kg/m3 , p b=748.9 Kg/m3 ,32化工单元过程及设备课程设计故错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。Kg/m3进料体积流量；错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。错

25、误！未找到引用源。m3/s取适宜的输送速度 uf=2.0m/s,故错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=0.0416 m经圆整选取热轧无缝钢管(GB/T17395-1988),规格：小45X 1.5mm实际管内流速：错误！未找到引用源。=1.96255 m/s釜残液出料管釜残液的体积流量：错误！未找到引用源。m3/s取适宜的输送速度：Uf=1.5m/s,则 错误！未找到引用源。m经圆整选取热轧无缝钢管，规格：4 27X 3mm实际管内流速： 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。回流液管回流液体积流量：错误！未找到引用源。m3/s利用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度UL=0.5m/s

26、那么错误！未找到引用源。=0.09660 m经圆整选取热轧无缝钢管，规格：4 102x2mm实际管内流速：错误！未找到引用源。塔顶上升蒸汽管塔顶上升蒸汽的体积V流量：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。m3/s取适宜速度UV=20m/s,那么错误！未找到引用源。=0.4464 m经圆整选取拉制黄铜管，规格：4 480X 10mm实际管内流速：错误！未找到引用源。33化工单元过程及设备课程设计个人感受34化工单元过程及设备课程设计通过本次课程设计，使我对化工原理、分离过程等课程有了更深入的理 解。这些课程都是实践性较强的课程，为了学好这些课程，必须在掌握理论知识的 同时，加强实践。一个人的力量是有限的，要想把课程设计做的更好，就要学会参 考一定的资料，吸取别人的经验，让自己和别人的思想有机的结合起来，得出属于 自己的灵感。课程的设计需要有耐心，有些事情看起来很复杂，但问题需要一点一点去解决, 分析问题，把问题一个一个划分，划分成小块以后就逐个去解决。再总体解决大的 问题。这样做起来不仅有条理也使问题得到了轻松的解决。在这个过程中，我们也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿佛成功而热 情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒 不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作，可是平心而论，也耗费了我们 不少的心血，这就让我们不得不佩服开发