课程设计-化工原理

设计方案简12式和某些操作指标。本设计任务为分离甲醇-水混合物。对于二元混通过预加热器至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。工艺流程简全塔物料衡算

计算结果汇总表及附项进料塔顶塔顶流F,kmolxF,D,kmolxD,W,kmolxW,0甲水合项进料塔顶塔顶流F,kmolxF,D,kmolxD,W,kmolxW,0甲水合操作条件设计总23(不包括再沸器716全塔热量H,kJ入方kJ出方kJ工艺计算结果汇总mol0水mol0mol0水mol0mol0水mol0℃℃℃℃kgkgkgkgkgkgkgkgkg设备计算结果汇总个000000mm—不发生泄—不发生泄ssmm——mIS5032阀孔布置精馏段负荷性能提馏段负荷性能设计评互关联缺乏认识平常的学会有题设的条件省去了我院过程工程的数据库中就有许多我们所需要的数据导书还查阅了一些超星馆中的资料这样的设计让的自主研究的能力，我能通过慢慢的将问题化解。设计帮助我更好的熟悉了WORDEXCELCAD的操作。平常天天用电脑上网进行些活动真正这些实用的软件却触碰的很少，虽然以前有学过但隔的时间也比较久了，CAD疑 起了我们学过的c++编程，真的只需要短短认为的计算机过了级拿到就了事的想法真的很幼稚那憾，我决定今后更加扎实的学习，拓宽自己的知识面。设计了我耐心，很多地方都是需要先假设数据，再验算，不符合时再调整数计算只能略去了，可能还存在一些问题，恳请老师指正。参考资1、《石油化学工程原（上册》中国，2、《石油化学工程原（下册》中国，》3、《化工原理课程设计大学》4、《多元气液平衡和精馏》化学工 郭 编第一部分操作条件与基础数40000吨年；进料中甲醇含量50质量塔顶产品中水含量：1.0%质量；0.8质量；30024小时连续运行；对于进料已知：

Fwt40000t/y5555.5556kg/

，MHO18g 23MCHOH32g23MCH1 ，MCH1 ，3 H23MFMF0.363210.361823.0400gM故：F= 5555.555623.0400241.1266kmolMaaMnj1jMjx

可得：x 0.3600+ +对于塔顶MCH31 MCH31 H22MD

1MD0.98243210.98241831.7526gx 0.9824

MCH31 MCH31 H23MWMW0.00453210.00451818.0630gx 0.0045w

1 DDxFDxDWFF241.1266D241.12660.36D0.9824WD87.6577kmolW=153.4689kmol则Dwt=DMD87.657731.75362783.4475kghWwt=WMW153.468918.06302772.1087kgh333Fwt,CHOH3

2FHOF1xF241.126610.36154.3120kmol22Fwt,HO2

1aF5555.555613DCHOHDxD87.65770.982486.1149kmol33Dwt,CHOH3

1aD,HO2783.44751222DHOD1xD22Dwt,HO2

aD,HO23WCHOHWxW2333Wwt,CHOHWwtaw,CH332WHO2

1xW2Wwt,HO2

1aw,CH3OH进料塔顶塔底摩尔分流kmol摩尔分流kmol摩尔分流kmol甲086086000154010合进料塔顶塔底质量分流kg质量分流kg质量分流kg甲02777027550220277702702749合155551278312772操作温度与操作压力的确t15Ct冷却剂TT其中：X1 TTC

1X1AXBX15CX3DX6PPA7.76451;B1.458838;C2.7758;D1.23303;PC;TCHt=40CH2

A8.54796;B0.76982;C3.1085;D1.54481;PC80.9barTC512.6KCHt=40CCH31x1P12x2x 2x 2 x x 211x

ln

1lnx1ln

2lnx2xx x xx x x 2x回流罐=1.000135.47890.98241.83237.3860135.0.56kpaP101.325kpa作为操作压力，即常压操P塔顶111.4574kpa23NP5mmHg=23P塔底 1P 进 塔 塔

y1y10.9824;y21xD10.9824

P

;

H2O P

=K2K

KCH

KH塔 塔 运用视差归一的方法，在excel11.塔顶温度t塔顶=67.55Cx1x10.0045;x21xW10.0045

;

H2O iixiKCHxiKCHOHx1KHO322.塔底温度t塔底=105.5Cx1x10.036;x21xF10.036

;

H2O iixiKCHxiKCHOHx1KHO320t进料=80.75C最小回流比的由 xDye y 4.甲醇-010110101.甲醇-y-xy10.22x670.22x597.52x468.06x326.78x26.121xxexeye0.9824Rmin

0.7028

最小理论板数的确由甲醇-y-xNmin22.Nmin6.8457（不包括再沸器适宜回流比的R改变 由R由平田关联式：logN

0.9RRmin0.17R1NN

R1 RRRX RY=NNminNN233.甲醇-水体系N(R+1)-R/Rmin关系图附图4.甲醇-水体系N-R/Rmin关系图理论板数及理论加料位置的确R=1.5494y0.6077xy1.6868x将二直线与甲醇-水体系y-x相平衡数据画于同一坐标中，利用梯级N5。N11.0319（不包括再沸器）理论进料位置为N6.75实际板数以及实际加料位置的确tD67.55C;tWt1TT167.55105.5

1

1.0001114.1338P P2

1.7020 1

2.3442419.5886P P2DWDW 2.3927

1.0000查阅《石油化学工程原理（上册》p375ttm86.525CCHOH0.265HO LxFCHOH1xFH 0.360.26510.360.335

L00.494.37470.30980L0NENTNET

11.0319N实际=23124块（包括再沸器N

14.8416塔径的确P塔顶第二块板6.塔顶第二块板温度y1xD0.982433将x1,1带入精馏段操作线方程y2,10.9722y2,21y2,110.9722tD,2ananxxnMn ax2,11xM 0.9392320.9392a x2,2M22x0.0607 M 0.9392322MM2x2,1M1x2,2M2=0.939232+0.061818=31.1485gMMvMiyiMixiMv=321.03520.9392+180.43110.0608=31.5827g124-水系统的主要CH3OH747.6kg查阅《石油化学工程原理（上册367页，水的重要物理性质，H20978.88kgm31则：l 1

1 2 1 2

=753.8602kg

MvP

8.314273.15

1.2323kgsLLMs

1.549487.657731.14855.6118m3

sVLMVs

1.549487.657731.58275727.2646m3

1=0.0178N查阅《石油化学工程原理（上册367页，水的重要物理性质，可得：2=0.0065NmHT0.50m，板上液层高度h10.06m，则HThl0.500.060.44m查阅《石油化学工程原理（下册61712-12系数C0C20C

0

0.01710

200.02 0.02ll753.8602

max

2.2756m取空塔气速 为最大允许气速的 ，则u0.7umax0.72.27561.5929m43.141643.1416tW105.5CxW,10.0045;xW,2

ananxxnMn a'x2,11x M 0.0045320.00452a'x2,2M2x M 0.0045322MW=0.004532+0.995518=18.063g/MMvMiyiMixiMv'=327.75770.0045+180.96990.9955=18.4975g/CH 707.4kg/CH3查阅《石油化学工程原理（上册367H可得： 954.33kgH21则：l' 1

1 2 1 2

=951.6724kg

MvP塔底

0.7275kg

8.314273.15L'LqFMWRDF 1.549487.6577241.126631.14857.1545m3V'V'MV'R1DMV 1.5494187.657718.49755682.0835m3LS LS lVS v

1'=0.0141N查阅《石油化学工程原理（上册367页，水的重要物理性质，可得：2'=0.0578Nmm'x2,11x2,220.00450.01410.99550.05780.0576NHT0.45m，板上液层高度h10.06m，则HT'hl0.450.060.39m查阅《石油化学工程原理（下册61712-12系数C0与有C20'0.0850'0 0.0576C

'm

200.02 0.02

'C

l'l'vv951.6724

3.7966m取空塔气速u为最大允许气速的7043.1416则u0.7umax0.73.796643.1416u因此：D'u全塔热量衡原理（上册367页，水的重要物理性质，可得塔顶、塔底、进kJkg温度组分状过冷回塔顶气塔顶液塔顶第二块板气泡点进料液塔底气塔底液表示符HHH甲醇焓3水焓kJkmol温度组分状过冷回塔顶气塔顶液塔顶第二块板气泡点进料液塔底气塔底液表示符HHH甲醇焓水焓HVHD,2,v,1x2,2HD,2,v,1x2,2,2D,2HHxW,2,2HF,2HF,2t回流C=C=

查阅《石油化学工程原理（上册367CP,2=4.174

kgK=HLDHLDHLD'CPtHLD3212.1386927.4068kJL1RD1.5494L

HV2HL V

D

121.0407QCRC1DHV1HLDQC1.3808=8.2772106kJ取全塔热损失Q损=5%QB根据全塔热量衡算：FHF DHLDWHLW

DHLDWHLWCPCP Qcmc

m

8481744.897第二部分设塔板的布F0F013，F0u可得：精馏段阀孔气速：u0

11.7106muT45727.2646uT3.1416则精馏段开孔率为：uT100

100%N04

0d20

3.14160.03924

xDWW1.20.190.0850.325 rDW1.20.1A2A2ar2x2180r2sin1xrA

20.3252

r2sin10.3250.6008 2

0.5t

0.0678

N0 113.7227同样由阀孔动能因数F0的经验估算，取提馏段阀孔动能因数为vuv

F0'

11.7242mu'4VSTu'4VST3.1416则提馏段开孔率为：uT100u0

1.3956100%11.90N0'4

VS0d20

3.14160.03924

t'

N0'S

112.6944

0.0711m、由估算出的开孔率、阀75tmm列t500m（450m（20~50mmLHAdAdnD2Wd2WF1=1.220.1920.0851 0aAtNS0.0651180.0750a

1.406711.2986m采用凹形受液盘，盘深采用F-1型重阀，最小开度为25mm8.5mm，阀孔为：39mm48mm33g。选择两个10mm塔板流体力学精馏段（取塔顶第二块板计算u2hc5.37 2g

hc5.37

2 =0.0572m0.0440mH2Oh'hh 为充气系数，取2 0.00284ELhl lw7612-6E2 0.002841.0255.6118 0.876 0.0100m液柱0.0077mH2Ohw' h0。hhh'0.0572 0.0872m液柱0.0672mH2O3~6mml0.0171m17.1mmA0.052h1.72u3l故选用式e 计算lTHnT

mHHT77A,nA0.159；nPa1.163210Pa1.1632106kgfsPa1.1723106kgfs2vxD,11xD,2s0.98241.16321060.10761.17231061.162210s0295

0m5.62105l vv 17.10295753.86021.23230m5.62105

0.1590.05260.0409e0.5095

37 0.50860.6796 0.78ATKS11F100Cv1361AbKS

Z；FC C 753.8602CFAbAb

0.5752520.115ZD2Wd1.220.190.82F1000.06441365.61180.82= 0.90113600

100 =0.781.13113600Hdhwhowhdhp

0.153 Sl

0.1 Sl b

b

hdhd1hd20.1530.876 由于h

0.10.8760.05

0.0003Hd0.050.01000.00900.0872

0.16050.3210

T

F0

该值在8~17Ao4Nd23.14161180.0392Ao40 aAo100%0.1401100%a wLLSl5.61180.8766.4061m3mwFFFoa由F012.5426Foa0.50.5=HTAd

=36.8868sduLSd

3600

0.0136mud 0.17KS0.17m HTlv HTlv0.5753.8602d=7.98103 0.1548m由此可见ud0.0146msud0.1548ms，符合要求提馏段（取塔底第一块板计算u'2hc'5.37 2gl2

5.372

h''h 为充气系数，取2h'0.00284E'Lh' lw2 0.002841.0357.1545 0.876 0.0120m液柱0.0119mH2O0.8746hwll2.2.2.1.2.3h0。h'h'h''0.0288 0.0597m液柱0.0596mH2O4.38373~6mml'0.0578Nm57.8dynecm35dyne故选用式eA0.052hl'1.72H'n

'369TTHHT77A,nA0.159；n0.1590.05261.9209 3e'

20.450952

1F100Cv1361vl'vl'vCvCv'

Z；F0.78ATKS0.78ATKS 951.67241CF'AbAb

0.5752520.115ZD2Wd1.220.190.82F'1000.04371367.15450.82=51.43%1

0.901136001000.781.13113600

=Hd'hwhow'hd'hp'L' L'hd1'0.153S；hd2'0.1S

hb

hb

hd'hd1'hd2'0.1530.8760.05 由于h

0.10.8760.05

0.0005Hd'0.050.01190.01150.05970.1332Hd'0.13320.2663Hh0.450.05 vF0uv

该值在8~17Ao4Nd23.14161180.0392Ao40 aAo100%0.1401100%a wL'LS'l7.15450.8768.167m3mwFF'2.968019h0027L'0

'2.9680.14010190.0500278.167202190.50.5'=HTLS

26.0396sdu'LS'd

3600

0.0173mud'max0.17KS0.17m HTl'v HTl'v =7.98103

0.5951.6724 0.1651mud0.0146msud'max0.1548ms塔板负荷性能VlhVlhv

1.36ZLSb V 753.86021.23232.9510310.9010.1161.360.82L 即：Vh27.5599Lha

0lN20l

118

bHT1hW0.50.50.510.50.05c

2 0.876lW2d0.002841lW2

0.002841

22VbcL2dLhhha0.87620.20.87620.21.0175105L20.0047L2h1.7376hNVh N

2285.3656m3取液体在降液管中的最小停留时间为4s3600AdHT3600AdHT36000.115

51.75m34L 2744.6680m3h、7419.2001m3h2744.6680VlhVlhv

1.36ZLSb V 951.67240.72752.9510310.0990.1161.360.82L 即：Vh40.3194Lha

0lN20l

118

bHT1hW0.50.450.510.50.05c

20.8762 0.8760.8762lW2d0.002841lW2

0.002841

22VbcL2dLhhha0.1751.0175100.1751.0175105L20.0047L2h8.1254hNVh N

2974.4336m3取液体在降液管中的最小停留时间为4sL3600

HT36000.1150.4546.575m34L3.07l3.070.8762.6893m2 2974.4336m3h、9053.8229m3h2974.4336第三部分塔体的尺寸、材料及开Tm86.525C,Pm119.1246kPa1.1737atm，参照《化工原理课程设计筒体的壁厚，选择筒体材料为Q235钢，公称直径为：1200mm，壁5mm。选择标准椭圆封头，公称直径为：1200mm300mm，25mm6mm。0.6m。Dg450mmHD1.2mHF1.1m47.1545m3h，塔截面积为：1.131m2，可得： Lh

7.154541.3179m2m。HHDHWHF

i1,in

HTi1.221.110.250.325m，塔体总高度为：14.875m4个50mmDg4504m1000mm，外径为：1500mm，螺栓孔中心线直径为：1370mm。各接管的流速和直径的确常压操作，允许气速范围为：12~20ms，取

20ms43600436003.1416的接管，其接管尺寸为：37710mm。即dv将dv0.377muv dv

436003.1416

=13.1196m该值介于12~20ms0.2~0.5ms436003.1416uV436003.1416dV 防冲管结构尺寸表，选择内管为：764mm的防冲管。即dv将dv0.076muv dv

436003.1416

=0.3436m该值介于0.2~0.5ms取uV2.0mst进料124-水系统的主CH 735.175kgm3CH3H 971.3125kgH2

836.9058kgCH H

F

241.126623.036.6353m343600436003.1416防冲管结构尺寸表，选择内管为：383.5mm的防冲管。即dF将dF0.031muv dv

4 =2.4420m36003.1416该值介于1.5~2.5ms0.5~1.0ms，取uL0.4ms4Ls44Ls436003.1416弯管结构尺寸表，选择内管为：573.5mm的弯管。即dW将dW0.050mu4LS'v dv

4 =1.0122m36003.1416该值介于0.5~1.0ms常压操作，允许气速范围为：1.0~1.5ms，取uL1.2ms4Ls44Ls436003.1416弯管结构尺寸表，选择内管为：453.5mm的弯管。即dL将dL0.038mu4LS'v dv

436003.1416该值介于1.0~1.5ms常压操作，允许气速范围为：12~20ms，取um16mseVeVVumum的接管，其接管尺寸为：37710mm。即db将db0.357mededv

4VS'3600 该值介于12~20ms3600 塔的辅助设备设冷凝器温度为tQ冷凝=Rc1DHV1 冷凝1.3808Q冷凝=4.174198302.7835ttK

m3C，冷凝 温度变化如下塔顶蒸汽67.55C35.00C32.55C冷却tt1ln

67.5532.5567.553533.7602Cln67.5532.55 2.0320 传热面积：A 冷凝 K 850取裕度为：10%A110%70.8105公称直公称压管程N管子根n公称直公称压管程N管子根n中心排管管程流通面换热面换热管长26095

32.553533.775CK查阅《石油化学工程原理（上册367KHO=0.6240WmK；HO=0.7451mPa；CP,HO=4.1740

=994.3788kgm3mc198302.78kg3600 3600994.37883600 3600994.3788Rediu0.015 PrCP4.17400.7451 因此，可以得到管程的给热系数i0.023Re08Pr0i0.0230.6240

AA00 0

96.6984ln Q=iAitwttwtw'twb

则，液膜平均温度为：ttw'

36.2350

查阅《石油化学工程原理（上册375页，液体汽黏度共线图可得