甲醇水体系化工原理课程设计

化工原理课程设计设计任务课程设计的目的课程设计内容一、精馏塔工艺优化设计二、精馏塔设备优化设计三、辅助设备设计2024/3/241甲醇水体系化工原理课程设计课程设计任务设计题目甲醇-水混合液精馏装置的设计2024/3/242甲醇水体系化工原理课程设计课程设计任务设计原始条件原料液：甲醇水双组分混合液原料液处理量1-3万吨/年原料液初温

30℃原料液含甲醇20-90%(质量)馏出液含甲醇99.0-99.8%(质量)甲醇回收率≥

99.5%(质量)蒸汽压力（绝）：5kgf/cm2每年实际生产时间：8000小时

冷却水温度：30℃

冷却水温升：5℃2024/3/243甲醇水体系化工原理课程设计2024/3/244甲醇水体系化工原理课程设计2024/3/245甲醇水体系化工原理课程设计课程设计任务设计任务完成精馏工艺设计，运用最优化方法确定最佳操作参数选用板式塔进行精馏塔设备工艺设计和有关附属设备设计和选用编写设计说明书和设计计算书绘制工艺流程图、塔板结构简图、塔板负荷性能图2024/3/246甲醇水体系化工原理课程设计课程设计的目的总体目标：培养学生综合运用所学知识，特别是本门课程的有关知识解决化工实际问题的能力，使我们学到进行化工设计的基本步骤和方法，得到一次进行化工设计的初步训练，为今后从事设计工作打下基础。2024/3/247甲醇水体系化工原理课程设计课程设计的目的培养和训练学生的能力查阅资料，选用公式和数据的能力从技术上的可行性与经济上的合理性两方面树立正确的设计思想，分析和解决工程实际问题的能力应用计算机的能力运用简洁文字、图表表达设计思想的能力2024/3/248甲醇水体系化工原理课程设计设计准则经济性先进性可靠性和稳定性可行性2024/3/249甲醇水体系化工原理课程设计1精馏塔工艺优化设计建立精馏流程精馏塔的工艺计算2024/3/2410甲醇水体系化工原理课程设计1.1精馏流程2024/3/2411甲醇水体系化工原理课程设计1.1精馏流程加料方式高位槽加料泵进料料液状态需考虑降低塔釜热负荷及加热能位，同时要求的热状态比较稳定，一般要在单相状态2024/3/2412甲醇水体系化工原理课程设计1.1精馏流程塔顶冷凝状态全凝器分凝器塔釜加热方式再沸器间接加热方式(计算辅助设备)直接加热方式2024/3/2413甲醇水体系化工原理课程设计1.1精馏流程塔顶产品出料状态甲醇出料后要贮存，所以需冷却(例如40℃~50℃)塔底产品出料状态冷凝器位置自然回流强制回流2024/3/2414甲醇水体系化工原理课程设计1.2精馏塔的工艺计算目标要求精馏塔系统的年总费用最小

精馏塔系统的年总费：

C=0.33×(CD+CF)+(CS+CW)

CD为塔体费用：CD=13290·D1.2·NCF为换热器费用：CF=2000·A

CS为蒸汽费用

CW为冷却水费用2024/3/2415甲醇水体系化工原理课程设计1.2精馏塔的工艺计算物料衡算(确定进料、塔顶、塔釜的量及浓度)经济费用计算(求R=1.5Rmin时精馏塔费用)根据经济衡算确定Ropt2024/3/2416甲醇水体系化工原理课程设计1.2.1物料衡算已知：xD、xW、xF、W求解D、FF=D+WFxF=DxD+WxW要求单位一致,kg/horkmol/h采用质量、摩尔两种单位都有BottomsQ7Q1FeedDistillate2024/3/2417甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2经济费用计算最小回流比Rmin计算求理论塔板数N求总板效率ET及实际板数NT塔径估算费用计算2024/3/2418甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.1最小回流比Rmin计算相平衡数据

1)可以查相关参考书

2)对于理想体系可采用相对挥发度α全塔：2024/3/2419甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.1最小回流比Rmin计算进料热状况参数q设进料处压力P进=(P顶+P釜)/2据Antonine方程求出进料处的泡点温度T泡点设计进料温度TF根据甲醇、水的物性数据求算q值2024/3/2420甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.1最小回流比Rmin计算根据平衡关系和q求得RminxEquilibriumcurve45°linexDxFqlineafye2024/3/2421甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.2求理论塔板数N设R=1.5Rmin求算理论塔板数N平衡线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程q线EquilibriumcurvexFxwyxD1234x2024/3/2422甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.2求理论塔板数N逐板计算法通过Excel计算可以省很多计算时间注意：理论板上精确到小数点后一位进料前后方程的过渡2024/3/2423甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.3求ET及实际板数NT总板效率ETO‘Connell公式注：相对挥发度为全塔平均温度下的相对挥发度粘度为进料温度下进料组成的摩尔平均粘度f为系数，根据塔板种类而定，如筛板为1.1、泡罩为1、浮阀为1.22024/3/2424甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.3求ET及实际板数NT实际板数NT

NT=N/ET求出全塔总实际板数进料口位置2024/3/2425甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.4塔径估算以塔顶第一块板计算对象基本数据：气液组成、体积流量、密度，液体表面张力σ计算过程：

注：塔径D要圆整2024/3/2426甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.4塔径估算

注：1、σ根据参考书《石油化工基础数据手册》查得并计算2、具体计算过程可参考设计资料P133或《化原》第十章2024/3/2427甲醇水体系化工原理课程设计1.2.2.5费用计算精馏塔系统的年总费：

C=0.33×(CD+CF)+(CS+CW)

CD为塔体费用：CD=13290·D1.2·NCF为换热器费用：CF=2000·A

CS为蒸汽费用：CS=200元/吨×W蒸汽

CW为冷却水费用：CW=0.3元/吨×W冷却水2024/3/2428甲醇水体系化工原理课程设计（一）塔体费用计算CD=13290·D1.2·N注：D、N都与回流比R有关，因此CD是R的函数

CD=f(R)2024/3/2429甲醇水体系化工原理课程设计（二）换热器计算预热器再沸器塔顶冷凝器塔顶产品冷却器注意：1、分别计算换热面积2、蒸汽用量或冷却水用量2024/3/2430甲醇水体系化工原理课程设计（二）换热器计算换热量Q，kJ/h(考虑热损失Q为1.05倍计算值)换热器管程、壳程物流的温度T1、T2、t1、t2的计算或设计计算平均推动力△tm设总传热系数K，求得换热器面积A求得蒸汽用量W蒸汽或冷却水用量W冷却水注：A、W蒸汽、W冷却水都与回流比R有关，是回流比R的函数

CF=f(R)；CS=f(R)；CW=f(R)2024/3/2431甲醇水体系化工原理课程设计1.2.3根据经济衡算确定Ropt精馏塔系统的年总费：

C=0.33×(CD+CF)+(CS+CW)C=f(R)通过改变R，求得不同R下的费用(包括设备费用、操作费用和总费用)并画图，得到费用最小的Ropt2024/3/2432甲醇水体系化工原理课程设计课程设计说明书要求设计说明工艺计算2024/3/2433甲醇水体系化工原理课程设计1、《化工原理课程设计资料》（一）板式塔浙江工业大学化工原理教研室编2、《化学工程手册第一篇化工基础数据》化学工业出版社（1980）3、《化学工程手册第十三篇气液传质设备》化学工业出版社（1979）4、《石油化工基础数据手册》卢焕章等编著，化学工业出版社5、《化工基本过程与设备设计教科书》［苏］．N迫特尼奥尔斯科戈6、“Vapor-LiquidEquilibriumDataCollection”Vol．1．7、《化工过程工程工业实践》S．WBodman著，曲德林等译清华大学出版社（1985）8、《塔的工艺计算》石油工业出版社（1977）9、《化工过程及设备设计》华南工学院化工原理教研室（1987）10、《化工过程及设备设计数据及图集》浙江化工学院11、《泵类产品样品》第一册、第二册机械工业出版社12、化学化工物性数据手册（有机卷）青岛化工学院等编化学工业出版社（2001）参考文献2024/3/2434甲醇水体系化工原理课程设计课程设计地点化工09(1)，A314(6.19晚除外)化工09(3)，A314(6.19晚除外)化工09(4),A114(6.20-6.22晚除外)化工09(5),A5312024/3/2435甲醇水体系化工原理课程设计课程设计时间安排布置任务0.5天工艺计算3天设备计算3天辅助设备计算2天画图和编写任务书1.5天2024/3/2436甲醇水体系化工原理课程设计课程设计纪律一般情况都要在指定教室做设计，便于老师指导。有时要向指导教师或课代表请假。指导教师将经常点名以督促学生按时完成设计任务。2024/3/2437甲醇水体系化工原理课程设计请认真做课程设计！！！谢谢！！！2024/3/2438甲醇水体系化工原理课程设计精馏塔设备优化设计选择塔型和板型塔板结构设计塔板流体力学计算塔板负荷性能图2024/3/2439甲醇水体系化工原理课程设计2精馏塔设备优化设计DistillateCondenserReflux,LFeedBottomsReboilerRectifyingsectionStrippingsectionD,xDF,zFB,xB2024/3/2440甲醇水体系化工原理课程设计2.1选择塔型和板型塔型(填料塔、板式塔）Liquidin

Vaporin

VaporoutLiquidout12N–1NTrayedTowerLiquidin

Vaporin

VaporoutLiquidoutPackedColumn2024/3/2441甲醇水体系化工原理课程设计2.1选择塔型和板型板型泡罩塔筛板塔浮阀塔穿流塔板2024/3/2442甲醇水体系化工原理课程设计2.2塔板结构设计流动型式单流型双流型多流型回流型其它流型2024/3/2443甲醇水体系化工原理课程设计2.3塔板流体力学计算塔板结构参数

HThwhowHdh0h1hw’AfAaWdWsWs’Wclw2024/3/2444甲醇水体系化工原理课程设计2.3塔板流体力学计算塔板结构参数how堰上液层高度hw堰高HT板间距ho底缝Wc边缘区Ws安定区lw堰长Wd堰宽AT全塔面积Af降液管面积Aa开孔区面积2024/3/2445甲醇水体系化工原理课程设计2.3塔板流体力学计算塔径计算降液管结构型式选取堰及降液管设计孔布置干板压降塔板稳定性塔板压降液泛情况雾沫夹带负荷性能图2024/3/2446甲醇水体系化工原理课程设计2.3.1塔径计算基本数据：气液组成、体积流量、密度，液体表面张力σ预估板间距HT(500mm)预算塔径塔板参数设计水力学性能计算2024/3/2447甲醇水体系化工原理课程设计(二）预算塔径求值和预设的HT得C20

2024/3/2448甲醇水体系化工原理课程设计(二）预算塔径

注：

1、具体计算过程可参考设计资料P133

2、塔径D要圆整2024/3/2449甲醇水体系化工原理课程设计(三）初步设计塔板结构参数降液管道截面积Ad塔净截面积An塔板工作面积Aa孔总面积A0孔径d0(4~8mm)板厚tp堰高hw(预设30mm)2024/3/2450甲醇水体系化工原理课程设计(四)

水力学性能计算修正气速数值及液泛分率数值计算液沫夹带分率φ(要求φ≤0.1)降液管内液体停留时间τ核算

注：对于易起泡物系，τ要取得大一些2024/3/2451甲醇水体系化工原理课程设计2.3.2降液管结构型式选取单溢流双溢流多降液管2024/3/2452甲醇水体系化工原理课程设计2.3.3堰及降液管设计堰的确定堰上清液层高度how的计算板上液面落差Δ板上清液层高度hL的计算ho设计2024/3/2453甲醇水体系化工原理课程设计2.3.3.1堰的确定堰的种类齿形堰：how＜6mm平堰：how＞6mm弓形堰的长度一般lw/D=0.6~0.82024/3/2454甲醇水体系化工原理课程设计2.3.3.2堰上液层高度how的计算E根据和来确定，查图可得2024/3/2455甲醇水体系化工原理课程设计2.3.3.3板上液面落差Δ本课程设计液量较小，Δ≈02024/3/2456甲醇水体系化工原理课程设计2.3.3.4板上清液层高度hL的计算先设一hL‘hw=hL‘－how圆整hwhL=hw＋how2024/3/2457甲醇水体系化工原理课程设计2.3.3.5ho设计降液管底部距下一层塔板的间距ho

ho＝hw－（0.01~0.02）m2024/3/2458甲醇水体系化工原理课程设计2.3.4孔布置筛孔选择取d0=3~8mm，t/d0=2.5~5边缘区确定WS=50~100mmWC=50~60mm孔数n2024/3/2459甲醇水体系化工原理课程设计2.3.5干板压降注：W0－气速，与气量有关C0－流量系数，与d0/δ有关A0－筛孔面积Aa－开孔区面积2024/3/2460甲醇水体系化工原理课程设计2.3.6稳定性漏液状态下hc(M)=0.0056+0.13hL-hσ漏液状态下气速：稳定系数注：要求K≥1.52024/3/2461甲醇水体系化工原理课程设计2.3.7塔板压降hphp=hc+hl2.3.8雾沫夹带要求ev≤0.12024/3/2462甲醇水体系化工原理课程设计2.3.9液泛情况降液管内液层高度HdHd=hL+hd+hp若2Hd-hw＞HT，则产生液泛2024/3/2463甲醇水体系化工原理课程设计2.4塔板负荷性能图漏液线液体流量下限线液体流量上限线液泛线雾沫夹带上限线注：上操作弹性＞1.5下操作弹性＞1.52024/3/2464甲醇水体系化工原理课程设计3.辅助设备的设计塔高的设计换热器的设计及选型泵的设计及选型接管尺寸的设计塔和辅助设备都已确定，重新计算总费用。2024/3/2465甲醇水体系化工原理课程设计塔高的设计前面的计算得到实际板数和实际进料位置，以及板间距HT

。开人孔φ500～600，每10块塔板开一个人孔，开人孔处板间距HT取0.7~0.9m进料板HT＝0.7～0.9m第一块塔板到塔顶的距离0.5~1.0m最后一块塔板到塔底的距离1.0~1.5m裙座高度的设计直接蒸汽加热2~3m

间接蒸汽加热3~5m求得全塔高度和进料板位置高度。2024/3/2466甲醇水体系化工原理课程设计换热器的设计换热器包括全凝器、再沸器、预热器和冷凝器。三个选型：只需计算换热面积，A=Q/(KΔtm)，即可选型。一个选型要选型和校核，一般选取全凝器。全凝器的选型和校核：计算换热面积A=Q/(KΔtm)确定管程管内流速，管径，可计算得到管截面积，管根数，单管程管长，管程数。通过换热面积，管长，管程数进行选型。2024/3/2467甲醇水体系化工原理课程设计校核K：管程冷却水对流传热系数壳程蒸汽冷凝对流传热系数求得K。计