甲醇水二元篩板精餾塔方案

個人資料整理 僅限學(xué)習使用吉林化工學(xué)院化工原理 課程設(shè)計題目甲醇--水二元篩板精餾塔設(shè)計教學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師2018年12 月22 日題目 甲醇—水二元篩板精餾塔的設(shè)計個人資料整理 僅限學(xué)習使用設(shè)計條件：常壓 P=1atm<絕壓）處理量：70kmol/h進料組成0.55 餾出液組成0.965釜液組成0.035 < 以上均為摩爾分率）加料熱狀況 q=0.97塔頂全凝器 泡點回流回流比 R=(1.1 —2.0>Rmin單板壓降 ≤0.7kPa設(shè)計任務(wù)：1．完成該精餾塔的工藝設(shè)計<包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的設(shè)計計算）。2．畫出帶控制點的工藝流程圖<2號圖紙）、精餾塔工藝條件圖<2號圖紙）。3． 寫出該精餾塔的設(shè)計說明書，包括設(shè)計結(jié)果匯總和設(shè)計評價。目錄個人資料整理 僅限學(xué)習使用個人資料整理 僅限學(xué)習使用摘要在這次課程設(shè)計任務(wù)中，我們應(yīng)用了化工原理精餾知識對甲醇水二元篩板精餾塔進行了設(shè)計，使我們對課本知識進行了更深一步的認識，并且對實際操作有了一定的了解。本次設(shè)計的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較為完整的精餾設(shè)計過程。經(jīng)計算，回流比R=1.01，實際塔板為18，其中精餾段7塊，提餾段11塊，最終計算塔高為14.69m，篩孔數(shù)1580個，精餾段操作彈性1.81，提餾段操作彈性2.02，符合要求。關(guān)鍵詞：甲醇；水；實際塔板數(shù)；回流比；操作彈性；精餾段；提餾段。個人資料整理 僅限學(xué)習使用第一章緒論1.1篩板塔的特點篩板塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)持點為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板 (孔徑為 3—8mm>和大孔徑篩板 (孔徑為 10—25mm>兩類。工業(yè)應(yīng)用小以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合 (如分離粘度大、易結(jié)焦的物系 >。篩板的優(yōu)點足結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。 應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計和操作不當，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降．故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹慎。近年來，由于設(shè)計和控制水平的不斷提高，可使篩板的操作非常精確，彌補了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計和采用先進控制手段的前提下，設(shè)計中可大膽選用。1.2設(shè)計思路全塔物料衡算求理論塔板數(shù)氣液相負荷計算篩板塔設(shè)計能校正畫出負荷性能圖全塔熱量衡算塔附屬設(shè)備計算

流體力學(xué)性個人資料整理 僅限學(xué)習使用第二章精餾塔的工藝設(shè)計2.1產(chǎn)品濃度的計算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率：甲醇的摩爾質(zhì)量： =32 水的摩爾質(zhì)量： =182.2平均相對揮發(fā)度的計算表2-1甲醇-水Antdne常數(shù)[1]ABＣ甲醇８．０８０９７１５８２．２７１２３９．７２６水８．０７１３１１７３０．６３０２３３．４２６當塔頂溫度 tD=65.31℃時聯(lián)立，解得： 782.78mmHg進料溫度 t F=72.25℃時

189.64mmHg聯(lián)立，解得：塔底溫度

1020.94mmHgtw=95.32 ℃時

256.84mmHg個人資料整理 僅限學(xué)習使用聯(lián)立，解得： 2292.56mmHg 641.17mmHg相對揮發(fā)度 ：2.3最小回流比的計算和適宜回流比的確定已知q=0.99則：相平衡方程：聯(lián)立方程，解得： ye=0.8126,x e=0.547所以，根據(jù)公式查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖 [2] 繪制表2-2倍數(shù) R N1.10.5840.03350.33739.1801.20.6380.3570.32258.9591.30.6910.3770.30938.7691.40.7440.3960.2928.6011.50.7970.4140.28678.4561.60.8500.4300.27678.3271.70.9690.2020.44428.212個人資料整理 僅限學(xué)習使用1.81.0260.22510.42418.1111.91.0830.24630.40588.0192.01.1400.26640.38937.936圖2-1甲醇平衡曲線圖取操作回流比2.4物料衡算原料處理量 F=70kmol/h總物料衡算 F=D+W甲醇的物料衡算 FxF=DxD+Wxw聯(lián)立，得 D=0.0108koml/sW=F-D=0.0087kmol/s2.5精餾段和提餾段操作線方程精餾段操作線方程： yn+1= xn+提餾段操作線方程：2.6逐板法確定理論板數(shù)及進料位置由q=0.97得 Xq=0.547第一塊塔板上升氣相組成： y1=xD=0.965代入平衡曲線得個人資料整理 僅限學(xué)習使用第一塊塔板下降液相組成：=0.87801=0.8780代入精餾段操作線得出2再將xy，如此反復(fù)計算得如下結(jié)果：y2=0.9213，x2=0.7535y=0.8587，x=0.613433y4=0.7883，x4=0.4930<0.547=xq即第四塊板為理論加料板位置，改用提餾段操作線方程計算如下：y5=0.7106，x5=0.3970y6=0.5661，x6=0.2541y7=0.3732，x7=0.1345y8=0.2043，x8=0.0638y9=0.1045，x9=0.0297<0.035=xw所以，理論板數(shù)共 9塊(包括再沸器>,第4塊板加料，其中精餾段為 3塊板2.7實際塔板數(shù)及實際加料位置和全塔效率精餾段：塊提餾段：=3.320.3194塊全塔所需實際板數(shù)：全塔效率實際加料版為第 8塊

11+7=18

塊個人資料整理 僅限學(xué)習使用第三章精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計計算3.1物性計算操作壓力計算：應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性原則。對熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對揮發(fā)度增大，利于分離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。對于物性無特殊要求的采用常壓操作。塔頂壓力=101.3=101.3kPa單板壓降 P=0.7kPa進料板壓力 pF=101.3+0.7 7=106.2kPa塔底壓力 pw=101.3+0.7 11=109.0kPa精餾段平均壓力 pm=(101.3+106.2>/2=103.75kPa提留段平均壓力 pm'=(106.2+109.0>/2=107.6kPa操作溫度計算：表3-1利用常壓下甲醇-水平衡數(shù)據(jù)101.325[1]x00.0200.0400.0600.12570.1315y00.1340.2300.3040.3650.395t/℃10096.493.591.289.387.7x0.28180.29090.33330.35130.46200.52920.5937y0.7790.8250.8700.9150.9580.9791.000t/℃73.171.269.367.566.065.064.5(1>塔頂氣、液，進料和塔底的溫度分別為 tDtFtW查表一，利用內(nèi)插法，得塔頂溫度：<64.7-66.9）/<1-0.8741）=(t-66.9>/(0.965-0.8741>LD個人資料整理 僅限學(xué)習使用得到=65.31℃塔底(100-92.9>/(0-0.0531>=<tw-92.9）/<0.035-0.0531）得到tW=95.32℃進料<72.7-71.3）/<0.5292-0.5937）=<tF-71.3）/(0.55-0.5937>得到tF=72.25℃精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：平均摩爾質(zhì)量計算：塔頂溫度：tD=65.31℃汽相組成yD：進料溫度：tF=72.25℃汽相組成 yF：塔底溫度：tW=95.32℃汽相組成 yW：精餾段平均液相組成：精餾段平均汽相組成：提餾段平均液相組成：提餾段平均汽相組成：個人資料整理 僅限學(xué)習使用Ⅰ、精餾段精餾段平均溫度： 68.75℃精餾段平均液相組成：精餾段平均汽相組成：精餾段液相平均分子量：精餾段氣相平均分子量：液相密度：氣相密度：液相流量：氣相流量：Ⅱ、提餾段提餾段平均溫度： 83.75℃提餾段平均液相組成：提餾段平均氣相組成：提餾段液相平均分子量：提餾段氣相平均分子量：液相密度：氣相密度：液相流量：氣相流量：液體平均表面張力計算：[1]表3-2 甲醇、水密度、粘度、表面張力在不同溫度下的值溫度5060708090100ρ甲醇760751743734725716ρ水988.1983.2977.8971.8965.3958.4個人資料整理 僅限學(xué)習使用μ甲醇0.3500.3060.2770.2510.225μ水0.4790.4140.3620.3210.288σ甲醇18.7617.8216.9115.8214.89σ水66.264.362.660.758.8查圖知：二元有機物 -水溶液表面張力可用下列公式計算其中上述諸式中XwVw

下標

W,O,S------，Xo-----，Vo------

分別代表水、有機物及表面部分；主體部分的分子數(shù)：主體部分的分子體積；w，σo-----分別為純水、有機物的表面張力；對甲醇q=1。塔頂液相表面張力=65.31℃，代入上式得：塔頂液表面張力：進料板液相表面張力tF=72.25℃,個人資料整理 僅限學(xué)習使用代入上式得：進料液相表面張力：塔底液相表面張力tw=95.32℃，代入上式得：塔底液相表面張力：精餾段平均液相表面張力：提餾段平均液相表面張力：全塔平均液相表面張力：液體平均黏度計算=68.75℃： 得出： =0.3126得出： =0.4221=83.75℃： 得出： =0.2536個人資料整理 僅限學(xué)習使用得出： =0.3466精餾段黏度：提餾段黏度：3.2精餾塔主要工藝尺寸的計算塔徑的計算精餾段欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速u＝安全系數(shù)×umax功能參數(shù)：取塔板間距 =0.45m，板上液層高度 ，那么分離空間： -h1=0.45-0.07=0.38m從史密斯關(guān)聯(lián)圖 [2]，由于圓整得D=0.8m塔截面積：實際空塔氣速：提餾段功能參數(shù)：取塔板間距 =0.45m，板上液層高度 ，個人資料整理 僅限學(xué)習使用那么分離空間：-h1=0.45-0.07=0.38m從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得： ，由于圓整?。?D'=0.8m塔截面積：空塔氣速：2.精餾塔有效高度計算精餾段有效高度提餾段有效高度從塔頂開始每隔 7塊板開一個人孔，其直徑為所以應(yīng)多加高 (0.6-0.45> ×[18/7]=0.386m

0.45M,

開人孔的兩塊板間距取

0.6MZ=

+

+0.386=4.5+2.7+0.386=7.586m3.整體塔高<1）塔頂封頭：本設(shè)計采用橢圓型封頭，由公稱直徑 DN=800mm=40mm，內(nèi)表面積 A=0.7943 ，容積=0.0871 。

，

=200mm

，則封頭高度<2）塔頂空間：設(shè)計中取塔頂間距1.2m

，考慮到要安裝除沫器，<3）塔底空間：<4）人孔：對于 D 100mm的板式塔，需設(shè)置=600mm<5）進料板處板間距： =800mm<6）裙座：本設(shè)計采用圓筒形裙座，由于裙座內(nèi)徑座高 =3m

3個人孔，每個人孔直徑 450mm，在設(shè)置人800mm，故裙座厚度取 16mm，取裙個人資料整理 僅限學(xué)習使用溢流裝置計算選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進口堰。取堰長[6]查流液收縮圖可知E=1.0hw＝hL－h(huán)ow 其中‘得how=0.0055m h ow =0.00859mhw取0.0645mh,取0.0614mw5.弓形降液管寬度 和截面積 Af查圖知 [2]知精餾段：驗算液體在降液管內(nèi)停留時間提鎦段：驗算液體在降液管內(nèi)停留時間停留時間 >5s故降液管尺寸可用。降液管底隙高度，取則精餾段：個人資料整理 僅限學(xué)習使用提鎦段：故降液管底隙高度設(shè)計合理。塔板布置D≥100mm故塔板采用分層，查表塔板分為 3塊。邊緣區(qū)寬度確定取開孔區(qū)面積計算9.篩孔計算及其排列物系無腐蝕性，選用 δ=3mm碳鋼板，取篩孔直徑 。篩孔按正三角形排列，取孔中心距 t為開孔率為篩孔數(shù)目n為精餾段氣體通過閥孔的氣速 :提餾段氣體通過閥孔的氣速 :3.3精餾塔的流體力學(xué)驗算塔板壓降個人資料整理 僅限學(xué)習使用干板阻力計算由/δ=1.67查圖得[3]=0.84精餾段：1m提餾段：m氣體通過液層的阻力 Hl計算：精餾段：由圖查取板上液層充氣系數(shù)提餾段：4由圖查[3]取板上液層充氣系數(shù)液體表面張力的阻力計算 計算精餾段： = 液柱提餾段： = 液柱氣體通過每層塔板的液柱高可按下計算精餾段 =0.038+0.0434+0.00105=0.08245m液柱個人資料整理 僅限學(xué)習使用提餾段 =0.027+0.0441+0.00244=0.07354m液柱液面落差對于D 1.6m的篩板，液面落差可以忽略不計。液沫夾帶(kg液/kg氣>精餾段：提餾段：本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍 0.1kg液/kg氣內(nèi),符合要求漏液篩板塔,漏液點氣速帶入數(shù)據(jù)得：精餾段 ，提餾段實際孔速:精餾段 ＞ ,提餾段 ＞ ，穩(wěn)定系數(shù):精餾段 ，提餾段均大于1.5小于2,所以設(shè)計無明顯液漏符合要求 ..5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛 ,降液管內(nèi)清液層高 Hd≤φ( >對于設(shè)計中的甲醇 -水體系φ=0.5,Hd≤0.5 =0.25725m由于板上不設(shè)進口堰精餾段液柱個人資料整理 僅限學(xué)習使用提餾段所以不會發(fā)生淹泛現(xiàn)象以上各項流力學(xué)驗算可認為精餾段、提溜段塔徑及各項工藝尺寸是適合的。3.4塔板負荷性能圖1、漏液線由精餾段：=得 =提餾段：得 =表3-1漏液線計算結(jié)果精餾段提餾段

得0.3690.3800.3880.4050.3990.4120.4290.4422、液沫夾帶線以由精餾段：整理得提餾段：整理得精餾段提餾段

個人資料整理 僅限學(xué)習使用kg液/kg氣為限求 - 關(guān)系：表3-2 液沫夾帶線計算結(jié)果0.650.610.560.520.860.810.750.703、液相負荷下限線對于平流堰，取堰上液層高度 how=0.005m 作為最小液體負荷標準，由式計算精餾段：提餾段：液相負荷上限線個人資料整理 僅限學(xué)習使用以θ=4s作為液體在降液管中停留的下限s精餾段：提鎦段：5、液泛線Hd=φ(

>由

，

，

，得其中 帶入數(shù)據(jù)精餾段 提餾段所以精餾段提餾段表3-3 液泛線計算結(jié)果精餾段1.981.751.140.29提餾段1.961.761.320.71操作彈性由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負荷，可知操作點在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線圖個人