课程设计(填料塔).doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date课程设计(填料塔)设计任务一 填料塔课程设计设计题目： 甲醇-水分离过程填料精馏塔设计 院 别： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 姓 名： 钟 阳 飞 1.甲醇水溶液填料塔设计1.设计题目甲醇溶液,组成为 甲醇30%、水70%（质量分数），设计一精馏塔，塔顶馏出液含甲醇98%(质量分数),塔底废水中水含量为99%,处理量为20万吨/年。2.操作条件(1)塔顶操

2、作压力 常压。 (2)进料热状态 饱和液体进料(3)回流比 4:1 (4)塔底压力 0.3MPa(表压)3.塔板类型 填料塔4.设计内容(1)物料衡算； (2)平衡级数； (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（塔高、他经、填料的类型及填料量等）计算；（5）填料层压降的计算；（6）液体分布器的简要设计；（7）精馏塔接管尺寸的计算；fehegg6254321ccbai填料塔结构图塔体支撑板填料段固定压板液体分布器除雾器排液口液面计接口人孔吸入液入口测压口排气口测湿口进气口釜液出口654321符号意义ihgfedcba符号人图绘图 名绘图人填料支撑装置2.精馏塔的

3、物料衡算2.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 =32.04kg/kmol水的摩尔质量 =18.02kg/kmol2.2物料衡算原料处理量：kmol/h=7.716kg/h D=262.76kmol/h=2.307kg/s W=1077.58kmol/h=5.409kg/s总物料衡算： F=D+W甲醇物料衡算： 联立解得： D=28.54kmol/h W=58.97kmol/h3.由气液相图求出 图2.4（1）甲醇-水t-x-y 相图图2.4（2）甲醇-水x-y相图塔顶： 釜液： 进料：精馏段： 提馏段： 全塔：4.物性数据处理4.1平均摩尔质量4.2 气相密度的计算由可求4.3液相

4、密度计算内插关系式： 液相混合物密度： 其中， 、分别为A，B组分的质量分率， 、分别为A，B纯组分的密度。可根据塔顶、塔釜、加料板的质量分率及各纯组分的密度求得三处混合液的密度同时可计算三段的平均温度 （2.9）表3.3.1 各组分的液相密度与温度的关系温度（）甲醇密度（）水密度（）60754983.270746977.880736971.890725965.3100714958.4查表3.3.1并根据式（2.7）、（2.8）计算塔顶液相密度： （1） （2） （3）查表3.3.1并根据式（1）（2）（3）计算，=714.55 = 958.745 =614.874=969.525=748.8

5、 根据公式计算全塔平均密度：4.4粘度的计算 内插关系式: (1) 混合气体的粘度 log=xA logA+(1-xA)logBm (2)各组分粘度与温度的关系温度/甲醇/Mpa.s水/Mpa.s600.360.4688750.29780.3813800.27700.356591.50.24900.31161000.22800.2838由（1），可求 dA=0.3330Mpa WA=0.2292Mpa fA=0.2684 MpadB=0.4280 MpaWB=0.2854 MpafB=0.3425 Mpa由（2）可求，=0.3359 Mpa=0.2850 Mpa fm=0.3290 Mpa 各

6、Mpa 4.5表面张力的计算表4.5组分的表面张力与温度的关系温度/甲醇/*103N.m水/*103N.m6018.1666.27017.8264.38016.9162.610015.8260.710014.8958.8内插关系式： （1） （2）由公式可以得到： 有公式（2）得， 5. 塔体的工艺计算5.1液相的质量流量及气相质量流量精馏段: =25.8975 提馏段: =32.00.083+18 (1-0.083)=19.1653 蒸汽的平均质量流量精馏段: = 提馏段: = 5.2蒸汽速度和塔径5.2.1蒸汽的极限空塔速度 由上图求得蒸汽的平均温度， =91.5 =75，故得精馏段的蒸汽

7、密度 提馏段的蒸汽密度 液态时水和甲苯的密度为， 精馏段液体的粘度 X=0.2978 X=0.3813 Mpa提馏段液体的粘度 X =0.249 X=0.3116 Mpa由log精=x精 log精A+(1-x精)log精B X=0.7428 Mpa由log提=x提 log提A+(1-x提)log提B X=0.3059 Mpa关于上升蒸汽的极限速度uf可按下式求算,由于我们选择25mm的金属矩鞍环,故=209.1 , =0.76, =185m/m 乱堆型 式中 混合液体的粘度，Mpa对于精馏段 解得精馏段的蒸汽极限速度为=3.20m/s对于提馏段 解得提馏段的蒸汽极限速度为=3.69m/s5.2

8、.2填料塔的塔径 取操作速度u为蒸汽极限速度的70%，则=0.7=0.7=0.7=0.7故精馏塔的塔径为提馏段塔径为选取上下两塔为相同的简体标准直径d=2.30m（3）塔中蒸汽的实际操作速度 分别为蒸汽极限速度的69.94%和63.52%。5.3填料层高度和塔高精馏段为5块，提馏段为5块（再沸器在外）关于液泛时的等板高度,可用下式计算式中 填料的比表面积，m/m; 填料的自由体积，m/m; m平衡线平均正切;对精馏段，m=0.3604；提馏段m=1.1204；5.3.1精馏段填料层高度H的估算 将有关数据代入上式，可得 5.3.2提馏段填料层高度H的估算 5.4塔中填料层总高度H的估算及精馏塔

9、总高度Hz H=+=1,55+0.85=2.40m取填料层高度为2m,则塔的总节数为两节，其中，精馏段1节，提馏段1节。 精馏塔总高度可按下式计算 Hz=Zm+（n-1）+Z精+Z提式中 Z每节填料层高度，m； N填料节数，节； 相邻两节填料层距离，m，其间有液体分布器，取=0.5m； Z精填料上方分离空间的高度，m； Z提填料与塔底间的距离，m；故塔的总高度为Hz= 表5.4.1 塔径与填料上、下方离空间高度塔径d，mmZ精，mm Z提，mm40010006001500120022001000200023001400225005.5喷淋密度最小喷淋量能够维持填料的最小湿润速度,其关系如下 =

10、0.08185=14.8 m/(mh)式中 填料的比表面积，m/m; 最小喷淋密度, m/(m); 最小润湿速率, m/(m)；图5.5.1埃克特关联图与泛点线相对应的纵坐标为与泛点线相对应的横坐标为=0.0488根据横纵坐标查埃克特关联图得：其中Z=8.9m 0.3MPa符合要求。6附件6.1接管尺寸的计算6.1.1进料管采用直管进料，管径计算如下： 取=2m/s =则D=m查标准系列选取，则管内径D=84mm进料管实际流速：6.1.2回流管采用直管回流，回流管回流量：D=262.76=0.07299塔顶液相平均摩尔质量：M=31.5486 平均密度：则流体流量：取管内流速：uF=2则回流管

11、直径：则可取回流管规则 则管内径回流管内实际流速：1.54586.1.3塔顶蒸汽接管塔顶蒸气密度： 塔顶气相平均摩尔质量：则蒸汽体积流量： 取管内流速：则回流管直径：可取回流管规则： 则实际管内径：塔顶蒸汽的实际流速：6.1.4塔釜蒸汽排出管塔底：W=1.7758 平均密度：平均摩尔质量：M=18.08424体积流量：取管内流速：则 可取流管规格 则实际直径塔釜蒸汽接管实际流速：6.1.5塔底进料管 塔底蒸汽平均密度：塔釜气相平均摩尔质量：则塔釜蒸汽体积流量：取管内流速：则可取管规格： 则管实际管径：d=14mm则塔釜蒸汽实际流速：6.2液体分布器的选型该吸收塔塔径较大,故选用槽式液体分布器.

12、6.2.1分布点,密度计算按Eckort建议值,D1200时，喷淋点密度为42点/m，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/m.布液点数为n= 按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计.设计结果为:二级槽共设13道，在侧面开口，槽宽度为80mm，槽高度为210mm，而槽中心距为160mm，分布点采用三角型排列，实际设计点数为n=494点.分布点示意图如图所示6.2.2布液计算由L= ，取=（）=（）=0.0177m设计取=17.7mm其中： Ls液体流量，m/s n 开口数目（分布点数目） 孔流系数 孔径，m 开孔上方的液体高度6.3法兰由于常压操作，所有法兰均采用标准法兰，平

13、焊法兰由不同的公称直径选相应法兰：进料管接法兰:PN0.25MPa.DN40GB/HG20592-97回流管接法兰:PN0.25MPa.DN40GB/ HG20592-97塔底出料管接法兰:PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97塔顶蒸汽出料管接法兰: PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97塔顶进气管接法兰: PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97结论 本文设计了一个常压填料精馏塔，分离含甲醇0.3，水0.7（以下皆为质量分率）的水溶液，其中混合液进料量为7.716kg/h，进料为饱和液体进料，回流比为3.45要求获得0.98的塔顶产品和0.01的塔釜产品,再沸器用水蒸汽作为加热介质,塔顶全凝器采用冷水为冷凝介质.通过翻阅大量的资料进行物性数据处理、结构计算、流体力学计算以及计算接管壁厚的设计。参考文献1.化工工艺设计手册 化学工业出版社 国家医药管理局上海医药设计院编19952.化工设备选择与工艺设计(中南大学出版社) 刘道德编著 19913.化工原理（下册）（夏清等，修订版） 20054.化工原理实验（徐伟） 山东大学出版社 2006 5.化工设备设计 （潘国昌等） （清华大学出版社） 19966.化工原理课程设计 （贾绍义、柴诚敬） 天津大学出版社 2002-