2022年甲醇—水连续填料精馏塔的方案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇水连续填料精馏塔 设计者：专业：化工工艺 学号：指导老师：2005 年 07 月 20 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目录一、 前言 3 二、 工艺流程说明 4 三、 精馏塔的设计运算1. 由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率 5）2. 全 塔 物 料 衡算 5）3. 采 用 图 解 法,求 解 RMin,R 5 ）4. 填 料 塔 压 力 降 的 计算 6 ）5.D、Z、计算

2、 7）6. 运算结果列表 14）四、 帮助设备的选型运算名师归纳总结 7.储槽的选型计第 2 页,共 26 页计算 15）8.换热器的选型型计算 16）9.主要接管尺寸的选21）算 19）10. 泵的选型运算 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用11. 流量计选取 21）12. 温度计选取 22）13. 压 力 计 选 取 22） 五、 设备一览表 23）六、 选用符号说明 24）七、 参考文献 前 言甲醇俗称木醇,木精,是一种大宗有机化学品,它不仅简洁运 输和 贮存,而且可以作为很多有机化学品的中间原料；由它可以加工成的有 机

3、化学品有 100 余种,广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等 工 业 ； 随 着 近 年 来 技 术 的 发 展 和 能 源 结 构 的 改 变 , 甲 醇 开 辟 了 新 的 用 途；甲醇是较好的人工合成蛋白质的原料,目前,世界上已经有 30 万吨 的甲醇制蛋白质的工业装置在运行；甲醇是简洁运输的清洁燃料,可以 单独或与汽油混合作为汽车燃料,从而开创了由煤转换为汽车燃料的途 径；用孟山都法可以将甲醇直接合成醋酸；随着近年来碳一化学工业的 进展,甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯 和氧分解性能好的甲醇树脂等产品,正在讨论开发和工业化中；此外,甲醇在工业应用和试验室中

4、是特别重要的溶剂；很多反应在甲醇作为 溶 剂时产率特别好；虽然有肯定的毒性,但相对于其它有机溶剂来说,仍 是比较安全的；本次设计的精馏塔是用来分别回收甲醇的,所以塔釜排出的水中含有的甲醇含量不大于 0.002 wt ）,以提高甲醇的回率,削减对环境的污染；塔顶得到的甲醇的浓度为 直接使用,这说明塔的效率是很好的98.5 wt ）,可以代替纯的甲醇；采纳填料式精馏塔,由于随着填料塔技术的不断完善,在性能上比板式塔要好很多,而且填料塔的结构 比较简洁,制造、修理难度和造价比板式塔低很多,所以选用填料塔,可以削减设计、制造、操作费用；也是符合实际生产需要的；名师归纳总结 - - - - - - -第

5、 3 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用工艺流程说明本次设计的精馏塔 是用来 分 离回收 甲 醇的,要求回收 甲醇的浓度达到 98.5 ,所采纳的流程如下列图,含19% 的原料液通过原料泵加压,再经过过滤器、原料预热器,再 进精馏塔进行精馏分别,塔顶气相通过 冷凝器冷凝,不凝气体放空；冷凝液 一 部分 由回流泵压回塔内作为回流 液,其余部分就作为产品输送到罐场包装；塔形的挑选：详细挑选塔型时,要依据被分别物料的性质和负荷,要求精馏过程的压力 降、温度以及腐蚀程度等条件打算；目前主要有板式塔和填料塔两种；依据计 算要求该塔分别效率高,压力

6、降小,应采纳填料塔；填料塔与板式塔相比,具有肯定的优点：（1）生产才能大；板式塔内件的开孔率均在50%以上,而填料塔中的间隙率就超过90%,故单位塔截面积上,填料塔的生产才能一般均高于板式塔；（2）分别效率高；工业填料塔每 M 理论级大多在 2 级以上,最多 可达 10 级以上,而常用的板式塔每 M 理论级最多不超过 2 级；讨论说明,在减压和常压操作下,填料塔的分别效率明显 优于板式塔；（3）压力降小；填料塔由于间隙率高,故其压降远远小于板式塔；一般情形下,板式塔的每个理论级压降约在0.41.1Kpa；填料塔约为0.010.27KPa；压降低能降低操作费用,节约能耗；名师归纳总结 - - -

7、 - - - -第 4 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - （4）个人资料整理仅限学习使用8%持液量小；填料塔持液量一般小于6%,而板式塔就高达12%；持液量大,虽可稳固操作,但增长开工时间,增加操作 周期及操作费用；（5） 操作弹性大；填料对负荷变化的适应性很大,而板式塔的操作 弹性一般很小；（6） 填料塔塔内结构简洁,耐腐蚀,且敏捷,价廉；目前工业上 95%以上采纳填料塔,只有当液体处理量特殊大或有固体时,才采纳板式塔；主机精馏塔）的设计运算1. 由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率：求得各个物料的摩尔分率如下：物料塔顶进料塔釜摩尔分率0.9736 0.1165

8、0.001127 2.全塔物料衡算F=就有：名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解得 W=25.956 D=3.494个人资料整理仅限学习使用3.采纳图解法,求解 RMin ,R 甲醇水溶液的平稳数据及部分数据；温度液相中甲醇汽相中甲醇温度液相中甲醇汽相中甲醇t/摩尔分数摩尔分数t/摩尔分数摩尔分数xA yAxAyA100 75.3 0.0 0.0 0.40 0.729 96.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.779 93.5 0.04 0.234 71.2 0.60 0.825 91.2 0.06

9、0.304 69.3 0.70 0.870 89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915 87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.958 84.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.979 81.7 0.20 0.579 64.5 1.0 1.0 78.0 0.30 0.665 由平稳数据在坐标纸上描点,画出甲醇水溶液的x-y 图 附图在后）；由图读知 N=12-1=11 ,从塔顶算起第 7 块塔板为进料板,塔的理论塔板数为 11 ；原料泡点进料,故 xq=xF=0.1165,从图可知 yq=0.440,故有：对于指定的物系, RMin 只取决于分

10、别要求,即设计型运算中达到肯定分别程度所需回流比的最小值,实际操作回流比应大于最小回流比；但增大回流比,起初显著降底所需塔板层数,设备费用明显下降；再增加回流比,虽然塔板层数仍可连续削减,但下降的特别慢；与此同时,随着回流比的加大,塔内上升蒸气量也随之增加,致使塔径、塔板面积、再沸器、冷凝器等设备尺寸相名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用应增大；因此,回流比增至某一数值时,设备费用和操作费用同时上升,回流 比的采纳原就是使设备费用和操作费用的总费用最小；通常,相宜回流比的数 值范畴为 R=1

11、.12.0）RMin；本设计中取 R2RMin ；R=2 RMin =2 1.649 =3.298 4. 填料塔压力降的运算 各组分的饱和蒸汽压由安托尼方程求得各组分的饱和蒸汽压的运算值：工程A 安托尼方程常数饱和蒸汽压B C 67 103 甲醇11.9673 3626.55 -34.29 111025 387425 水11.6834 3816.44 -46.13 27171.8 112060 塔顶的压力： 109.5 kPa 塔釜的压力： =103） = 所以精馏塔的压力降为： = 5. D、Z、运算 5.1 精馏段 5.1.1平均温度名师归纳总结 料液泡点进料,取, 假设,就精馏段平均温度

12、第 7 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用5.1.2 平均分子量塔顶：,由图可知 0.950 0.9736 32.04+ 18.02=31.34 kg/kmol 进料板：, 由图可知0.440 32.04 18.02=19.65kg/kmol 精馏段平均分子量：25.495kg/kmol =27.9895kg/kmol 5.1.3精馏段平均操作压力塔顶压力109500Pa,取每层塔板压力降238.36Pa,就进料板压强238.36 7+109500111169Pa110334Pa 5.1.4 液相密度塔顶由图一

13、得水查得下甲醇名师归纳总结 由得：第 8 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 760.050kg/m3个人资料整理仅限学习使用进料板 由图知加料板液相组成查得下甲醇水由得： 915.988kg/m3故精馏段液相平均密度5.1.5精馏段汽相平均密度5.1.6液体粘度查 化 学 工 程 手 册 第 一 篇：醇甲A B 5526塔顶：时水5.30 0.64 65288.25 3.16 进料板：时名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用就精馏段平均

14、液相粘度5.1.7 汽相负荷运算5.1.8液相负荷运算5.1.9填料挑选目前市场上规整填料价格较昂贵,且甲醇水不属于难分别系统,腐蚀性较小,故采纳价格低、性能优良的散装金属拉西环子 257；5.1.10塔径运算 采纳埃克特通用关联图运算 横坐标查化工传质与分别过程图 433 可得纵坐标DN25 填料,查表得填料因 1.17 故得2.305m/s 取安全系数 0.7,名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 圆整塔径取 D=0.400m 个人资料整理仅限学习使用此时 符合 0.50.85范畴 ,所以塔径圆整适合5.2 提馏

15、段5.2.1 平均温度料液泡点进料,取,就提馏段平均温度5.2.2 平均分子量塔底由图可,0.0023 进料板0.002332.04+18.02=18.04kg/kmol 0.44032.04 18.02=19.61kg/kmol 提馏段平均分子量：kg/kmol =21.19kg/kmol 名师归纳总结 5.2.3操作压力第 11 页,共 26 页塔釜压力112703Pa,就进料板压强112370Pa 111769.5Pa - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用5.2.4 提馏段平均液相密度塔釜由图一得0.001127 水查得

16、103下,甲醇密度由956.080kg/m33得：进料板 915.988kg/m故提馏段平均液相密度5.2.5提馏段汽相平均密度5.2.6提馏段平均液相粘度查 化 学 工 程 手 册 第 一 篇：醇甲A B 5526塔底 103水5.30 0.64 65288.25 3.16 0.2663cp 名师归纳总结 进料板：时第 12 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用=0.3182cp 就提馏段平均液相粘度塔板效率E T=0.17-0.616lg =0.487 N=N T/E T=22.6 实际塔板数应取 23 块；

17、5.2.7液相负荷运算5.2.8汽相负荷运算5.3 塔径运算 采纳埃克特通用关联图运算 横坐标查化工传质与分别过程图 433 可得纵坐标 1.022 连续采纳散装金属拉西环 DN25 填料得 uF3.698m/s 取安全系数 0.7,名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 圆整塔径取 D=0.400m 个人资料整理仅限学习使用此时 符合 0.50.85范畴 ,塔径圆整合适5.4.塔高的运算 等板高度法,取 HETP0.5m 5.4.1精馏段 取安全系数为 1.4 5.4.2提馏段 取安全系数为 1.4 Z=Z1+Z23

18、.5+4.27.7m 5.5 压降 的运算 5.5.1精馏段查埃克特通用关联图得：5.5.2提馏段名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用查埃克特通用关联图得：检验：0.05 所以假设成立, D0.400m 6.运算结果列表6.1.物料衡算进料量 mol/s ）进料口 F塔顶 D 塔釜 W 29.45 3.49425.956 浓 度 摩 尔 分0.1165 0.9736 0.001127 率）压力Pa）111169109500 112370 温度）8567 103 6.2. 填料塔参数塔径 D

19、N填料层高度 H 填料层压降误差分析0.40m 7.7m 3927.9Pa 1.56% 辅机帮助设备）的选型运算7.1 原料储槽的 选型运算名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用原料液的储备量是要保证生产能正常进行,主要依据原料生产情形及供应周期而定的；依据体会,取储槽中的原料液温度为 是：t=25 ,此时进料液中各物料的物性甲醇：质量浓度水：质量浓度 进料液体积流量在工业中为了安全起见,储槽一般要留出肯定空间；取储槽安全系数为0.7 安全系数,又称装填系数,是指有效容积占储槽总容积的百分率

20、）,按大工厂运算,取 24 小时进料量运算,故所需的储槽实际体积为：原料储槽工作于常温、常压下,甲醇是一级防爆产品；综合以上因素,最终选用立式平底锥盖容器系列JB1422-74）,选公称容积,图号为： R22-00-15 ；7.2 中间槽中间槽是储存回流量及出料的储罐；甲醇精馏过程为连续生产,中间槽的设计依据是中间槽装液60 80能保持至少12 个小时的流量,该设计任务中,槽装液 70,即取安全系数为0.7 ,保持流量 2 小时；取储槽中的料液温度为 t=40 ,此时进料液中各物料的物性是：甲醇：质量浓度水：质量浓度 进料液体积流量为：名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共

21、26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用选用卧式无折边球形封头容器系列,标准号,图号为： R22-0.7-21 ；7.3 塔底冷凝液储槽 仍取储槽中的料液温度为 t=40,进料液体积流量为：JB1427-74,选公称容积选用立式平底平盖容器系列,标准号JB1421-74,选公称容积,图号为： R21A-00-15；8. 换热器的 选型运算在本设计任务中,甲醇浓度都比较高,在换热时不能直接与冷流体混合,所以应采纳间壁式换热器；在冷、热流体的初、终温度相同的条件下,逆流的平均温差较并流的大；因此,在换热器的传热量Q 及总传热系数K 值相同的条件下,采纳逆

22、流操作成效较好；如换热介质流量肯定时,可以节约传热面积,削减设备费；如传热面积肯定时,可削减换热介质的流量,降低操作费；因 而,工业上多采纳逆流操作；同时,如换热器两端冷、热流体的温差大,可使换热器的传热面积小,节 省设备投资；但要使冷、热流体温差大,冷却剂用量就要大,增加了操作费 用,故温差的取值应考虑其经济合理性,即要挑选相宜的换热器两端冷、热流 体温差,使投资和操作费用之和最小；8.1 原料液换热器名师归纳总结 依据化工设计书可知K 的取值范畴一般在400,由于换第 17 页,共 26 页热器在使用过程中会形成污垢,导致K 的减小,故取 K=400进料温度查化学工程手册第1 篇可得：-

23、- - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 甲醇/Kg个人资料整理仅限学习使用甲醇/Kg水/Kg水/Kg75.50进料温度为 25 摄氏度；如下列图：t1008525逆流换热,采纳饱和蒸汽加热：据热量衡算可得：查化工工艺设计手册选取 : 浮头式换热器,型号为：FB3255402,公称直径 325mm,公称压力 40, 2 管程,排管数 32 根,管子为,换热面积为 5m,运算传热面积 7.4m；标准图号为： JF001；8.2 塔顶冷凝器名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理

24、仅限学习使用假设冷流体从 25升至 40,热流体从气体冷凝为液体t25674067时,查得甲醇、水的汽化潜热：逆流换热,采纳水冷却取据热量衡算可得：查化工工艺设计手册上册第一版）选取 U 型管式换热器型号为 YA 325-25-64/64-4图号为 JY0068.3 塔底再沸器 103时 查得甲醇、水的汽化潜热：逆流换热,采纳 130的水蒸气加热取名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用查化工工艺设计手册上册 型热电偶 ,分度号为 E,套管材料 1Cr18Ni9Ti, 外径 d=2mm,测量范

25、畴0300, 允差值 3. 最高使用温度 700, 公称压力 P500kgf/cm 2；也可选用 WRK 240 型隔爆镍铬铜镍热电偶,分度号 E,结构特点 :固定螺纹安装,测温范畴 0600, 公称压力 P100kgf/cm 2；13.压力计选取压力计选取,需考虑量程、精度、介质性质及使用条件等因素；安装时,应力求防止振动和高温的影响；量程为稳固压力 液体密度校正系数D 直径 m 塔顶产品摩尔流量kmol/h 上下标说明A F 进料摩尔流量 kmol/h 甲醇g 重力加速度 m/s2 B 水HETP 填料层等板高度 m D 塔顶产品K 传热系数 w/m2 F 进料M 物料质量流量 kg/h

26、f 泛点摩尔质量 kg/kmol 纯组分i N 理论板数P 压力 Pa L 液体Q 传热量 kJ/h Min 最小量r S 汽化潜热 kJ/kg 2 换热器面积 mm 平均值s 饱和蒸汽T 肯定温度 K V 气体或蒸汽t 摄氏温度平均u 流体流速 m/s 提馏段V 容器体积 m 塔内蒸汽量 mol/s 体积流量 m3/sW 塔釜产品摩尔流量kmol/h x 物料摩尔分率Z 填料层高度 m 参考文献1甲醇工学房鼎立,宋维端,肖任坚合编,朱炳辰审定,化学工业出版社2化工传质与分别过程贾绍义,柴诚敬主编,化学工业出版社3化工流体流淌与传热柴诚敬,张国亮4化工热力学陈钟秀,顾飞燕,胡望明主编,化学工业出版社 编著 化学工业出版社5化工设计黄璐,王保国化学工业出版社, 255 页化学工6化工工艺设计手册 上册）国家医药治理局上海医药设计院编业出版社7. 中国化工机械设备大全蔡源众 主编,成都科技高校出版社名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 26 页,共 26 页- - - - - - -