化工原理甲醇—水精馏塔设计(DOC49页)debg.doc
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.沈阳化工工大学化工原理理课程设设计说明明书 专 业: 制药工工程 班 级级: 制药11002 学生姓姓名:黄黄奎兴学 号:1122202223 指导老老师:王王国胜 设计时时间:20114.55.200-20014.6.220 成绩:化工原理理课程设设计任务务书设计题目目:分离甲醇醇-水混合合液的填填料精馏馏塔二 原始始数据及及条件 生生产能力力:年生生产量甲甲醇1万吨(年年开工300天) 原原料:甲甲醇含量量为300%(质量量百分数数,下同同)的常常温液体
2、体 分分离要求求:塔顶顶甲醇含含量不低低于95%,塔底底甲醇含含量不高高于0.33%。 建建厂地区区:沈阳阳三 设计计要求 (一一).一份精精馏塔设设计说明明书,主主要内容容要求:(1).前言(2).流程确确定和说说明(3).生产条条件确定定和说明明(4).精馏塔塔设计计计算(5).主要附附属设备备及附件件选型计计算(6).设计结结果列表表(7).设计结结果的自自我总结结与评价价(8).注明参参考和试试用的设设计资料料(9).结束语语(二)绘制一一份带控控制点工工艺流程程图。 (三三)制制一份精精馏塔设设备条件件图四设计计日期:20113年5月20日至6月20日前言精馏塔分分为板式式塔和填填料
3、塔两两大类。填填料塔又又分为散散堆填料料和规整整填料两两种。板板式塔虽虽然结构构较简单单,适应应性强,宜宜于放大大,在空空分设备备中被广广泛采用用。但是是,随着着气液传传热、传传质技术术的发展展,对高高效规整整填料的的研究,一一些效率率高、压压降小、持持液量小小的规整整填料的的开发,在在近十多多年内,有有逐步替替代筛板板塔的趋趋势。实际生产产中,在在精馏柱柱及精馏馏塔中精精馏时,上上述部分分气化和和部分冷冷凝是同同时进行行的。对对理想液液态混合合物精馏馏时,最最后得到到的馏液液(气相冷冷却而成成)是沸点点低的B物质,而而残液是是沸点高高的A物质,精精馏是多多次简单单蒸馏的的组合。精精馏塔底底部
4、是加加热区,温温度最高高;塔顶顶温度最最低。精精馏结果果,塔顶顶冷凝收收集的是是纯低沸沸点组分分,纯高高沸点组组分则留留在塔底底。精馏塔的的优点:归纳起来来,规整整填料塔塔与板式式塔相比比,有以以下优点点:1)压降非非常小。气气相在填填料中的的液相膜膜表面进进行对流流传热、传传质,不不存在塔塔板上清清液层及及筛孔的的阻力。在在正常情情况下,规规整填料料的阻力力只有相相应筛板板塔阻力力的1/51/6;2)热、质质交换充充分,分分离效率率高,使使产品的的提取率率提高;3)操作弹弹性大,不不产生液液泛或漏漏液,所所以负荷荷调节范范围大,适适应性强强。负荷荷调节范范围可以以在30%1100%,筛板板塔
5、的调调节范围围在70%1000%;4)液体滞滞留量少少,启动动和负荷荷调节速速度快;5)可节约约能源。由由于阻力力小,空空气进塔塔压力可可降低0.007MPPa左右,因因而使空空气压缩缩能耗减减少6.55%左右;6)塔径可可以减小小。此外外,应用用规整填填料后,由由于当量量理论塔塔板的压压差减小小,全精精馏制氩氩可能实实现,氩氩提取率率提高10%15%。本文以甲甲醇和水水的混合合液为研研究对象象,因为为甲醇和和水在常常压下相相对挥发发度较大大,较易易分离。根根据物理理性质,操操作条件件等因素素条件下下选用泡泡点进料料,塔顶顶再沸器器和塔顶顶回流的的方式,将将甲醇和和水进行行分离的的填料精精馏塔
6、。 本本课程设设计者能能力有限限,在设设计中难难免会有有不足之之处,恳恳请老师师和读者者给予批批评指正正。化工原理理课程设设计任务务书2前言3符号说明明7第一章 流程与与生产条条件的确确定和说说明9第一节 流程的的确定和和说明99一加料料方式99二进料料状况99三塔顶顶冷凝方方式9四回流流方式110五加热热方式110六加热热器100第二节 生产条条件确定定和说明明11一塔内内操作压压力的选选择111二塔顶顶全凝剂剂的选择择11三塔底底加热介介质的选选择111四回流流状态及及操作回回流比的的选择111第二章 精馏塔塔设计计计算122一操作作压力的的选择112二气液液平衡关关系及数数据122第三章
7、 塔板的的工艺设设计144第一节 物料衡衡算144一精馏馏塔全塔塔物料衡衡算144二精馏馏塔物性性数据计计算155第二节 热量衡衡算177一冷凝凝器的热热负荷17二冷却却介质消消耗量18三加热热器的热热负荷及及全塔热热量衡算算18四.加热热蒸汽消消耗量221第三节 精馏塔塔主要尺尺寸的设设计222一塔顶顶条件下下的物性性参数222二塔釜釜条件下下的流量量及物性性参数223三进料料条件下下的流量量计物性性参数224四精馏馏段的流流量及物物性参数数26五提馏馏段277第四章 理论塔塔板的计计算322一回流流比的计计算322二气液液相负荷荷33三.塔板板效率及及实际塔塔板数333四 塔径径的初步步设
8、计335五填料料层的计计算377第五章 附属设设备及主主要附件件的选型型计算338一冷凝凝器的选选用38二、加热热器的选选用39三、塔内内管径的的计算及及选择39四除雾雾沫器42五.液体体分布器器的选取取43六塔斧斧设计444七填料料支撑板板的选择择45八塔的的顶部空空间高度度46第六章 设计结结果及个个人总结结47第七章自自我评价价与说明明49第八章 参考文文献500符号说明明英文字母母 塔截面面积 C 计算时的的负荷系系数,无无因次Co 流量系系数,无无因次D 塔顶馏馏出物流流量 kmmol/sD 塔径 m 阀孔直直径 m E 液流收收缩系数数,无因因次 总板效效率(全全塔效率率),无无因
9、次 Fo 阀孔动动能因数数, F 进料流流量 kmmol/h G 重力加加速度 H 塔高 m h 浮阀的的开度 m 降液管管底隙高高度 m 板上液液层高度度 m 与克服服表面张张力的压压强降相相当的液液柱高度度,m液柱 K 物性系系数,量量纲为1 Lss 塔内液液体流量量 N 一层塔塔板上的的浮阀总总数 实际板板层数 理论板板层数 压强降 Paa p 操作压压强 Paa R 回流比比 最小回回流比u 空塔气气速 m/sM 分子量 kgg/moolW 塔底产产品(釜釜残液)流流量 kmmol/sx 液相中中易挥发发组分的的摩尔分分数y 气相中中易挥发发组分的的摩尔分分数Z 塔高 m希腊字母母 相
10、对挥挥发度,量量纲为1 液体在在降液管管内停留留时间 s 黏度 液相密密度 气相密密度 液体表表面张力力 N/m; 液体密密度矫正正系数,量量纲为1 系数,量量纲为1; 填料因因子 1/m下标max 最大min 最小L 液相V 气相1 精馏段段2 提馏段段A 易挥发发组分B 难挥发发组分F 原料液液第一章 流程与与生产条条件的确确定和说说明 第一节 流程的的确定和和说明一加料料方式加料方式式有两种种:高位位槽加料料和泵直直接加料料。采用用高位槽槽加料,通通过控制制液位高高度,可可以得到到稳定的的流量和和流速。通通过重力力加料,可可以节省省一笔动动力费。但但由于多多了高位位槽,建建设费用用也相应
11、应增加。采采用泵加加料,受受泵的影影响,流流量不太太稳定,流流速也忽忽大忽小小,从而而影响了了传质效效率,但但其结构构简单,安安装方便便,如采采用自动动控制泵泵来控制制泵的流流量和流流速,其其控制原原理较复复杂,且且设备操操作费用用高。 本本次试验验采用泵泵直接加加料。二进料料状况进料状况况一般有有冷液进进料、泡泡点进料料。对于于冷液进进料,当当组成一一定时,流流量一定定,对分分离不利利,节省省加热费费用。但但冷液进进料受环环境影响响较大。对对于沈阳阳地区来来说,存存在较大大温差,冷冷液进料料会增加加塔底蒸蒸汽上升升量,增增大建设设费用。采采用泡点点进料,不不仅对稳稳定塔操操作较为为方便,且且
12、不受季季节温度度影响。综合考虑虑,设计计上采用用泡点进进料。泡泡点进料料时,基基于恒摩摩尔流假假定,精精馏段和和提馏段段上升蒸蒸汽的摩摩尔流量量相等,故故精馏段段和提馏馏段塔径径基本相相等,制制造上较较为方便便。三塔顶顶冷凝方方式塔顶冷凝凝采用全全凝器,用用水冷凝凝。甲醇醇和水不不反应,且且容易冷冷凝,故故使用全全凝器。塔塔顶出来来的气体体温度不不高,冷冷凝后回回流液和和产品温温度不高高,无需需进一步步冷却,此此次分离离是希望望得到甲甲醇,选选用全凝凝器符合合要求。四回流流方式回流方式式可分为为重力回回流或理理量或塔塔板数较较多时,回回流冷凝凝器不易易安装在在塔顶。而而且塔顶顶冷凝器器不易安安
13、装、检检修和清清理。在在这种情情况下,可可采用强强制回流流,塔顶顶上升蒸蒸汽采用用冷凝器器冷却以以回流流流入塔中中。由于本次次设计为为小型塔塔,故采采用强制制回流。五加热热方式加热方式式可采用用间接蒸蒸汽加热热或直接接蒸汽加加热。直直接蒸汽汽加热,蒸蒸汽直接接由塔底底进入塔塔内。由由于总组组分是水水,故省省略加热热装置。但但在一定定的回流流比条件件下,塔塔底蒸汽汽对回流流液有稀稀释作用用,使理理论塔板板数增加加,费用用增加。间间接蒸汽汽加热是是通过加加热器使使釜液部部分汽化化,维持持原来的的浓度,以以减少理理论塔板板数,缺缺点是增增加加热热装置。本次设计计采用间间接蒸汽汽加热。六加热热器采用U
14、型型管蒸汽汽间接加加热器,用用水蒸气气作加热热剂。因因为塔较较小,可可将加热热器放在在塔内,即即再沸器器。这样样釜液部部分汽化化,维持持了原有有浓度,减减少理论论塔板数数。第二节 生产条条件确定定和说明明一塔内内操作压压力的选选择一般来说说,主要要根据物物料的性性质、原原料的性性质,对对产品浓浓度的要要求、设设备来源源、工厂厂的生产产规模、能能量综合合利用等等情况。因因此,选选择合理理的操作作条件,对对本设计计采用常常压蒸馏馏,即在在1attm压力条条件下操操作。二塔顶顶全凝剂剂的选择择 全全凝器的的冷却剂剂用循环环水,因因塔顶蒸蒸汽温度度较高,用用自来水水做冷却却剂方便便且便宜宜,为了了冷却
15、作作用完全全,塔顶顶蒸汽和和冷却水水间必须须保持适适宜的温温度差(冷冷却水温温度一般般为1025)。三塔底底加热介介质的选选择饱和水蒸蒸气是一一种应用用最广泛泛的加热热剂,它它冷凝时时的传热热系数很很高,可可以通过过改变蒸蒸汽的压压力准确确的控制制加热温温度。四回流流状态及及操作回回流比的的选择回流液体体为饱和和液体,回回流比的的大小不不仅影响响所需要要的理论论板数、塔塔径、塔塔板的结结构尺寸寸,还影影响加热热蒸汽和和冷却水水消耗量量,回流流比选择择原则是是使塔的的设备费费用和操操作费用用的综合合最低。同同时也考考虑到操操作条件件的弹性性,变精精馏操作作回流比比,从而而调节塔塔的分离离能力。在
16、在设计时时若选用用的回流流比过大大,此时时所需要要的理论论板数很很小,但但这样的的精馏塔塔在操作作时,改改变回流流比所起起的调节节作用很很小,不不利于操操作调节节。因此此,本设设计中取取R=11.5,不不宜取得得过大。精馏段操操作线斜斜率:第二章 精馏塔塔设计计计算一操作作压力的的选择精馏操作作常在常常压、减减压下进进行。操操作压力力常取决决于冷凝凝温度,一一般除热热敏物质质外,凡凡通过常常压蒸馏馏难以实实现分离离要求,并并能用循循环水将将馏出物物冷凝下下来的系系统,均均宜采用用减压蒸蒸馏;对对常压下下馏出的的冷凝温温度过低低的系统统,需提提高塔压压或采用用冷冻盐盐水作为为冷却剂剂;而常常压下
17、呈呈气态的的物料必必须采用用加压蒸蒸馏。本本设计对对象是甲甲醇水混合合液,建建厂地址址为沈阳阳,因此此常采用用常压蒸蒸馏,操操作压力力为1attm。二气液液平衡关关系及数数据温度t/甲醇摩尔分数温度t/甲醇摩尔分数液相x/气相y/液相x/气相y/1000073.846.2077.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.028.1867.7564.7100
18、10076.733.3369.18表一甲醇醇水汽汽液相平平衡数据据表 摘自化工工工艺设计计手册下下册P1110表19-38(8)图一 甲甲醇-水-X-Y图 第三章 塔板的的工艺设设计第一节 物料衡衡算一精馏馏塔全塔塔物料衡衡算1.原料料液及塔塔顶,塔塔底产品品的摩尔尔分率已知F=1万吨 质量分分数 Xf=30% XDD=955% Xw=0.33% 水的摩摩尔质量量 =118.002 kkg/kkmoll 甲醇的的摩尔质质量 =332.004 kkg/kkmoll 进料液液、馏出出液、釜釜残液的的摩尔分分数分别别为、:2.原料料液及塔塔顶、塔塔底产品品的平均均摩尔质质量3.物料料衡算原原处理量量
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