吉林化工学院化工原理课程设计 化 工 原 理 课 程 设 计题目 甲醇-水二元筛板精馏塔的设计教 学 院 化工与制药工程学院 专业班级 制药工程1102班学生姓名 邰宇娇 学生学号 11210219 指导教师 曾庆荣 2014年6月 13日 题目 甲醇水二元筛板精馏塔的设计设计条件：常压 P=1atm（绝压） 处理量：70kmol/h 进料组成0.55 馏出液组成0.965 釜液组成0.035 （以上均为摩尔分率）加料热状况 q=0.97 塔顶全凝器 泡点回流 回流比 R=(1.12.0)Rmin 单板压降 0.7kPa 设计任务：1 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计计算）。2 画出带控制点的工艺流程图（2号图纸）、精馏塔工艺条件图（2号图纸）。3 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。目录目录III摘要V第一章绪论11.1筛板塔的特点11.2设计思路1第二章精馏塔的工艺设计22.1产品浓度的计算22.2平均相对挥发度的计算22.3最小回流比的计算和适宜回流比的确定32.4物料衡算42.5精馏段和提馏段操作线方程52.6逐板法确定理论板数及进料位置52.7实际塔板数及实际加料位置和全塔效率5第三章精馏塔主要工艺尺寸的设计计算73.1物性计算73.2精馏塔主要工艺尺寸的计算123.3精馏塔的流体力学验算173.4塔板负荷性能图193.5 塔的接管24第四章热量衡算264.1比热容及汽化热的计算264.2热量衡算27结果汇总表29结束语32参考文献33主要符合说明34教师评分表37 摘要在这次课程设计任务中，我们应用了化工原理精馏知识对甲醇-水二元筛板精馏塔进行了设计，使我们对课本知识进行了更深一步的认识，并且对实际操作有了一定的了解。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较为完整的精馏设计过程。经计算，回流比R=1.01，实际塔板为18，其中精馏段7块，提馏段11块，最终计算塔高为14.69m，筛孔数1580个，精馏段操作弹性1.81，提馏段操作弹性2.02，符合要求。关键词：甲醇；水；实际塔板数；回流比；操作弹性；精馏段；提馏段。IV第一章绪论1.1筛板塔的特点 筛板塔板简称筛板，结构持点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板(孔径为38mm)和大孔径筛板(孔径为1025mm)两类。工业应用小以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离粘度大、易结焦的物系)。筛板的优点足结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。 应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。1.2设计流程全塔物料衡算 求理论塔板数 筛板塔的设计 流体力学性能校正 气液相负荷计算 画出负荷性能图 全塔热量衡算 塔附属设备计算 1第二章 工艺计算2.1全塔物料衡算1、原料摩尔分数的计算设F、D、W分别为进料、溜出液和釜液的摩尔流量；、分别为进料、溜出液和釜液中易挥发组分的摩尔分数；已知：、，由物料衡算式： 总物料： 易挥发组分： 联立，可计算出馏出液和釜液的摩尔流量分别为2、 温度的确定表2-1利用常压下甲醇-水平衡数据101.3251x00.0200.0400.0600.12570.1315y00.1340.2300.3040.3650.395t/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根据甲醇-水相平衡数据表，用数值插值法确定塔顶温度、进料温度、塔釜温度。塔顶温度： 进料温度： 塔釜温度： 根据温度-饱和蒸气压关系式（安托因方程）可计算出A（乙醇）、B（丙醇）组分分别在塔顶、进料板、塔釜时的分压。计算结果如下： 塔顶： 进料板： 塔釜： 3、相对挥发度的计算将该体系视为理想体系，根据拉乌尔定律，有代入上文计算出的分压值，可得 所以，全塔平均相对挥发度为精馏段的平均相对挥发度为 提馏段的平均相对挥发度为 4、回流比的确定因为采取泡点进料，即，所以 则又最小回流比 取操作回流比 5、摩尔流量的计算设、分别为精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量；和分别为精馏段和提馏段下降液体的摩尔流量。则精馏段下降液体的摩尔流量精馏段上升蒸汽的摩尔流量提馏段下降液体的摩尔流量提馏段上升蒸汽的摩尔流量6、平均摩尔质量的计算已知，甲醇的摩尔质量，水的摩尔质量，根据乙醇-丙醇的相平衡数据，用数值插值法有塔顶温度 塔顶汽相组成 进料板温度 进料板汽相组成 塔釜温度 塔釜汽相组成 精馏段平均液相组成 精馏段平均汽相组成 提馏段平均液相组成 提馏段平均汽相组成 塔顶液相平均分子量塔顶汽相平均分子量进料板液相平均分子量进料板汽相平均分子量塔釜液相平均分子量塔釜汽相平均分子量精馏段液相平均分子量精馏段汽相平均分子量提馏段液相平均分子量提馏段汽相平均分子量7、原料质量分数的计算已知：进料板摩尔分数，则其质量分数为塔顶摩尔分数，则其质量分数为塔顶摩尔分数，则其质量分数为表2-2 物料衡算结果表项目塔顶进料塔底温度65.1472.7595.32液相摩尔分数0.9750.550.035液相甲醇质量分数0.98390.80390.1868相对挥发度4.174.023.61摩尔流量31.657038.35摩尔质量31.6925.7318.518、理论塔板数的计算采用逐板法计算，该法应用相平衡方程与操作线方程从塔顶开始逐板计算各板的汽相与液相组成，从而求得所需要的理论板数。精馏段操作线方程提馏段操作线方程全塔相平衡方程计算过程如下所示：理论塔板数值值备注10.9750.9095塔顶20.9460.81830.9040.70940.8560.60550.8090.52260.7440.429 进料板70.6080.28580.4000.14790.1980.059100.0710.019则 精馏段所需理论塔板数为 提馏段所需理论塔板数为 （不包括再沸器）2.2物性参数的计算表2-3 甲醇、水密度、粘度、表面张力在不同温度下的值1温度5060708090100甲醇760751743734725716水988.1983.2977.8971.8965.3958.4甲醇0.3500.3060.2770.2510.225水0.4790.4140.3620.3210.288甲醇18.7617.8216.9115.8214.89水66.264.362.660.758.81、液体黏度的计算应用数值插值法，计算过程如下：精馏段平均温度 精馏段平均黏度为提馏段平均温度