南京工业大学。
化工原理》专业课程设计。
设计题目甲醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计。
学生姓名班级、学号。
指导教师姓名王磊金自强。
课程设计时间20 10年12月19日-20 10年12月29日
课程设计成绩。
指导教师签字。
化学化工学院。
课程名称： 化工原理课程设计。
设计题目： 甲醇-水二元体系浮阀精馏塔的工艺设计。
学生姓名： 专业：化学工程与工艺
班级学号： 设计日期： 2010-12-19至2010-12-31
设计任务： 甲醇-水体系。
设计条件：1. 进料量：f=320 kmol/h
2. 进料组成： =0.25 （摩尔分率）
3. 进料热状态：tf=15.7℃
4. 常压，塔釜间接蒸汽加热。
5. 塔顶冷凝水温度t=30℃，6. 塔釜加热蒸汽温度t=120℃
设计要求：摩尔分率）
xw ≤ 0.001(摩尔分率。
一概述。二工艺设计。
1 总体设计方案。
1.1 操作压强的选择。
1.2 物料的进料热状态。
1.3 回流比的确定。
1.4 塔釜的加热方式。
1.5 回流方式选定。
2 精馏的工艺流程图。
3 精馏塔塔板数的确定。
3.1 物料衡算。
3.2 物系相平衡数据。
3.3 回流比确定。
3.4 逐板法计算理论塔板数。
3.5 实际塔板数的确定。
4 塔径塔板工艺尺寸的确定。
4.1 各设计参数。
4.1.1 操作压力。
4.1.2 温度。
4.1.3 平均摩尔质量。
4.1.4 平均密度。
4.1.5 液体表面张力。
4.1.6 液体的粘度。
4.1.7 液负荷计算。
4.2 塔径塔板工艺尺寸确定。
4.2.1 塔径塔板的计算。
4.2.1.1 塔径的计算。
4.2.1.2 溢流装置的确定。
4.2.1.3 安定区与边缘区的确定。
4.2.1.4 鼓泡区阀孔数的确定及排列………
4.2.2 塔盘流体力学验算。
4.2.2.1 塔板压降。
4.2.2.2 降液管停留时间。
4.2.2.3 雾沫夹带。
4.2.3 负荷性能图。
4.2.3.1 液相下限线。
4.2.3.2 液相上限线。
4.2.3.3 漏液线。
4.2.3.4 溢流液泛线。
4.2.3.5 过量雾沫夹带线。
4.2.3.6 性能负荷图。
4.3 浮阀塔工艺设计计算结果。
5 辅助设备的设计。
5.1 塔顶全凝器的计算及选型。
5.2 塔底再沸器面积的计算及选型。
5.3 其他辅助设备的计算及选型。
5.3.1 进料管。
5.3.2 回流管。
5.3.3 塔釜出料管。
5.3.4 再沸器蒸汽进口管。
5.3.5 冷凝水管。
5.3.6 冷凝水泵。
5.3.7 进料泵。
5.3.8 预热器。
6 致谢。7 参考文献。
三附录：1精馏段塔板布置图。
2提馏段塔板布置图。
1．概述。塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。
一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。
浮阀塔的优点：
1．生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%～40%，与筛板塔接近。
2．操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。
3．塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。
4．气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。
5．塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比筛板塔高 20%～30。
但是，浮阀塔的抗腐蚀性较高（防止浮阀锈死在塔板上），所以一般采用不锈钢作成，致使浮阀造价昂贵，推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展，各种新型填料，高效率塔板的不断被研制出来，浮阀塔的推广并不是越来越广。
二．工艺设计。
1. 总体设计方案。
1.1 操作压强的选择
精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。
对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度液会下降。
对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。
但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。
本次任务分离的是甲醇和水体系，综合考虑各个因素，决定采用常压（1atm）下进行操作。
1.2 物料的进料热状态。
采用泡点进料的方式，这样进料温度就不受季节，气温变化和前道工序波动的影响，塔的操作就容易控制。而且，精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，塔径可以相同，设计制造也比较方便。
1.3 回流比的确定。
对于一定的分离任务，采用较大的回流比时，操作线的位置远离平衡线向下向对角线靠拢，在平衡线和操作线之间的直角阶梯的跨度增大，每层塔板的分离效率提高了，所以增大回流比所需的理论塔板数减少，反之理论塔板数增加。但是随着回流比的增加，塔釜加热剂的消耗量和塔顶冷凝剂的消耗量液随之增加，操作费用增加，所以操作费用和设备费用总和最小时所对应的回流比为最佳回流比。本次设计任务中，综合考虑各个因素，采用回流比为最小回流比的1.
5倍。1.4 塔釜的加热方式。
本次分离任务采设置再沸器，采用间接蒸汽加热，以提供做够的热量。
1.5 回流方式选定。
重力回流。2 精馏的工艺流程图。
3 精馏塔塔板数的确定。
3.1 物料衡算。
已知条件：f=320 kmol/h 75
由 解得：
由此可知xw≤0.001 符合要求条件。
3.2 物系相平衡数据。
1) 基本物性数据。
2） 甲醇-水汽液平衡组成。
常压下甲醇和水的气液平衡表(t—x—y)
根据汽液平衡表，由内插法求得。
塔釜温度℃
塔顶温度64.7361℃
进料温度15.7℃
28.18-25)/(28.18-23.19)=(78.0- tf)/(78.0-80.2)
泡点 tb =79.40℃
3） 甲醇-水各温度下的粘度(内插法求得)
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