化工原理课程设计

课程设计报告。

处理量为15000t/y的甲醇-水分离过程精馏塔的设计》

专业：化学工程与工艺

班级。姓名。

指导教师。2024年 12 月 25 日。

甲醇-水分离过程精馏塔的设计。

一) 设计题目水-甲醇精馏塔。

二）设计条件。

处理量： t/a(15000,17500,20000)

料液组成（质量分数）： 30%，35%，40%，45%，50%）

塔顶产品组成（质量分数）： 98%，99%）

塔顶易挥发组分**率：（99%）

每年实际生产时间： 7200h

5）、操作条件：

间接蒸汽加热；

塔顶压强：1. 03 atm（绝对压强）

进料热状况：泡点进料；

单板压降：75mm液柱。

目录。一、工艺流程确定和说明 - 5 -

1.1加料方式 - 5 -

1.2加料热状况 - 6 -

1.3冷凝方式 - 6 -

1.4回流方式 - 6 -

5．加热方式 - 6 -

二、精馏塔的物料衡算 - 6 -

三、物料性质计算 - 10 -

3.1平均温度 - 10 -

3.2平均分子量 - 10 -

3.3平均液相密度 - 11 -

3.4塔的压力 - 12 -

3.5平均气相密度 - 12 -

3.6液体粘度 - 12 -

3.7液体表面张力计算 - 13 -

3.8塔的工艺条件和物料性质列表 - 13 -

四、气液负荷计算 - 14 -

4.1精馏段汽相负荷计算 - 15 -

4.2精馏段液相负荷计算 - 15 -

4.3提馏段汽相负荷计算 - 15 -

4.4提馏段液相负荷计算 - 15 -

五、塔和塔板主要工艺尺寸计算 - 15 -

5.1填料选择 - 15 -

5.2塔径计算 - 15 -

5.2.1精馏段塔径计算 - 15 -

5.2.3圆整计算 - 16 -

5.3塔高h计算 - 16 -

5.4压降的计算 - 17 -

5.4.1精馏段 - 17 -

5.4.2提馏段 - 17 -

5.4.3检验： -17 -

5.5计算结果列表 - 17 -

六、配套设备选型 - 18 -

6.1换热器 - 18 -

6.2原料液换热器 - 18 -

6.3塔顶冷凝器 - 19 -

6.4塔底再沸器 - 19 -

七、储槽选型 - 20 -

7.1原料液储槽 - 20 -

7.2中间槽： -21 -

八、接管的选型 - 21 -

8.1 进料管的设计 - 21 -

8.2 塔顶气体出口管 - 21 -

8.3回流进口管 - 22 -

8.4 再沸器出口管 - 22 -

8.5 釜液输出管 - 23 -

九、泵 - 23 -

9.1 进料泵 - 23 -

9.2回流泵 - 24 -

十、温度计 - 24 -

十。一、压力计 - 24 -

十。二、液位计 - 25 -

12.1 原料槽液位计 - 25 -

12.2 中间槽液位计 - 25 -

十。三、流量计 - 25 -

13.1进料管流量计 - 25 -

13.2 回流管流量计 - 25 -

十。四、设备一览表 - 26 -

十。五、选用符号说明 - 26 -

十。六、参考文献 - 27 -

v101 -原料储槽 v102-中间槽 p101-进料泵 p102-回流泵。

e101 -过滤器 e102-进料预热器 e103-冷凝器 e104-再沸器 tq101 -甲醇精馏塔

a－进料b－釜液出料 c－排空 d－出料

图1:甲醇-水精馏流程草图。

流程如图所示：由原料储槽储存原料或上一工段送来**的甲醇液。料液通过进料泵加压泵出，再经过滤器、进料预热器，打进精馏塔加料板进料。

大部分的塔顶气相由冷凝器冷凝，不凝性气体放空。所有的冷凝液先是存在缓冲槽内，一部分由回流泵打回塔顶作为回流液，另一部分则作为产品输送到罐场。塔釜釜残液甲醇浓度为0.

2％（质量分率）,可直接排放入地沟。

加料方式有两种，分别为高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速，通过重力加料，可以节省一笔动力费用，但由于多了高位槽，建设费用也相对增加。采用泵直接加热，受泵的影响，流量不太稳定，从而影响了传质效率，但结构简单，安装方便，并能较大地节约设备费用。

本设计采取泵直接加料方式。

采用泡点进料。泡点进料和接近泡点的冷料液进料都可获得较大的传质推动力，从而减少理论板数，节省一定的设备费用。但泡点进料对稳定塔操作较为方便，且基于恒摩尔流假定，泡点进料可使精馏段和提留段上升蒸汽的摩尔流量相等，故可使精馏塔段和提留段的塔径基本相同，制造上较为方便。

塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝，甲醇和水不反应，且容易冷凝，故采用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却，此次分离也是想得到液体甲醇，选用全凝器符合要求。

采用强制回流。由于本设计任务的塔板数较多，故不便将分凝器装在塔顶，所以不宜采用重力回流。

采用间壁蒸汽加热，本次设计任务对分离效果的要求较高，故需采用使釜液部分汽化的办法，以维持产品和釜液的浓度，减少理论板数，节约设备费用。

1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率。

2原料液及塔顶和塔底的摩尔分率。

甲醇的摩尔质量ma=32.04kg/kmol

水的摩尔质量 mb=18.02kg/kmol.

3原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量。

0.27332.04+(1-0.273)18.02=21.84kg/kmol

物料衡算。原料处理量。

总物料衡算127.19=d+w

甲醇物料衡算

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