合肥学院。
hefei university
化工原理课程设计。
题目：甲醇—水精馏分离板式塔设计。
系别： 化学与材料工程系
专业：_ 化学工程与工艺
学号： 0903022038
姓名单国庆。
指导教师**春。
2024年 2月 14日
化工原理课程设计任务书。
一、设计题目。
甲醇-水精馏分离板式塔设计。
二、设计任务及操作条件。
1.设计任务。
生产能力（进料量） 30000 吨/年。
操作周期 7200小时/年。
进料组成 10质量分率，下同）
塔顶产品组成 ≥42%
塔底产品组成 ≤0.9%
2.操作条件。
操作压力塔顶为常压。
进料热状态泡点进料(q=1
加热蒸汽低压蒸汽。
3.设备型式筛板塔板
4.厂址安徽地区。
三、设计内容。
1.设计方案的选择及流程说明。
2.塔的工艺计算。
3.主要设备工艺尺寸设计。
1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定。
2）塔板的流体力学校核。
3）塔板的负荷性能图。
4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。
4.辅助设备选型与计算。
5.设计结果汇总。
6.设计评述。
7.工艺流程图及精馏工艺条件图。
主要符号说明：
英文字母。塔板开孔区面积，m2；
降液管截面积，m2；
筛孔总面积，m2；
塔截面积，m2；
计算时的负荷系数，；
负荷因子，；
筛孔直径，m；
塔径，m；液沫夹带量，kg液/kg气；
全塔效率；气相动能因子。
重力加速度，9.81；
降液管底隙高度，m；
干板阻力，m；
气体通过每层塔板的液柱高m；
塔板上鼓泡层高度，m；
液体表面张力的阻力，m；
气体通过液层的阻力，m；
溢流堰高度，m；
板上液层高度，m；
降液管内的清液高度，m；
板间距，m；
人孔间距，m；
塔底空间，m；
塔顶空间，m；
稳定系数，无因次；
溢流堰长度，m；
液体体积流量，；
筛孔数目；理论塔板数；
实际塔板数；
操作压力，pa；
压力降，pa；
筛孔的中心距，m；
空塔气速，；
泛点气速，；
通过有效传质区的气速，；
气体通过筛孔的速度，；
漏液点气速，；
气体体积流量，；
安定区宽度，m；
边缘区宽度，m；
液相摩尔分数；
气相摩尔分数；
塔高，m；希腊字母。
挥发度；充气系数，无因次；
筛板厚度，m；
液体在降液管内停留时间，s；
黏度，；密度，；
表面张力，；
开孔率或孔流系数，无因次；
下标。最大的；
最小的；液相的；
气相的。甲醇—水工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。
近些年来，由于燃料**的**，甲醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料甲醇的法规。
长期以来，甲醇多以蒸馏法生产，但是由于甲醇—水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的甲醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进甲醇`水体系的精馏设备是非常重要的。
塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。
本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。
流程简介。本设计任务为甲醇的精馏。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。
设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易挥发物系，最小回流比较小，塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
原料：甲醇—水溶液，年产量30000吨。
甲醇含量：10%(质量分数)，原料液温度：20℃
设计要求：塔顶的甲醇含量不小于42%(质量分数)
塔底的甲醇含量不大于0.9%(质量分数)
附： 汽液平衡数据。
表1 甲醇-水溶液的平衡数据。
由上表可画出如下图：
根据生产任务，若每年按操作周期7200小时计算，处理量为由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用筛板塔。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：
⑴ 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
⑵ 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。
⑶ 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
⑷ 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。
筛板塔的缺点是：
⑴ 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。
⑵ 操作弹性较小(约2～3)。
⑶ 小孔筛板容易堵塞。
由于甲醇—水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压。
其中塔顶压力为。
塔底压力。虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时(q=1)进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制。此外，无论是设计计算还是实际加工制造这样的提馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。
本设计任务为甲醇的精馏。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易挥发物系，最小回流比较小，塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。
为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。
由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。
甲醇的摩尔质量为：32.04kg/kmol
水的摩尔质量为： 18.01kg/kmol
原料液的摩尔组成：
原料液的平均摩尔质量：
20℃下，原料液中。
表2 甲醇—水体系得分汽-液平衡及沸点（101.3kpa压力下）
原料液温度
馏出液温度。
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