甲醇—水混合液筛板精馏塔设计.docx
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1、课程设计任务书专业 高分子材料与工程 班级 01 学生姓名 发题时间: 2012 年 6 月 6 日一、 课题名称甲醇水混合液筛板精馏塔设计二、 课题条件(原始数据) 原料:甲醇、水 年处理量: 20000t 原料组成(甲醇的质量分率):0.4料液初温: 25冷却水温度:30塔顶产品组成(质量分数):0.997塔底废水中甲醇含量不高于0.5%(质量分率)塔顶易挥发组分回收率:99.4%操作压力:4kpa(塔顶常压)回流比:最小回流比的2倍单板压降:0.7kpa进料状态:饱和液体进料塔顶采用全凝器,泡点回流塔釜:饱和蒸汽间接加热塔板形式:筛板 生产时间:330天/年,每天24h运行全塔效率:ET
2、=0.6 设备形式:筛板塔 厂址:武汉地区三、参考文献1陈敏恒等.化工原理.第二版化.学工业出版社.19992谭天恩,麦本熙,丁惠华.化工原理(上、下册) .第二版.北京:化学工业出版 社,1998 3姚玉英.化工原理例题与习题.第三版.北京:化学工业出版社,19984贾绍义,柴诚敬主编.化工原理课程设计.天津:天津大学出版社,20025李功样,陈兰英,崔英德主编.常用化工单元设备设计.广州:华南理工大学出版社,20036涂伟萍,陈佩珍,程达芬主编.化工工程及设备设计.北京:化学工业出版社,20007钱颂文主编.换热器设计手册.北京: 化学工业出版社,20028化工过程及设备设计.广州:华南工
3、学院出版社,19869化工设计手册编辑委员会.化学工程手册,第1篇化工基础数据;第8篇传热设备及工业生产.北京:化学工业出版社,198610阮奇,叶长,黄诗煌.化工原理优化设计与解题指南.北京:化学工业出版社,2001四、设计内容(包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等根据目录列出大标题即可)1 设计方案的选定2精馏塔的物料衡算3塔板数的确定4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算(加热物料进出口温度、密度、粘度、比热、导热系数)5精馏塔塔体工艺尺寸的计算6塔板主要工艺尺寸的计算7塔板的流体力学验算8塔板负荷性能图(只做精馏段)9换热器设计10馏塔接管尺寸计算11制生产工艺流程图(带控制点、机绘
4、,A2图纸)12绘制板式精馏塔的总装置图(包括部分构件)(手绘,A1图纸)13撰写课程设计说明书一份 设计说明书注意事项:写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源;每项设计结束后列出计算结果明细表;设计最终需装订成册上交。五、进度计划(列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期)1.下达设计任务书收集资料,阅读教材,拟定设计进度 2天2.初步确定设计方案及设计计算内容 5-6天3.绘制总装置图、工艺流程图 2-3天4.整理设计资料,撰写设计说明书 2天5.答辩 1天指导教师(签名): 年 月 日 学科部(教研室)主任(签名): 年 月 日说明:1学生进行课程设计前,指导教师应事先填好此任务书,并正
5、式打印、签名,经学科部(教研室)主任审核签字后,正式发给学生。设计装订时应将此任务书订在设计说明书首页。2如果设计技术参数量大,可在任务书后另设附表列出。3所有签名均要求手签,以示负责。(共3页)目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 化工原理课程设计的目的和要求11.2 化工原理课程设计的内容和步骤11.3 精馏操作对塔设备的要求21.4 板式塔概述31.5精馏塔的设计步骤3第二章 总体设计方案的确定52.1操作条件的确定52.2确定设计方案的原则63.2塔板数的确定93.3精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算113.4精馏塔的塔体工艺尺寸的计算153.5塔板主要工艺尺寸的计算
6、18第四章 塔板的流体力学的验算224.1 塔板压降224.2 液面落差234.3 液沫夹带234.4 漏液244.5 液泛244.6塔板负荷性能图25第五章 塔附件设计335.1换热器设计335.2馏塔接管尺寸的计算345.3 塔的总体高度设计38总 结39致 谢40参考文献41附 录42摘 要精馏是化工生产、石油化工炼油生产过程中进行液体混合分离的一个重要操作,在提高生产过程的经济效益和产品质量中起着举足轻重的作用。本设计的任务是分离甲醇-水溶液的混合物,提纯甲醇达到一定的纯度。采用的分离设备是筛板式精馏塔。设计根据给定任务书首先对精馏装置的流程、操作条件、主要设备选型进行讨论,然后通过计
7、算确定精馏塔的实际塔板数是19块,塔高为12080mm,塔径800mm,最后计算塔板的主要工艺尺寸,进行流体学验证,看结果是否符合设计要求,绘制精馏过程的工艺流程图和筛板精馏塔的装配图。关键词:精馏塔;筛板式;甲醇AbstractRectification is chemical industry, petrochemical, refining process to separate liquid mixtures. Rectification is an important action. In improving the economic efficiency of production
8、 processes and product quality plays an important role. This design task is to separate a mixture of methanol in aqueous solution , purification of methanol up to a certain purity. Separation equipment is used sieve-type rectifying tower. Designed according to the given tasks are first on the proces
9、s of rectification equipment, operating conditions, equipment selection for the main paper, and then determine the rectifying tower by calculating the board of 19 pieces and the height of 12.08 meters,0.8meters diameter tower, the final calculation of the main tray Process size, check for fluid dyna
10、mics, to see whether the results meet the design requirements, process maps drawn rectification unit. Keywords:rectifying tower;sieve-type;methanol第一章 绪论1.1 化工原理课程设计的目的和要求课程设计是化工原理课程的一个总结性教学环节,是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中,它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业,在设计中需要学生自己做出决策,即自己确定方案,选
11、择流程,查取资料,进行过程和设备计算,并要对自己的选择做出论证和核算,经过反复的分析比较,择优选定最理想的方案和合理的设计。所以,课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养: 1. 查阅资料,选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力; 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想,在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力;3. 迅速准确的进行工程计算的能力;4. 用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。1.2 化工原理课程设计的内容和
12、步骤 (一)课程设计的基本内容 1. 设计方案简介 对给定或选定的工艺流程,主要的设备型式进行简要的论述; 2. 主要设备的工艺设计计算 包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计; 3. 典型辅助设备的选型和计算 包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定; 4. 带控制点的工艺流程简图 以单线图的形式绘制,标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点;5. 主体设备工艺条件图 图面上应包括设备的主要工艺尺寸,技术特性表和接管表;完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结,也是后续设计工作的主要依据,应包括以下
13、主要内容:(1)封面(课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 );(2)设计任务书;(3)目录;(4)设计方案简介;(5)设计条件及主要物性参数表;(6)工艺设计计算;(7)辅助设备的计算及选型;(8)设计结果汇总表;(9)设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论;(10)工艺流程图及设备工艺条件图;(11)参考资料。1.3 精馏操作对塔设备的要求 精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质,而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备,首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触,以达到较高的传质效率。但是,为了满足工业生产和需要,塔设备还得具备下列各种基本要求: (1) 气(汽)、液处理量大,即生
14、产能力大时,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 (2) 操作稳定,弹性大,即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 (3) 流体流动的阻力小,即流体流经塔设备的压力降小,这将大大节省动力消耗,从而降低操作费用。对于减压精馏操作,过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度,最终破坏物系的操作。 (4) 结构简单,材料耗用量小,制造和安装容易。 (5) 耐腐蚀和不易堵塞,方便操作、调节和检修。 (6) 塔内的滞留量要小。实际上,任何塔设备都难以满足上述所有要求,不同的塔型各有某些独特的优点,
15、设计时应根据物系性质和具体要求,抓住主要矛盾,进行选型。1.4 板式塔概述板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备,它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中的按一定间距水平设置的若干块塔板所组成。板式塔正常工作时,液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出;气体在压差推动下,经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排除,在每块塔板上皆贮有一定的液体,气体穿过板上液层时,两相接触进行传质。板式塔的主要构件是塔板。本设计采用筛孔塔板,塔板的主要构造如下部分。(1)塔板上的气体通道筛孔。为保证气液两相在塔板上能够充分接触并在总体上实现两相逆流,塔板上均匀地开有一定数量的供气体自下而上流动的通道。
16、气体通道的形式很多,对塔板性能的影响极大,各种塔板的主要区别就在于气体通道的形式的不同。(2)溢流堰。为保证气液两相在塔板上有足够的接触表面,塔板上必须贮有一定量的液体。为此,在塔板的出口端设有溢流堰。塔板上的液层高度或溢液量在很大程度上由堰高决定。最常见的溢流堰,其上缘是平直的。(3)降液管。作为液体自上层塔板流至下层塔板的通道,每块塔板通常富有一个降液管。板式塔在正常工作时,液体从上层塔板的降液管流出,横向流过开有筛孔的塔板,翻越溢流堰,进入该层塔板的降液管,流向下层塔板。 1.5精馏塔的设计步骤 本设计按以下几个阶段进行: (1) 设计方案确定和说明。根据给定任务,对精馏装置的流程、操作
17、条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。 (2)蒸馏塔的工艺计算,确定塔高和塔径。 (3)塔板设计:计算塔板各主要工艺尺寸,进行流体力学校核计算。接管尺寸等,并画出塔的操作性能图。 (4)管路及附属设备的计算与选型,如再沸器、冷凝器。(5) 抄写说明书。(6) 绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。第二章 总体设计方案的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。本设计任务为分离甲醇-水混合物。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,将原料液通过预加热器至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内
18、,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离系,最小回流比较小,故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。下面结合课程设计的需要,对某些问题作些阐述。2.1操作条件的确定2.1.1操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时,必须根据所处理物料的性质,兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如,采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料,但压力降低将导致塔径增加,同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料,则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时,一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下
19、,适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因,则在于提高平衡温度后,便于利用蒸汽冷凝时的热量,或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝,从而减少蒸馏的能量消耗。2.1.2 进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种,本设计选择的进料方式是泡点进料。但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这主要是由于此时塔的操作比较容易控制,不致受季节气温的影响。此外,在泡点进料时,精馏段与提馏段的塔径相同,为设计和制造上提供了方便。2.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热,设置再沸器。一般蒸馏塔釜残液中的主要组分是水,且在低
20、浓度下轻组分的相对挥发度较大时宜用直接蒸汽加热,其优点是可以利用压力较低的加热蒸汽以节省操作费用,但是由于直接蒸汽加热的加入,对釜内溶液起一定的稀释作用,在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,要在精馏段增加塔板以达到生产要求。根据任务书的要求,对于本次任务采用间接蒸汽加热更为简单,方便。2.2确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下,尽量使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求,符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此,必须具体考虑如下几点: (1) 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备,首先必须保证产品达到任务规定的要求,而且质量要稳定,这就
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