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1、化工原理课程设计课程设计题目：分离甲醇-水混合液的精镭操作班级：姓名：指导教师：时间：设计任务书分离甲醇-水混合液二.设计任务及操作条件:1 .原料及产品指标：原料处理量（吨/年）：250000原料液甲醇浓度（质量）：25镭出液甲醇浓度，%（质量）：99釜残液甲醇浓度W%（质量）：22 .设备型式：1 .板式精储塔2.立式热虹吸式再沸器3.列管式冷凝器4.列管式预热器3 .操作条件a）精储塔操作压强：常压b）循环上水温度：25CC）加热蒸汽压强为500kPa（绝压）d）回流比及进料热状况：饱和液体进料q=l。e）填料：JWB-700型规整填料，等板高度HETP=O.35mf）空塔气速选取范围（
2、0.8-1.5ms）g）总传热系数K（Wm2Co）:再沸器800；冷凝器600；预热器K=400o4 .每年按300天计，每天24小时连续操作。三.设计内容L设计方案简介2 .连续精镭工艺计算精僧塔设计计算。包括：h）计算产品和残液流量i）计算理论板数、进料位置；j）若为板式塔，计算实际板数；若为填料塔，计算填料层高度；k）计算精储塔塔径。I）操作压强和操作温度（列表）。其他设备计算，包括：a）塔底再沸器选型计算；b）塔顶冷凝器选型计算；c）进料泵选型计算；d）预热器选型计算（如选用）；e）回流罐选型计算；f）回流泵选型计算；g）原料罐、产品储罐选型计算。h）产品泵选型计算。管道计算（结果列表
3、）设备一览表；管道一览表；消耗定额计算。3 .绘制塔设备条件图4 .绘制管道及仪表流程图。5 .绘制设备布置图。6 .编写设计说明书：包括13项内容。7 .绘制塔设备条件图8 .绘制管道及仪表流程图。9 .绘制设备布置图。10 .编写设计说明书：包括13项内容。四、进度第一周完成部分工艺计算和流程草图；第二周完成流程图并完善设计说明书。五、参考资料：1 .姚玉英等.化工原理.天津：天津科技出版社，20032,柴诚敬等.化工原理课程设计.天津：天津科技出版社，20103.材料与零部件4,化工工艺设计手册*准备工作：查找平衡数据熟悉设备结构目录第一章.一设计方案简介1.1流程简介本设计任务采用连续
4、精健流程。精微装置有精福塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精t留分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质讲余热带Ato甲醇和水的原料混合物泡点进料，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精僧塔中。因为被加热到了泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精僧塔中上升，而液相混合物在精福塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，停留一定的时间然后进入储罐，而其中的气态部分重新回到精健塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔
5、底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精镭塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成甲醇与水的分离。本设计任务为分离甲醇-水混合物。1.2设计方案说明1.2.1 精像方式的选定精福是通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相传递，难挥发组分由气相向液相传递，来达到分离目的的一种常用操作。精镭过程根据操作方式的不同，分为连续精储和间歇精僧两种流程。连续精镭能使液体混合物得到较完全的分离。回流包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸汽两者返回塔中，从而在塔的两端分别得到纯净的单组分产品。塔
6、顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为回流比，是精福的一个重要控制参数。回流比的变化影响精镭操作的分离效果和能耗。本设计选用连续精健。1.2.2 进料方式的选定对于二元混合物的分离，宜采用连续精播流程。进料状况一般有五种，对于冷液体进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加热费用。但冷液体进料受环境影响较大,对于天津地区来说，存在较大温差，冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精健段和提镭段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精僧段和提t留段塔径基本相等，制造上较为方便。
7、123操作压力的选择(1)压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。(3)真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。此处选择在常压下操作。1.2.4 精僧塔塔板的类型与选择甲醇-水体系比较容易分离，待处理料液清洁，此
8、次设计选用筛孔塔板。筛孔塔板简称筛板，结构特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和大孔径筛板两类，本次选用小孔径筛板。筛板的优点是结构简单，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。1.2.5 塔顶冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇与水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求1.2.6 塔底加热方式本设计采用间接蒸汽加热间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持原有的
9、浓度，以减少理论板数，缺点是增加加热装置。第二章设计条件及主要物性参数表表一甲醇和水的物理性质名称分子式分子量沸点(Co)甲醇ACHQ32.0464.96水BH2O18.01100表二常压下甲醇和水气液平衡数据沸点/C。液相中甲醇的摩尔分数X】气相中甲醇的摩尔分数力沸点/C。液相中甲醇的摩尔分数Xi气相中甲醇的摩尔分数y】1000075.30.40.72996.40.020.13473.10.50.77993.50.040.23471.20.60.82592.90.0530.28369.30.70.8789.30.080.36567.60.80.91588.90.0930.435660.90.
10、958850.1320.546650.950.97981.60.2080.62764.511780.2820.667表三液体粘度(mPas)温度t/(Co)2060708090100甲醇0.580.3440.3070.2770.250.228水1.0050.4690.4060.3570.3170.284表四组分的液相密度(kgm3)温度t/(co)2060708090100甲醇804.8761.1749.4737.4724.9712水998.2983.2977.8971.8965.3958.4表五各组分的汽化热(KJKg)温度t/(Co)02060100140甲醇1197.151172.041
11、109.251012.98891.59水2490.582444.542423.612256.172147.34第三章工艺计算3.1精储塔的设计计算3.L1计算产品和残液流量全塔物料衡算：F：进料量(kmols)Xf：原料组成(摩尔分数，下同)D:塔顶产品流量(kmols)Xd：塔顶组成W:塔底残液流量(kmols)Xw:塔底组成由任务书已知：原料液中甲醇的质量分数为25%储出液甲醇浓度为99%釜残液甲醇浓度为2%原料甲醇组成：0.1578塔顶产品组成：塔底产品组成：进料量F=25万吨/年二0.4765komls总物料衡算：F=D+WFXF=DXD+Wxw联立带入求解：D=0.0719kmols
12、W=0.4046kmols3.1.2计算最小回流比与最佳操作回流比根据表二可计算出相对挥发度表二常压下甲醇和水气液平衡数据沸点c液相中甲醇的摩尔分数Xi气相中甲醇的摩尔分数y沸点/C。液相中甲醇的摩尔分数Xi气相中甲醇的摩尔分数yI1000075.30.40.72996.40.020.13473.10.50.77993.50.040.23471.20.60.82592.90.0530.28369.30.70.8789.30.080.36567.60.80.91588.90.0930.435660.90.958850.1320.546650.950.97981.60.2080.62764.011
13、780.2820.667Xf=0.1578Xd=0.9824Xw=0.0113根据表二可用内插法求出塔顶，塔底及进料的温度进料温度tF=塔顶温度tD=塔底温度tw=根据求得的以上三个温度，可以继续根据表二用内插法来计算出塔顶、塔底及进料处的气相组成。进料气相组成：塔顶气相组成：塔底气相组成：根据气相组成和液相组成，可计算相对挥发度：进料相对挥发度：塔顶相对挥发度：塔釜相对挥发度：精福段平均挥发度：提福段平均挥发度：全塔平均挥发度：4.1497回流比的计算：最小回流比：（饱和液体进料，q=l）泡点进料0.9490R=2Rmin=1.89803.1.3求理论板层数:精微段气液关系：精储段与提储段操
14、作线方程：精福段操作线方程：提储段操作线方程：用图解法求理论板数与精镭段提储段的塔板数1.0/08-/由图可知：总理论板数为8层（包括再沸器），进料板位置为4,精福段理论板数为4,提储段理论板数为4实际塔板数的计算：根据表三液体的粘度表可通过内插法求出进料、塔顶及塔底的各组分粘度表三液体粘度（mPas）温度t/(Co)2060708090100甲醇0.580.3440.3070.2770.250.228水1.0050.4690.4060.3570.3170.284进料的甲醇和水的粘度：塔顶的甲醇和水的粘度：塔釜的甲醇和水的粘度：则进料、塔顶、塔釜的液相粘度为：可得精福段平均液相粘度：可得提福段
15、平均液相粘度：可得全塔平均液相粘度:塔板效率及实际塔板数的计算:精福段塔板效率：提福段塔板效率：精僧段实际塔板数：所以精福段实际塔板数为9块提像段实际塔板数：所以提福段实际塔板数为10块总塔板数为19块，第10块为加料板3.2 塔式板工艺尺寸计算操作压强的计算：塔顶压强为大气压：设每层板压降为进料板压强：塔釜压强：故精储段平均压力：kpa提僧段平均压力：kpa整理以上数据至下表：塔顶进料塔釜精储段提德段操作温度的计算已知则精储段的平均温度；提镭段的平均温度：整理至下表：塔顶进料塔釜精福段提馆段平均分子量已知塔顶;由相平衡方程，可得进料板：由相平衡方程，可得塔釜由相平衡方程，可得则精微段平均分子
16、量：提镭段平均分子量:平均密度气相密度液相密度进料的平均密度根据表四表四组分的液相密度(kgm3)温度t/(Co)2060708090100甲醇804.8761.1749.4737.4724.9712水998.2983.2977.8971.8965.3958.4可用内插法计算进料的平均密度：已知进料板液相组成：由可得塔顶的平均密度同理，由内插法计算塔顶的平均密度：已知塔顶液相组成：由可得塔釜的平均密度同理，由内插法计算塔釜的平均密度：已知塔底液相组成：由可得精福段平均液相密度：提福段平均液相密度：塔径的计算精僧段气液相体积流量:取空塔速度则则塔的截面积：实际空塔气速：3.3 附属设备的设计再沸器塔釜温度饱和水蒸气的温度塔釜温度，饱和水蒸气的温度，其汽化热为提储段每层塔板上升蒸汽的摩尔质量等于等于精僧段每层塔板上升蒸汽的摩尔质量，即。釜液中甲醇的摩尔分数为，可得根据表2水和甲醇的部分物理性质可得：甲醇的汽化热约为：水的汽化热约为：本设计取摩尔汽化热热负荷传热面积水蒸气冷凝质量流量选型：冷凝器塔顶温度，假设水的温度，变为当时，查表得，水的比热容取
