1、 棗莊學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 甲醇-水分離過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì) 院別： 化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師: 董凱 目錄前言.2甲醇水溶液填料塔設(shè)計(jì).21、任務(wù)及操作條件. 22、物料衡算.3原料液及塔頂和塔底的摩爾分率.3物料衡算. 43、由氣液相圖求出 .4 4、物性數(shù)據(jù)處理.5 平均摩爾質(zhì)量.5 氣相密度的計(jì)算.5 液相密度計(jì)算.5粘度的計(jì)算.7 表面張力的計(jì)算.75、塔體工藝計(jì)算.8 5.1液相的質(zhì)量流量及氣相質(zhì)量流量.8 蒸汽速度和塔徑.9 5.3填料塔的塔徑.11 精餾段填料層高度H的估算及精餾塔總高度Hz.12 噴淋密度.126、附件.13 接管尺寸

2、的計(jì)算.13.15.15結(jié)論.16參考文獻(xiàn).16前 言 塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備取材面廣等。 塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。 填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散

3、裝填料兩大類。塔內(nèi)件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。The Design of Filled-Fractionating Tower about the Separating Process of Methyl Alcohol-Water (College of chemistry and chemical Engineering,ZaozhuangUniversity,Zaozhuang)Abstract: A su

4、it of equipment of filled-rectification which make methyl alcohol separated from water has been designed. The main work including: 1. Production craftwork flow has been selected and he main container filler tower has been designed, including the balance reckon of the filler tower、the determination o

5、f the tower plank number、the reckon of properties of matter date、the reckon of craft size of fractionating rectifying tower、the reckon of the loss of pressure of filled layer.3. Production craftwork flow chart and design condition chart of the rectification tower has been drawn. 4.The questions of t

6、he design process have been discussed and commented. The design is concise and reasonable, and can satisfy the request of the craftwork. It has the applied value.Keyword: methyl alcohol； separating process； fractionating tower1.甲醇水溶液填料塔設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)題目甲醇溶液,組成為 甲醇30%、水70%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），設(shè)計(jì)一精餾塔，塔頂餾出液含甲醇98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),塔底廢水中

7、水含量為99%,處理量為20萬(wàn)噸/年。2.操作條件(1)塔頂操作壓力 常壓。 (2)進(jìn)料熱狀態(tài) 飽和液體進(jìn)料(3)回流比 自選。 (4)塔底壓力 0.3MPa(表壓)3.塔板類型填料塔4.工作日每年工作300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。5.設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)物料衡算； (2)平衡級(jí)數(shù)； (3)精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算； (4)精餾塔的塔體工藝尺寸（塔高、他經(jīng)、填料的類型及填料量等）計(jì)算；（5）填料層壓降的計(jì)算；（6）液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)；（7）精餾塔接管尺寸的計(jì)算；甲醇的摩爾質(zhì)量 =/kmol水的摩爾質(zhì)量 =2kg/kmol原料處理量：kmol/h=kmol/h=kmol/h=/s總物料

8、衡算： F=D+W甲醇物料衡算： 聯(lián)立解得： 圖2.4（1）甲醇-水t-x-y 相圖圖2.4（2）甲醇-水x-y相圖塔頂： 釜液： 進(jìn)料：精餾段： 提餾段： 全塔：4.物性數(shù)據(jù)處理4.1平均摩爾質(zhì)量4.2 氣相密度的計(jì)算由可求4.3液相密度計(jì)算內(nèi)插關(guān)系式： 液相混合物密度： 其中， 、分別為A，B組分的質(zhì)量分率， 、分別為A，B純組分的密度?？筛鶕?jù)塔頂、塔釜、加料板的質(zhì)量分率及各純組分的密度求得三處混合液的密度同時(shí)可計(jì)算三段的平均溫度 （）表 各組分的液相密度與溫度的關(guān)系溫度（）甲醇密度（）水密度（）60754707468073690725100714查表并根據(jù)式（）、（）計(jì)算塔頂液相密度：

9、（1） （2） （3）查表并根據(jù)式（1）（2）（3）計(jì)算，= = = 根據(jù)公式計(jì)算全塔平均密度：粘度的計(jì)算 內(nèi)插關(guān)系式: (1) 混合氣體的粘度 log=xA logA+(1-xA)logBm (2)各組分粘度與溫度的關(guān)系溫度/甲醇/M水 /M6075800.277091000由（1），可求 dAMpa WAMpa fA MpadB MpaWB MpafB=0.3425 Mpa由（2）可求， Mpa Mpa fm Mpa 各Mpa 表面張力的計(jì)算組分的表面張力與溫度的關(guān)系溫度/甲醇/*10水/*10607080100100內(nèi)插關(guān)系式： （1） （2）由公式可以得到： 有公式（2）得，

10、 5. 塔體的工藝計(jì)算液相的質(zhì)量流量及氣相質(zhì)量流量精餾段: 提餾段: =32.00.083+18 蒸汽的平均質(zhì)量流量精餾段: = 提餾段: = 蒸汽速度和塔徑蒸汽的極限空塔速度 由上圖求得蒸汽的平均溫度， = =75，故得精餾段的蒸汽密度 提餾段的蒸汽密度 液態(tài)時(shí)水和甲苯的密度為， 精餾段液體的粘度 X=0.2978 X Mpa提餾段液體的粘度 X =0.249 X Mpa由log精=x精 log精A+(1-x精)log精B X Mpa由log提=x提 log提A+(1-x提)log提B X Mpa關(guān)于上升蒸汽的極限速度uf可按下式求算,由于我們選擇25mm的金屬矩鞍環(huán),故=209.1 , =

11、0.76, =185m/m 亂堆型 式中 混合液體的粘度，Mpa對(duì)于精餾段 解得精餾段的蒸汽極限速度為對(duì)于提餾段 解得提餾段的蒸汽極限速度為填料塔的塔徑 取操作速度u為蒸汽極限速度的70%，則故精餾塔的塔徑為提餾段塔徑為選取上下兩塔為相同的簡(jiǎn)體標(biāo)準(zhǔn)直徑d=（3）塔中蒸汽的實(shí)際操作速度 分別為蒸汽極限速度的69.94%和63.52%。填料層高度和塔高精餾段為5塊，提餾段為5塊（再沸器在外）關(guān)于液泛時(shí)的等板高度,可用下式計(jì)算式中 填料的比表面積，m/m; 填料的自由體積，m/m; m平衡線平均正切;對(duì)精餾段，m=0.3604；提餾段m=1.1204；精餾段填料層高度H的估算 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，可

12、得 提餾段填料層高度H的估算 塔中填料層總高度H的估算及精餾塔總高度Hz H=+=1,55+0.85=取填料層高度為2m,則塔的總節(jié)數(shù)為兩節(jié)，其中，精餾段1節(jié)，提餾段1節(jié)。 精餾塔總高度可按下式計(jì)算 Hz=Zm+（n-1）+Z精+Z提式中 Z每節(jié)填料層高度，m； N填料節(jié)數(shù)，節(jié)； 相鄰兩節(jié)填料層距離，m，其間有液體分布器，取=； Z精填料上方分離空間的高度，m； Z提填料與塔底間的距離，m；故塔的總高度為Hz= 表 塔徑與填料上、下方離空間高度塔徑d，mmZ精，mm Z提，mm4001000600150012002200100020002300140022500噴淋密度最小噴淋量能夠維持填料的

13、最小濕潤(rùn)速度,其關(guān)系如下 185=14.8 m/(mh)式中 填料的比表面積，m/m; 最小噴淋密度, m/(m); 最小潤(rùn)濕速率, m/(m)；圖埃克特關(guān)聯(lián)圖與泛點(diǎn)線相對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為與泛點(diǎn)線相對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為根據(jù)橫縱坐標(biāo)查?？颂仃P(guān)聯(lián)圖得：其中Z= 0.3MPa符合要求。6附件進(jìn)料管采用直管進(jìn)料，管徑計(jì)算如下： 取=2m/s =則D=m查標(biāo)準(zhǔn)系列選取，則管內(nèi)徑D=84mm進(jìn)料管實(shí)際流速：回流管 平均密度：則流體流量：取管內(nèi)流速：uF=2則回流管直徑：則可取回流管規(guī)則 則管內(nèi)徑回流管內(nèi)實(shí)際流速：塔頂蒸汽接管塔頂蒸氣密度： 塔頂氣相平均摩爾質(zhì)量：則蒸汽體積流量： 取管內(nèi)流速：則回流管直徑：可取回流管

14、規(guī)則： 則實(shí)際管內(nèi)徑：塔頂蒸汽的實(shí)際流速：塔釜蒸汽排出管塔底：W= 平均密度：體積流量：取管內(nèi)流速：則 可取流管規(guī)格 則實(shí)際直徑塔釜蒸汽接管實(shí)際流速：塔底進(jìn)料管 塔底蒸汽平均密度：塔釜?dú)庀嗥骄栙|(zhì)量：則塔釜蒸汽體積流量：取管內(nèi)流速：則可取管規(guī)格： 則管實(shí)際管徑：d=14mm則塔釜蒸汽實(shí)際流速：液體分布器的選型該吸收塔塔徑較大,故選用槽式液體分布器.分布點(diǎn),密度計(jì)算按Eckort建議值,D1200時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m，因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為120點(diǎn)/m.布液點(diǎn)數(shù)為n= 按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)結(jié)果為:二級(jí)槽共設(shè)13道，在側(cè)面開(kāi)口，槽寬度為80m

15、m，槽高度為210mm，而槽中心距為160mm，分布點(diǎn)采用三角型排列，實(shí)際設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)為n=494點(diǎn).分布點(diǎn)示意圖如圖所示布液計(jì)算由L= ，取=（）=（）=設(shè)計(jì)取其中： Ls液體流量，m/s n 開(kāi)口數(shù)目（分布點(diǎn)數(shù)目） 孔流系數(shù) 孔徑，m 開(kāi)孔上方的液體高度由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，平焊法蘭由不同的公稱直徑選相應(yīng)法蘭：/HG20592-97 HG20592-97塔底出料管接法蘭:PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97塔頂蒸汽出料管接法蘭: PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97塔頂進(jìn)氣管接法蘭: PN0.25MPa. DN40GB/ HG2059

16、2-97結(jié)論 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)常壓填料精餾塔，分離含甲醇0.3，水0.7（以下皆為質(zhì)量分率）的水溶液，其中混合液進(jìn)料量為/h，進(jìn)料為飽和液體進(jìn)料，回流比為3.45要求獲得0.98的塔頂產(chǎn)品和0.01的塔釜產(chǎn)品,再沸器用水蒸汽作為加熱介質(zhì),塔頂全凝器采用冷水為冷凝介質(zhì).通過(guò)翻閱大量的資料進(jìn)行物性數(shù)據(jù)處理、結(jié)構(gòu)計(jì)算、流體力學(xué)計(jì)算以及計(jì)算接管壁厚的設(shè)計(jì)。致謝本次設(shè)計(jì)是在董凱老師的細(xì)心指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的努力完成的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師給我提供了很大幫助，耐心的為我講解，提供資料供我翻閱，幫我拓寬了思路并豐富了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行提供了條件，使我順利的完成了本次設(shè)計(jì)。在此我表示衷心的感謝！在論文寫(xiě)作過(guò)程中，同學(xué)也給予了