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1、新疆工程学院课程设计说明书题目名称：甲醇-水筛板塔工艺设计专业班级：学生姓指导教师：完成日期：新疆工程学院课程设计评定意见设计题目：甲醇一水筛板塔工艺设计学生姓名：评定指标:序号评分指标具体要求分数范围得分1学习态度努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。010分2能力与质,设计论证能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。015分综合能力设计能运用所学知识和技能，正确的完成任务。025分设计质量论证、分析、计算逻辑合理，条理清晰。020分3工作量内容充实，工作饱满，符合规定要求。015分4撰写质量结构严谨
2、，文字通顺，用语符合技术标准，图、表、排版等符合要求。015分合计0100分评定成绩:指导教师（签名）：年月日新疆工程学院课程设计任务书12/13学年下学期13年6月15日专业石化班级12-7（1）课程名称化工原理设计题目甲醇-水筛板塔工艺设计指导教师起止时间周数2周设计地点化工系机房设计目的：作为本专业的专业根底课，化工原理是设备专业学生对专业课综合学习与运用的根底，为学生今后进行毕业设计工作奠定根底，是设备专业技术人员必要的根底训练。设计任务或主要技术指标：生产能力：87600吨/年（年工作日360天，每天开动设备24小时计算）进料中甲醇含量：41%+0.003X（质量分数，X为学号的后两
3、位）设计要求：塔顶甲醇的含量不低于98%（摩尔分数）塔底甲醇的含量不高于2%（摩尔分数）操作压力常压进料热状况q=1.0回流比自选单板压降0.8Kpa设计进度与要求：1.查阅资料1天，计算2天，说明书撰写1天，整理半天，课程设计辩论半天2.本课程设计一律要求用A4稿主要参考书及参考资料：1张浩勤、陆美娟主编化工原理第二版下册北京：化学工业出版社，2006.102付家新、王为国、肖稳发主编化工原理课程设计北京：化学工业出版社社，2010.113叶庆国主编别离工程北京：化学工业出版社，2009.1教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日甲醇-水筛板塔工艺设计学号:姓名：摘要:本计为别离甲醵一水
4、混合物。对于二元混合物的别离，应采用连续精储流程。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储塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部加回流至塔内，其余局部经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。筛板塔优点：结构简单、造价低；气流压降小、板上液面落差小；板效率高。缺点：操作弹性小、筛孔小易堵塞。关键词:筛板塔,精t留，计算，绘图，1 .概述22 .设计任务书33 .设备形式的选择44工艺计算43.1 确定塔顶、塔底物料量及组成44 .2确定塔板数
5、和进料位置5确定操作回流比51. .2.2理论塔板数Nt6实际板层数的求取64. 3.1塔的精储段71塔径的计算82溢流装置93塔板布置及阀数排列94塔板上的流体力学验算105塔板负荷性能图104.3.2提储段111塔径确实定132溢流装置133塔板布置144.塔板上的流体力学验算145塔板负荷性能图15表4-4精储塔的设计计算结果汇总一览表15参考文献错误!未定义书签。设计心得错误!未定义书签。1.概述精僧塔是进行精微的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸僧塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精储塔与间歇精福塔。蒸储的根本原理是将液体混合物局部气化,利用其中各组份挥发度不同（
6、相对挥发度）的特性，实现别离目的的单元操作。蒸储按照其操作方法可分为：简单蒸储、闪蒸、精福和特殊精储等。本设计题目是：甲醇一水醇精储塔工艺设计及附属设备选型。筛板塔是一种能耗较低的湿式除尘装置，广泛应用于气体吸收、除尘、降温等操作。气体进入塔体后从底部向上流动通过筛板层，通过筛板孔径以及孔间距离的合理设计，以实现最高效率和最小压降。板式塔通常由圆柱状的塔体及按一定间距水平设置的假设干塔板构成，塔内气体在压差作用下由下而上，液体在自身重力作用下由上而下总体呈逆流流动。板式塔可分为有溢流堰式和无溢流堰式（又称穿流式）两大类。对于有溢流式板式塔，在这类塔中塔板上由溢流堰维持一定液层，实际气液接触过程
7、是在一块块塔板上逐级进行的，总体逆流，但在每块塔板上气液呈错流流动，即从上方降液管流下的液体横向流过塔板，翻过溢流堰进入降液管再流向下层塔板，而气体那么由下而上穿过板上横流的液层，在液层中实现气液相密切接触然后离开液层，在塔板上方空间集合后进入上层塔板，每一块塔板相当于一个混合别离器，既要求上升气流与下降气流在板上充分接触，又要求经传质后的气液两相完全别离，各自进入相邻塔板。因此，塔板上的主要部件是气液接触部件和溢流部件，在有的塔型中还设置了促进气液别离的部件。气液接触部件的任务是引导气流进入液层，并保证气液充分、均匀而良好的接触，形成大量的又是不断更新的气液传质界面，而且要使气液间最后能够较
8、易别离。不同类型的塔板具有不同的气液接触部件，溢流部件主要是维持液体在板上和板间顺序而均匀地流动，保持板上一定的液层，为气液接触提供场所。不同类型塔板的溢流部件根本一致。塔板上有组织的气液流动应当使气液两相间保持充分、均匀、有效而良好的接触。这是指：相间接触面积要大且具有较强的湍动；气液分布要均匀且能按总体逆流、板上错流的原因保持最大的传质推动力；理论和实践又指出传质外表的不断更新也有利于降低传质阻力，提高传质速率。努力到达这种理想状态是塔板设计和操作改良的下一个方向。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大；（2）传质、传热效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性
9、大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适应的塔递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。2.设计任务书（1）设计题目：甲醇-水筛板塔工艺设计（2）生产能力：87600吨/年（年工作日360天，每天开动设备24小时计算）进料中甲醇含量：0.422设计要求：塔顶甲醇的含量不低于98%（摩尔分数）塔底甲醇的含量不高于2%（摩尔分数）操作压力常压进
10、料热状况q=l回流比自选单板压降W0.8Kpa3.设备形式的选择本设计选择板式精储塔，塔板为筛板塔筛板主要部件由筛孔、溢流装置和降液管。筛孔分布在上下降液管之间的踏板有效面积上，作为气体接触的部件。一般情况下孔径是38mm的圆孔，在选择中选择适宜的孔径,此外根据气流速度选择适宜接触方式。筛板塔优点：结构简单、造价低；气流压降小、板上液面落差小；缺点：操作弹性小、筛孔小易堵；4工艺计算4.1 确定塔顶、塔底物料量及组成甲醇的摩尔质量Ma=32.04kg/kmol水的摩尔质量Mb=18.0Ikg/kmol进料摩尔分数xf=0.422塔顶摩尔分数x=0.98塔釜摩尔分数xm.=0.02Md=0.98
11、32.04+0.0218.01=31.76kgkmolMW=0.02032.042+0.9818,01=18.29kgkmol总物料衡算F=D+W易挥发组分物料衡算FXF=Dxn+Wxw由上式联立得到g=生土=422一0.02=03815FXiw0.98-0.024.2 确定塔板数和进料位置常压下甲醉-水系统的t-x(y)数据表41常压下甲醇和水的气液平衡数据温度T()甲醇液相摩尔分数X甲醇气相摩尔分数y100OO96.42%13.40%93.54%23.40%91.26%30.40%89.38%36.50%87.710%41.80%84.415%51.70%81.720%57.90%7830
12、%66.50%75.340%72.90%73.150%77.90%71.260%82.50%69.370%87%67.580%91.50%6690%95.80%6595%97.90%64.5100%100%据此可得甲醉乙醵系统的x-y图塔顶XO=O.98yD=0.982进口入尸=0.677尸=0.86塔釜0=0.02%=0.134确定操作回流比由相对挥发度公式3=,根据常压下甲醇水系统的y-x数据得0-)该体系相对挥发度a的算术平均值为e=2.57故相平衡线方程为相平衡线方程为y=7-1 +1.57x因为q最小回流比:=Iyq=l+(-l)X*f2.570.6771+1.570.677=0.8
13、4Xf=Xq=0.6771.=0.84最小回流比RminX1.yg0.98-0.84no=1.UZyq-xq0.84-0.677回流比R=13XRmin=I.334.2.2理论塔板数M精微段:4,1.=eD=1.33302.51下降液体的摩尔流量为=M3kmolh上升蒸汽的摩尔流量为V=(7?1)D=2.33302.51=695AKmolIh提储段:下降液体的摩尔流量为:=1.=402.3+442.26=844.56kmolh上升蒸汽的摩尔流量为:V,=V-(-q)F=695.8QH/h精偏段操作线方程+1=-+-=0.57Z+0.42提镭段操作线方程：用逐板计算法，计算精储塔内理论板数如下：
14、第一块塔板上升的蒸汽组成：y=0.98算结果列于表4-2yi=xd=0.98x1=0.95y2=0.97x2=0.9312345()789101112Y0.980.960.9480.9120.870.820.750.420.260.140.070.030X0.950.930.870.800.720.64Kxf0.360.220.120.060.0280.0117=160Omm,此时的操作气速0=2.43zs。塔截面积：4=驾=314x1.62=ZOi-244空塔气速：U=2.42mjsu0.006机(满足要求)堰高：hw=h1.-how=0.07-0.0158=0.0542机3塔板布置及阀数排
15、列(1)塔板分块因)=160Omrn塔板分为四块安装塔径-塔板分块数塔径(mm)800-12001400-161800-202200-2400塔板分块数3456(2)边缘区宽度匕与安定区宽度匕边缘区宽度匕：一般为50757m,O2m时，匕可I(Xh加。安定区宽度匕：规定。vl.56时叱二75相加；O1.5m时W,=100加z；本设计取We=50mm,Ws=70mm.（3）开孔区面积4（4）开孔数n和开孔率8取筛孔的孔径4,=6加%,正三角形排列，筛板采用碳钢，其厚度S=3博且取1/4,=2.5,孑1.心E巨t=2.5X6=15mm每层塔板的开孔数n=115813A.=6948个V每层塔板的开孔
16、率=吗=0.145（8应在5%15%,故满足要求）（）22.5W每层塔板的开孔面积A）=04=0.145x1.35=0.1960?V486气体通过筛孔的孔速u0=-=24.796m/s40.1964塔板上的流体力学验算（1）气体通过筛板压降4和的验算a.气体通过干板的压降瓦式中，孔流系数CO由g=3=0.6查【化工原理】下册图8-20得CO=O.845b.气体通过板上液层的压降利式中充气系数”的求取如下：气体通过有效流通截面积的气速以对单流型塔板有：uaKA-2Af4.662.01-2x0.181动能因子FQ=Aa=28280.957=2.77查【化工原理】下册图8-19得4=0.50（一般可
17、近似取尸=0.50.6）C.气体通过筛板的压降（单板压降）必和bpp=P1.ghf=7759.810.105=798Pa=0.798kPa0.8kPa满足工艺要求5塔板负荷性能图在操作范围内任取几个1.S值，依式（八）算出对应的弘值列于表5-5由41%4关系数据0.0009550.0050.0150.020.02353YSk砌S)5.685.344.794.574.42(b)在操作范围内任取几个1.S值，依式(b)算出对应的人值列于表4.12整理得4mm=412+26.961.Sl(d)在操作范围内任取几个1.S值，依式(d)算出对应的人值列于表4.7中&关系数据1.Sl面IS)0.00095
18、50.0050.0150.020.02353VSkms)2.0932.2142.3402.4732.51取平堰堰上液层高度w=0.006m,f1.01o=0.00284E=0.002841.01=0.006I4JI1.12)4.=9.55x10、/5(e)依式(e)在图中作出液相负荷下限线一雾沫夹带线T-液泛线漏液线-气相负荷下限线图3-4气相负荷上限线一操作线精储段负荷性能图4.3.2提储段平均压力取每层塔板压降为0.8KPa加料板压降：Pf=101.3+0.810=1093KPa塔底压降：&=+0.8x18=123.7KBZ平均压降Pm2=(Pw+Pf)/2=116.5KPa平均温度由插值
19、法得塔底度为964C,加料板温度为742C平均相对分子质量塔底：=0.M25%,=0.02加料板：=0.75xf=0.434提偏段气相相平均分子量：Mvm2=(13.9+18.3)/2=16.1Kg/Kmol提偏段液相平均分子量：M1.ml=(18.6+28.53)/2=23.6Kg/Kmol质量分数塔底甲醇的质量分数：wwa=x22-=O.O3A%me进料板甲醇的质量分数：=-a-=0.487平均密度塔底：查得96.4CB寸甲醇和水的密度分别为700Kg/川和962KgIm3加料板：查得温度为68.2。时甲醇和水的密度分别为730Kg/疝和975Kg/-提偏段液相平均密度P1.mz=(952
20、+840)/2=896提偏段气相平均密度AM2=与坐*=257Kg/加ml液相平均外表张力塔底液相平均外表张力的计算。由八，二96.4。，查得甲醇和水的液体外表张力分别为进料板液相平均外表张力的计算。由7=68.2。，查得甲醇和水的液体外表张力分别为提微段平均外表张力为：液体的平均粘度塔顶：查得96.4.C时甲醇和水的粘度分别为A=0205mP4s,4二2838s故塔底液体的平均粘度即y=%+为(1-X22)=282Rzs加料板：查得温度为74.2时甲醇和水的粘度分别为=03HmPas,=0.375mPas故加料板的平均粘度4f=MaxfAe(1-)=345mPa5提储段的平均粘度4足=产=0
21、.3137zPss提储段气相体积流量提阳段液相体积流量1塔径确实定取板间距=O5a,板上液层高度=006m,那么别离空间为=0.50.06=0.44机由nwt=CJ况二也吃，式中C由，=。，0(2产求取，其中VPyM220C20由【化工原理】下册图8-13史密斯关联图查取。图横坐标为查史密斯关联图图得Go=099C=MZ.而产W=O.896-2.57CCC，=2.08m/s2.57平安系数为0.7,那么空塔气速为：为了塔整体的外观效果，取精储段和提储段塔径均为O=1.4加。塔截面积为：此时操作气速2溢流装置采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盘，且不设进口内堰。堰长42取Iw2=
22、0.75O=O.75X1.4=1.05加溢流堰高度hw2由hw2=h1.2-how2,堰上液层高度haw2由下式计算,即：hw2咨E(b)%100()Iw25hcw/2.840.00561x3600%nnc近似取E=1.那么矶2=1X()73=0.015ml01.05故儿，2=2-%?=006-0.015=0.045m3塔板布置塔板的分块。因。=1400mm,故塔板采用分块式。查塔板块数表得塔板分为4块。边缘区宽度确定：取W,2=0.75加，Wc2=0.06/n开孔区面积计算。开孔区面积A。2计算为：其中尤=3(乜2+叫2)=07一(0245+0.075)=O.38n故Afl2=20.38X0
23、.642-0.382+蒜0.642XsinT(悬)=0.9Wm2筛孔个数n及其排列。其筛孔直径4)=4wn，初阀孔动能因子6=11,故筛孔的空速w,1=/益=Jl-=6.86/$K7257拟定塔板采用碳钢旦按等边三角形叉形排布，塔板厚度S=3三,按孔心距，=20/机进15a行布孔，实得筛孔个数=2619一0.022根据在塔板上布置得到的筛孔数重新计算塔板的各参数。筛孔气速一4%/UM)=T=125m/su/Z加2240动能因子为2=125x为=204.塔板上的流体力学验算(1)塔板压降校核a气体通过干板的压降hc273/临界孔速0c2=()/s25=6.08115M022=12.5/71/5P
24、vtm2阀孔气速“022大于其临界孔阀气速HOel故应在浮阀全开状态计算干板阻力。b气体通过板上清液的压降儿2C克服外表张力所造成阻力?d气体通过浮阀的压降/力和八，2p2=p1.ni2ghf2=664Pi/800尸（满足设计要求）降液管液液泛校核为防止降液管发生液泛，应使降液管中的清液层高度”心（/2+叫，2）”d2（”+配2）成立，故不会产生降液管液泛。5塔板负荷性能图1液相负荷下限线取平直堰上液头儿“，2=0025取E=I那么Vi2min=3.65m,2=0.00088m3/s该线为液相负荷下线在操作范围内，任取几个乙值，依据上式算出对应的外值于表4.3.表35提储段液泛线上的数据Vli
25、lms0.002650.0080.0090.0010.0150.020.030.035VvihnIs4.24.104.0.3.983.853.753.653.45图3-6提储段精储塔的设计计算结果汇总一览表项目符号单位精微段提馈段平均压强PmkPa105.3116.5平均温度tmeC69.485.35平均流量气相Km3s3.891.33液相4m3s0.0046670.00561理论塔板数块57实际塔板数Nl)块1115板间距HTm0.580.5塔径Dm1.51.6空塔气速Um/s0.0222.32堰长1.m1121.05堰高hm0.05420.0587溢流堰宽度Wdm0.240.24底隙高度%
26、m0.0360.021板上清液层高度%m0.01580.07开孔面积42mx0.1960.196筛孔气速m/s24.79623.78塔板压降Wtm0.7980.724降液管内清液层高度Hdm0.1770.155参考文献1陆美娟，张浩勤.化工原理（下册）.第2版.北京：化学工业出版社,2009.2付家新，王为国，肖稳发.化工原理课程设计.第1版.北京：化学工业出版社,2010.3张浩勤,陆美娟主编.化工原理,第二版上册.北京：化学工业出版社，2006.4设计心得通过本次设计，让自己进一步对精谯塔的认识加深，体会到课程设计是我们所学专业课程知识的综合应用的实践训练，也深深感受到做一件事，要做好是那
27、么的不容易在本次设计中，我结合书本与网上的一些知识来完成了自己的课程设计。其中的评述塔板结构与选型本上的模板。在此次设计中虽然自己做了近两周时间我深深体会到计算时的繁锁。首先是对塔的操作压强认识缺乏，在同学的帮助下自己很快的解决了问题。其次是再计算时有许多是根据老师定数据来算的，这些对于我们这些只学了一些简单的理论知识的学生来说简直是难上加难，以至于自己再算到这些时，算了一次又一次，才满足了工艺要求。再次，虽然，自己经过很长时间来完成自己的设计内容的计算，一遍又遍，但还是觉得不算苦，必定有一句“千里之行，始于足下”。再完成设计内容后那就是打到电脑上，然而自己对电脑的根底却是不知无从下手。最后，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏,自己综合应用所学的专业知识能力是如此的缺乏，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会灵活综合应用，在今后一定要不断加强。并庆幸自己能有此次的工程设计训练，虽然是有点苦，但让我学习到了很多知识，也进一步的强化了自己所学的专业知识。相信此次课程设计训练对自己的今后工作都会有一定的帮助。最后，也感谢老师给我们的帮助，给予我们这次锻炼的珍贵时机。
