【化工原理課程設(shè)計(jì)】甲醇和水篩板精餾塔分離

設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)加熱器至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離系，最小回流比，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。精餾塔的物料衡算1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量M甲醇3204KG/KMOL水的摩爾質(zhì)量M水1802KG/KMOLXFXD04327361809732409718XW5042189322、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF02733204（10273）18022185KG/KMOLMD099473204109947）18023196KG/KMOLMW000281832041000281818021806KG/KMOL3、物料衡算原料處理量FKMOL/H20157348總物料衡算FDW11557DW甲醇物料衡算FXFDXDWXW115570273D09947W0002818聯(lián)立解得D3148KMOL/HW8409KMOL/H塔板數(shù)的確定1、理論板數(shù)的求取由Y及甲醇水在不同溫度下的汽液平衡組成1X溫度液相氣相A溫度液相氣相A929005310283470581602083062736490300767040018038020231906485611889009260435375578028180677553586601257048316577802909068015188501315054557937670333306918449832016740558662976203513073475118230181805775615738046207756402727052920797134968077010896225771305937081833086690874109194164700684908492259AM483191932A得到相平衡方程Y483X因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以Q1且XQXF0273且Q點(diǎn)過相平衡線則YQ06450645138QXRMIN094取操作回流比DQXYMIN218R2、求精餾塔的氣液相負(fù)MOL/HVR1D28831489066KMOL/HRLLF59181155717475KMOL/HV9066KMOL/HV3、求操作線方程精餾段操作線方程06528XN034541NYR1DX提餾段操作線方程1927XN26141031WNNLV5、逐板計(jì)算法求理論板數(shù)因?yàn)樗敒槿?0947DYX通過相平衡方程求X11483再通過精餾段操作線方程Y206528X10345409818，如此反復(fù)得Y1099947X109749Y209818X209179Y309446X307793Y408541X405482Y507032X503291Y605603X6020872、實(shí)際板層數(shù)的求取精餾段實(shí)際板層數(shù)N精839506提餾段實(shí)際板層數(shù)N提10（不包括再沸器）精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1、操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力PD101341053KPA每層塔板壓力降P07KPA進(jìn)料板壓力PF10530791116KPA塔底壓力PWPF07101186KPA精餾段平均壓力PMKPA10536108452提餾段平均壓力PMKPA2、操作溫度計(jì)算（內(nèi)插法得）根據(jù)甲醇水的氣液平衡組成表，再通過內(nèi)插法得塔頂溫度TD6479進(jìn)料板溫度TF783塔釜溫度TW996精餾段平均溫度TM6479831542DF提餾段平均溫度TM9WT3、平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由XDY109947通過相平衡方程求得X109749MVDMY1M甲（1Y1）M水09947320410994718023197KG/KMOLMLOMX1M甲（1X1）M水09749320410974918023169KG/KMOL進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算通過逐板計(jì)算得進(jìn)料板YF05603，再通過相平衡方程得XF02087MVFMYFM甲（1YF）M水056033204（105603）18022587KG/KMOLMLFMXFM甲（1XF）M水020873204（1020871802）2095KG/KMOL塔釜平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算由XW0002818查平衡曲線得YW001346MVWMYWM甲（1YW）M水0013463204（1001346）18021821KG/KMOLMLWMXWX甲（1XW）M水00028183204（10002818）18021806KG/KMOL精餾段平均摩爾質(zhì)量MVMVDF31972589/2KGMOLMLMLM603提餾段平均摩爾質(zhì)量MVMVDF587124/2GOLMLMLWM09650KM4、平均密度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算即精餾段VMKG/MMVP1084529104373RT提餾段VMVM8275M液相平均密度計(jì)算液相平均密度按下式計(jì)算即I1AML塔頂液相平均密度的計(jì)算由TD6479查手冊(cè)得甲747168KG/M水980613KG/MLPMKG/M11740973468甲水DW進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算由TF783查手冊(cè)得甲73553KG/M水97282KG/M進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率FX028734031921M918FAA甲甲水LFMKG/M118903926075甲水A提餾段液相平均密度計(jì)算由TW996查手冊(cè)得甲71636KG/M水958176KG/MLWMKG/M1195706057638甲水W精餾段液相平均密度為L(zhǎng)MKG/M481422LDMF提餾段液相平均密度LMKG/M9570698LFW5、液體平均表面張力的計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算即LMXII塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由TD6479查手冊(cè)得甲1831MN/M水6529MN/MLOMXD甲（1XD）水0994718310005365291856MN/M進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由TF783查手冊(cè)得甲170647MN/M水62889MN/MLFMXF甲（1XF）水0208717064707913628895332MN/M塔釜液相平均表面張力的計(jì)算由TW996查手冊(cè)得甲1493MN/M水589MN/MLWMXW甲1XW水00028181493（102087）628895332MN/M精餾段液相平均表面張力為L(zhǎng)MMN/M1856325942LFM提餾段液相平均表面張力為L(zhǎng)MMN/M760W6、液體平均粘度計(jì)算液相平均粘度以下式計(jì)算，即LMXIILGL塔頂液相平均粘度計(jì)算由TD6479查手冊(cè)得甲03289MPAS水04479MPASLDMXD甲（1XD）水09947G（03289）（109947）（04479）LGLLLG04825LDM03292MPAS進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算由TF783查手冊(cè)得甲028193MPAS水037084MPASLFMXF甲（1XF）水0208702819310208703708404557LGLLGLLGLFM035MPAS由TW996查手冊(cè)得甲0226MPAS水0289MPASLWMXW甲1XW水0002818LG022610002818028905394LGLLGLGLWM02888MPAS精餾段液相平均黏度為L(zhǎng)MMPAS032950397LDMF提餾段液相平均黏度為L(zhǎng)MMPAS814LW精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1、塔徑的計(jì)算精餾段的氣液相體積流率為VSM/S906280657314VMVLSM/S531LMLM提餾段的氣液相體積流率為VSM/S90624065837VMLS103119LM精餾段UMAX式中C由C20求取，C20可通過查圖（P129頁(yè)）篩板塔的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)LVC圖的橫坐標(biāo)功能參數(shù)0531840217679SLV取板間距HT035M（通過篩板塔的的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖）（書P129圖1042）得到C200068CC20（）0200680200764620D最大空塔氣速UMAX81409076285/LVCMS取安全系數(shù)為08，則空塔氣速U08UMAX0820851668M/SD406513318SVMU按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后D08M（據(jù)書P129表101）塔截面積為ATM40524D實(shí)際空塔氣速U0657132/4STVMSA安全系數(shù)在允許范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求MAX13258U實(shí)提餾段同理查閱得C20005161SLV093651948027查表得HT035MC20007CC20020070200860220LUMAXC008602284M/SV9148027同上取安全系數(shù)08U08UMAX082842272M/SD06076M4SU06583127圓整取D08M同上AT05024實(shí)際空塔氣速U13054SV（符合安全系數(shù)范圍，設(shè)計(jì)合理）MAX136284UU2、精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為Z精（N精1）HT（91）03528M提餾段有效高度為Z提（N提1）HT（101）035315M在加料板上設(shè)一人孔，其高度為07M故精餾塔的有效高度為ZZ精Z提072831507665M塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1、溢流裝置計(jì)算因塔徑D08，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤堰長(zhǎng)LW取LW06D048M溢流堰高度HW由HWHLHOW選用平直堰，堰上液層高度HOW284/310HWLEL取E103HOWMM28456037510HOWMM9/148取板上清液高度為HL60MMHW607,35005265MHW601131004869M弓形降液管寬度WD和截面積AF由查圖（P127頁(yè)弓形降液管的寬度與面積圖）得06LD052FTA1DWD所以AF0052AT005205024002612WD01D0108008M所以依式計(jì)算液體在降液管中的停留時(shí)間精餾段35S（故設(shè)計(jì)合理）3600261357210FTHAHSL提餾段35S故設(shè)計(jì)合理3849F降液管低隙高度H。H。U。008M/S360WL。精餾H。0531806M48提餾H。297故降液管設(shè)計(jì)合理，選用凹形受液盤HW5265MMHW4869MM2、塔板布置塔板的分塊因D800MM,故塔板采用分塊式，塔板查表可知分為3塊邊緣區(qū)寬度確定取WSWS004MWC003M開孔區(qū)面積計(jì)算A2（）180RXXSINXWDWS2D4282MRWC37故A2（028）03703103280SIN87篩孔計(jì)算及其排列選用3MM碳鋼板，取篩孔直徑D。45MM篩孔按正三角形排列，取孔中心距T為T31D。3,1451395MM篩孔數(shù)目N為N1503721989AT個(gè)開孔率0907（）20907（）2944DT。氣體通過閥孔的氣速精餾段U。06571904/943SVMSA提餾段U。8/七塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算1、塔板壓降干板阻力HC計(jì)算（由查資料附表圖314干篩孔的流量系數(shù)有4513D。C。082）HC液柱904051036982VLUMC。HC液柱12758VL。氣體通過液層的阻力HL及HLUA067139/524STFMSAF。UA14619/V139KG查資料附表圖315充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，由F。14619得059HCHL（HWHOW）059（005265000735）00354M液柱UA0652713/4STFVMSAF。UA/V138KG查資料附表圖315充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，由F01258得062HCHL（HWHOW）062486913072M液柱液體表面張力的阻力H及H計(jì)算H4359410308LMGD液柱。H65151L液柱。氣體通過每層塔板的液柱高度HP及HP計(jì)算HP0394039762MCL液柱HP0243705169MCLH液柱氣體通過每層塔板的壓降PP及PP計(jì)算PP（設(shè)計(jì)允許值）76981MINU。，穩(wěn)定系數(shù)KMIN94205,3。LMIN0561H05613051948U4C48205/8427VMS。，。實(shí)際孔速U。1873MIN。，穩(wěn)定系數(shù)KIN8415,0。5、液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高HD及HD應(yīng)服從下式HD（HTHW）取05；HD（HTHW）（HTHW）05（035003882）019441M液柱（HTHW）05（035004869）0199M液柱而HDHPHLHD；HDHPHLHD板上不設(shè)進(jìn)口堰HD0153U081。液柱HDHD0001M液柱HDHPHLHD0076290060001013729M液柱換熱器的設(shè)計(jì)1、冷凝器的選擇有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為5001500KCAL/H本設(shè)計(jì)取K600W/出料溫度646（飽和氣）（飽和液）646冷卻水溫度3040逆流操作T1346T2246TM346897LNL2T傳熱面積A在此溫度下，查化工原理附錄得甲1200KJ/KG，水2378MQKTKJ/KGQDX1VSV甲水（）109406657099471220（109947）237807303122689535KJ/SA8953105627M設(shè)備型號(hào)公稱直徑公稱壓力管程數(shù)管子根數(shù)中心排管數(shù)管程流通面積換熱管長(zhǎng)度計(jì)算換熱面積2525600MM16MPA223216003643000MM5282、再沸器的選擇選用120飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取K600W/料液溫度996100熱流體溫度120120逆流操作T120T2204TM12LNT04L2同上VVS08427065860555KG/SXW甲（1XW）水查表知此溫度下甲1100KJ/KG水2400KJ/KG00028181100（10002818）24002396KJ/KG2396055513298KJ/SA1329801726MQMKT設(shè)備型號(hào)公稱直徑公稱壓力管程數(shù)管子根數(shù)中心排管數(shù)管程流通面積換熱管長(zhǎng)度計(jì)算換熱面積2525700MM400MPA432221002534500MM1112（十）餾塔接管尺寸計(jì)算1、接管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下D取16M/S4SFVU25進(jìn)料，此溫度下甲7869KG/M3水99695KG/M3（查化工原理（上）附錄）LP1194/02870695FKGMX甲水VS157043/36094LPFMSD43216FSVU查標(biāo)準(zhǔn)系列取323回流管采用直管回流管取UR16M/SDR4405316SRLMU查表取894塔釜出料管取UW16M/SDW44102902936SVLM查表取383塔頂蒸氣出料筒直管出氣，取出口氣速U20M/SD4065720631SU查表取2738塔釜進(jìn)氣管采用直管取氣速U23M/SD4406581932SVMU查表取2738法蘭本設(shè)計(jì)常壓操作，采用進(jìn)料管接管法蘭2、筒體與封頭筒體壁厚選6MM，所用材質(zhì)為A3封頭本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN800MM,曲面高度200MM，直邊高度25MM，內(nèi)表面積0757，容積008M，選取風(fēng)同樣DN8006。（選自常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)附表1（A）橢圓封頭尺寸與質(zhì)量（JB/T472994）除沫器當(dāng)空塔氣速較大帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器，絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比面積大、質(zhì)量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選取，系數(shù)04891758061/VELMRKGHM液氣0107，K81409U072/MS除沫器直徑65733SVD吊柱塔徑D800MM，可選用吊柱