甲醇水精馏塔设计报告.docx
- 文档编号:1456775
- 上传时间:2022-10-22
- 格式:DOCX
- 页数:37
- 大小:637.55KB
甲醇水精馏塔设计报告.docx
《甲醇水精馏塔设计报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《甲醇水精馏塔设计报告.docx(37页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
甲醇水精馏塔设计报告
《化工原理课程设计》报告
一、概述
塔设备是最常采用的精馏装置,无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用,在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。
1.1设计依据
本设计依据于教科书的设计实例,对所提出的题目进行分析并做出论计算
1.2技术来源
目前,精馏塔的设计方法以严格计算为主,也有一些简化的模型,但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的,我们此次所做的计算也采用严格计算法。
1.3设计任务及要求
原料:
甲醇—水溶液,10t/h
甲醇含量:
41%+0.003X(质量分数),
设计要求:
塔顶甲醇的含量98%(质量分数)
塔底甲醇的含量2%(质量分数)
(注释:
X为学号的后两位)
设计条件如下:
操作压力4KPa(塔顶表压)
进料热状况自选
回流比自选
单板压降≤0.7KPa
全塔效率ET=52%
二、计算过程
2.1设计方案
本课程设计的任务是分离甲醇—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,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔。
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,其余部分经产品冷却后送至储罐。
塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
2.2塔型选择
根据生产任务,若按年工作日360天,每天开动设备24小时计算,产品流量为10t/h,由于产品粘度较小,流量较大,为减少造价,降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响,提高生产效率,选用筛板塔。
筛板塔结构简单,金属消耗量小,制造及安装方便,塔板具有良好的流体力学与传质性能。
2.3工艺流程简介
连续精馏装置主要包括精馏塔,蒸馏釜(或再沸器),冷凝器,冷却器,原料预热器及贮槽等.
原料液经原料预热器加热至规定温度后,由塔中部加入塔.蒸馏釜(或再沸器)的溶液受热后部分汽化,产生的蒸汽自塔底经过各层塔上升,与板上回流液接触进行传质,从而使上升蒸汽中易挥发组分的含量逐渐提高,至塔顶引出后进入冷凝器中冷凝成液体,冷凝的液体一部分作为塔顶产品,另一部分由塔顶引入塔作为回流液,蒸馏釜中排出的液体为塔底的产品.
。
2.4操作条件的确定
2.41操作压力
其中塔顶压力:
P(进)=101.3+4=105.3kPa
进料口的压力:
P(进)=105.3+0.7*N(精)
塔底压力:
P(釜)=105.3+0.7*Ne
2.4.2进料状态
虽然进料方式有多种,但是泡点进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响,塔的操作比较容易控制;此外,泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同,无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易,为此,本次设计中采取泡点进料。
2.4.3热能利用
精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。
因此热效率较低,通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用,这是在正常情况下。
塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量,若在冷凝器和再沸器之间加一个热泵,把塔顶中的产品加压,加到与再沸器一样的压强,这就可以,利用甲醇的冷凝热用在再沸器中。
另外,还可以将热量加料处。
2.5有关的工艺
(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准,需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。
甲醇的摩尔质量M甲醇=32.04Kg/Kmol
水的摩尔质量M水=18.02Kg/Kmol
原料液的摩尔组成:
(2)原料液的平均摩尔质量
原料液的平均摩尔质量:
2.5.2物料衡算
原料处理量F=10000/22.42=446.2484Kmol/h
总物料衡算F=D+W=446.2484Kmol/h
甲醇的物料衡算446.2484*0.3140=0.9478D+0.0113W
联立解得
由此可查得原料液,塔顶和塔底混合物的沸点。
2.6塔板数的确定
2.6.1理论板层数NT的求取
甲醇—水属非理想体系,但可采用逐板计算求理论板数。
查得甲醇—水体系的相对挥发度α=4.454(详见附录一
(1))
求最小回流比
采用泡点进料
则有气液平衡方程求得
故最小回流比为
可取操作回流比R=1.1Rmin=0.853315742(详见附录一
(2))
塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算
L=RDV=(R+1)DL’=L+FV’=V
求操作线方程
精馏段操作线方程为:
提馏段操作线方程为:
汽液平衡方程
⑤逐板计算法求理论塔板数
总理论板层数
(括再沸器)
进料板位置
2.6.2实际板层数的求取
精馏段实际板层数N精=6/0.52=11.54≈12
提馏段实际层数N提=8/0.52=15.38≈16
2.7精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算
2.7.1操作压力的计算
塔顶操作压力
每层板的压降△P=0.7kpa
进料板压力
塔底压力
精馏段平均压力Pm=(105.3+113.37)/2=109.338kpa
提馏段平均压力Pw=(113.37+124.2)/2=118.788kpa
2.7.2操作温度的计算(详见附录一
(1))
由插法求得塔顶温度td=66.3788℃
进料处温度tf=77.8466℃
塔釜温度tw=99.2611℃
精馏段平均温度tm=(66.3788+77.8466)/2=72.1266℃
提馏段平均温度tm=(77.8466+99.2611)/2=88.5538℃
2.7.3平均摩尔质量的计算
塔顶平均摩尔质量计算
由XD=Y1=0.9478由平衡曲线得:
X1=0.8031
Mvdm=0.9478*32.04+(1-0.94780)*18.02=31.3081kg/kmol
Mldm=0.8031*32.04+(1-0.8031)*18.02=29.2794kg/kmol
进料板平均摩尔质量的计算
由逐板计算得:
yf=0.6623xf=0.3057
Mvfm=0.6623*32.04+(1-0.6623)*18.02=27.3054kg/kmol
Mldm=0.3057*32.04+(1-0.3057)*18.02=22.3059kg/kmol
塔底平均摩尔质量的计算
由逐板计算得:
yw=0.0446xw=0.0108
Mvwm=0.0446*32.04+(1-0.0446)*18.02=18.6762kg/kmol
Mlwm=0.0108*32.04+(1-0.0108)*18.02=18.1720kg/kmol
精馏段平均摩尔质量:
Mvm=(31.308+27.305)/2=29.3067kg/kmol
Mlm=(31.308+22.3056)/2=26.807kg/kmol
提馏段平均摩尔质量:
Mvm=(27.305+18.2727)/2=22.7888kg/kmol
Mlm=(18.078+22.3057)/2=20.1916kg/kmol
2.7.4平均密度的计算
气相平均密度的计算
有理想气体状态方程计算,即
精馏段Pvm===1.1163kg/
提馏段Pvm====0.90019kg/
液相平均密度方程计算
液相平均密度依下式计算,即
1/ρlm=∑αi/ρi
塔顶液相平均密度的计算:
由Td=66.3788℃,查手册得
ρA=745.8970kg/ρB=980.1396kg/
α==0.9699
ρldm==
=755.3519kg/
进料液相平均密度的计算
由Tf=77.8466℃,查手册得
ρA=735.9381kg/ρB=972.7341kg/
αA==0.4391
ρlm===852.318kg/
塔底液相平均密度的计算
由Tw=99.2611℃,查手册得
ρA=716.6650kg/ρB=959.7469kg/
αA==0.0072756
ρlwm==
=957.3843kg/
精馏段的平均密度
ρlm=(755.3159+852.3184)/2=803.8172kg/
提馏段的平均密度
ρlm=(852.3184+957.3843)/2=904.8513kg/
2.7.5液相平均表面力的计算
液相平均表面力依下式计算
σlm=Σxiσi
塔顶平均液相表面力的计算
由Td=66.3788℃,查手册得
σΑ=15.02591mN/mσΒ=64.9880mN/m
σldm=0.9478σΑ+0.0522σΒ
=0.9478*15.0259+0.0522*64.9880=17.6329mN/m
进料平均液相表面力的计算
由Tf=77.8466℃,查手册得
σΑ=14.1507mN/mσΒ=62.9661mN/m
σlfm=0.3057σΑ+0.6943σΒ
=0.3057*14.1507+0.6943*62.966=48.0441mN/m
塔底平均液相表面力的计算
由Td=99.2611℃,查手册得
σΑ=12.3591mN/mσΒ=58.9404mN/m
σlwm=0.0041σΑ+0.9959σΒ
=0.0041*12.3591+0.9959*58.9404=58.7492mN/m
精馏段平均液相表面力
σlm=(17.6329+48.0441)/2=32.8385mN/m
提馏段平均液相表面力
σlm=(48.0441+58.7492)/2=53.3966mN/m
2.7.6液体平均粘度的计算
液相平均粘度依下式计算,即
Lgμlm=Σxilgμi
塔顶液相平均粘度的计算
由Td=66.3788℃,查手册得
μΑ=0.3199mPa·sμΒ=42.8805mPa·s
lgμldm=0.9478μΑ+0.0522μΒ
=0.9478*㏒100.3199+0.0522*㏒1042.8805
μldm=0.4130mPa·s
进料液相平均粘度的计算
由Tf=77.8466℃,查手册得
μΑ=0.2828mPa·sμΒ=36.7181mPa·s
lgμlfm=0.3057μΑ+0.6943μΒ
=0.3057*㏒100.2828+0.6943*㏒1036.7181
μlfm=8.2960mPa·s
塔底液相平均粘度的计算
由Td=99.2611℃,查手册得
μΑ=0.2294mPa·sμΒ=28.6216mPa·s
lgμlwm=0.0041μΑ+0.9959μΒ
=0.0041*㏒100.2320+0.9959*㏒100.2902
μlwm=28.0601mPa·s
精馏段液相平均粘度
μlm=(0.4130+8.2960)/2=4.3545mPa·s
提馏段液相平均粘度
μlm=(8.2960+28.0601)/2=18.1781mPa·s
2.8精馏塔的塔底工艺尺寸计算
2.8.1塔径的计算
精馏段气液相体积流率为
Vs===1.9497/s
Ls===0.0011/s
取板间距Ht=0.40m,板上液层高度hl=0.06m,则
Ht-hl=0.40-0.06=0.34m
C20=0.0675(为便于计算,C20=exp[(-4.531+1.6562H+5.5496H2-6.4695H3)+(-0.474675+0.079H-1.39H2+1.3213H3)㏑Lv+(-0.0729
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 甲醇 精馏塔 设计 报告