李建 化工原理课程设计 参考 - 图文(2)

甲醇-水二元筛板精馏塔设计

绪论

一. 化工原理课程设计的目的与要求

1. 提高学生综合运用所学知识进行化工工艺设计的能力。 2. 提高学生分析问题和独立工作的能力。

3. 培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的工作作风。 4. 提高学生工程绘图的能力。

二. 化工原理课程设计的基本内容

1. 设计方案的确定:所选定的工艺流程设备形式等的理论依据。

2. 主要设备的化工工艺及结构计算:物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、设备的主要结

构尺寸的确定等。

3. 附属设备的设计或选型：主要附属设备的主要工艺尺寸的计算和设备型号规格的选定 4. 工艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与附属设备的物料流向、物流量和主

要测量点等，用2号图纸绘制。

5. 主要设备装配图：图面应包括设备的工艺尺寸主要零部件的结构尺寸、技术特性表和接

管表等，用1号图纸按工程制图要求绘制。

6. 设计说明书：包括目录、设计任务书、流程图、设计方案的说明与论证、设计计算与说

明、对设计中有关问题的分析讨论、设计结果汇总（主要设备尺寸各物料量和状态能耗主要操作参数以及附属设备的规格型号等）和参考文献目录。

三．化工原理课程设计的基本程序

1.准备工作：认真阅读设计任务书，明确所要完成的设计任务。结合设计任务进行生产实际的调研，收集现场资料，或查阅技术资料，以便了解与设计任务有关的典型装置的工艺流程主体设备结构附属设备及测量控制仪表的装配情况等，为后面的设计工作做好准备。 2.确定设计方案，绘制工艺流程图。 3.进行工艺设计计算。

4进行设备的结构结构设计，绘制主体设备的总装配图。 5.进行附属设备的设计计算和选型。 6.编写设计说明书。

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第一节 概述

1.1精馏操作对设备的要求

精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：

⑴ 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。

⑵ 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。

⑶ 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。

⑷ 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 ⑸ 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 ⑹ 塔内的滞留量要小。

实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。

1.2 体系介绍

常压下甲醇与水的二元溶液就属正偏差溶液。由于对于一定的x值，其两组分的蒸汽压均比理想溶液计算的值偏高，必然泡点比理想溶液的低，在t-x-y图中其泡点线除两端点外均下移，使泡点线与露点线之间的间距增大，亦即使a增大。

甲醇－水体系汽液平衡数据 (101.325kPa)：参考课程设计数据

t/℃ 100.0 96.4 93.5 91.2 89.3 87.7

x 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 2

y 0.00 0.134 0.23 0.304 0.365 0.418 a 7.58 7.17 6.84 6.61 6．46 李健 化工070325 甲醇-水二元筛板精馏塔设计

84.4 81.7 78 75.3 73.1 71.2 69.3 67.5 66 65 64.5

备注：

0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 1.0 0.517 0.579 0.665 0.729 0.779 0.825 0.87 0.915 0.958 0.979 1.0 6.07 5.50 4.63 4.04 3.52 3.14 2.86 2.69 2.53 2.45 ??X2Y1，算得常压下不同温度时甲醇对水的相对挥发度。 X1Y2

常压下甲醇-水物系的t-x-y图与y-x图如下图所示：

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1.3板式塔类型

气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。

1.3.1泡罩塔

泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要原件为升气管及泡罩。泡罩安装在升气管的顶部，

分圆形和条形两种，国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩尺寸分为?80mm、?100mm、

?150mm三种，可根据塔径的大小选择。通常塔径小于1000mm，选用?80mm的泡罩；塔

径大于2000mm，选用?150mm的泡罩。

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泡罩筛板的主要优点是操作弹性较大，液汽范围大，不易堵塞，适于处理各种物料，操作稳定可靠。其缺点是结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。近年来，泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代。在设计中除特殊需要（如分离黏度大、易结焦等物系）外一般不宜选用。

1.3.2 筛板塔

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（孔径为3到8mm）和大孔径筛板（孔径为10到25mm）两类。工业应用中以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离黏度大、易结焦的物系）。

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，生产能力大；气体分散均匀，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦，黏度大的物料。

应予指出，尽管筛板传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质效率下降，故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补了上述不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大胆选用。

1.3.3浮阀塔

浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平的进入塔板上液层，浮阀可根据气流流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀的类型很多，国内常用的有F1型、V-4型及T型等，其中以F1型浮阀应用最为普遍。

浮阀塔板的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高黏度的物料时，阀片易于塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。 应予指出以上介绍的仅是几种较为典型的浮阀形式。由于浮阀具有生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发远较其他形式的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向。近年来研究开发出的新型浮阀有船型浮阀、管型浮阀、梯形浮阀、双层浮阀、V-V浮阀、混合浮阀等，其共同的特点是加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动更趋于合理，操作弹性和塔板效率得到进一步的提高。但应指出，在工业应用中，目前还多采用F1型浮阀，其原因是F1型浮阀已有系列化标准，各种设计数据完善，便于设计和对比。而采用新型浮阀，设计数据不够完善，给设计带来一定的困难，但随着新型浮阀性能测定数据的不断发表及工业应用的增加，其设计数据会不断完善，在较完善的性能数据下，设计中可选用新型浮阀。

1.4 设计要求

设计条件：

体系：甲醇-水体系

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