甲醇—水连续填料精馏塔.doc

化工原理课程设计说明书

设计题目：甲醇—水连续填料精馏塔
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2005年6月13日

目录

一、设计任务书
二、设计的方案介绍
三、工艺流程图及其简单说明
四、精馏塔的工艺条件计算
五、精馏塔全塔物性数据计算
六、精馏塔塔体工艺尺寸计算
七、附属设备及主要附件的选型计算
八、参考文献

一、设计任务书
甲醇散堆填料精馏塔设计：
1、处理量：12000吨/年
2、原料液状态：常温常压
3、进料浓度：17.4%（甲醇的质量分数）
塔顶出料浓度：98%（甲醇的质量分数）
塔釜出料浓度：0.04%（甲醇的质量分数）
4、年生产时间以7200小时计算
5、厂址位于厦门地区
6、填料类型：DN25金属环矩鞍散堆填料
二、设计的方案介绍
1、操作压力的确定
在精馏操作中，压力的影响非常大。当压力增大的时候，混合液的相对挥发度减小，这样有可能会使得汽相和液相的组成越来越接近，分离越来越难；而当压力减小的时候，混合液的相对挥发度增大，α值偏离1的程度越大，分离越容易。但是要保持精馏塔在低压下操作，这对设备的要求相当高，会使总的设备费用大幅度增加。在实际设计中，要充分考虑这两个方面的影响，我们一般采用的是常压精馏。如果在常压下无法完成操作，可以在一定条件下进行小幅度的减压或者增压来改变混合液的相对挥发度，实现精馏分离。对于甲醇—水二元混合物系统在常压的情况下，相对挥发度的差异很大，容易分离。因此在考虑多方面因素之后，本设计采用的常压精馏，即塔顶的操作压力控制在101.325kpa下。
由于本设计精馏塔不是很高，故可近似忽略每层塔板的压降。在实际计算当中，将全塔近似看做是在恒压下操作。
2、进料的热状况
精馏操作中的进料方式一般有冷液加料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽加料五种。本设计采用的是泡点进料。这样不仅对塔的操作稳定较为方便，不受厦门四季变化的温度影响，而且在恒摩尔流假设下，精馏段与提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，因此塔径基本相等，在制造上比较方便。
3、精馏塔加热与冷却介质的确定
在实际加热中，由于饱和水蒸气冷凝的时候传热的膜系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确控制加热温度。因此，本设计是以140℃总压是361.47kpa的饱和水蒸汽作为加热介质。水蒸气容易获取，环保清洁不产生环境污染，并且不容易使管道腐蚀，成本降低。
冷却介质一般有水和空气。在选择冷却介质的过程中，要充分考虑当地的气候状况。厦门市地处亚热带，属海洋性气候。年平均气温为21℃，二月最冷,平均气温12℃；八月份最热，平均气温28℃。因此，考虑选用25℃的冷却水，升温15℃，冷却器出口温度40℃。
4、回流比的确定
塔顶回流是保证精馏塔连续稳态操作的必要条件之一，并且回流比是影响精馏分离设备投资费用和操作费用的重要因素，也影响混合液的分离效果。适宜的回流比是操作费用和设备费用之和为最低时候的回流比。通常适宜回流比的数值范围为：
由于厂址选择是在厦门，甲醇和水也容易分离。因此选用。
三、工艺流程图及其简单说明
1、工艺流程图（见附图一）
2、工艺流程简介
由贮槽流出的原料液经高压泵进入预热器预热到一定温度之后进入精馏塔，塔顶冷凝器将上升蒸汽冷凝成液体，其中一部分作为塔顶产品取出，另一部分重新引回塔顶作为回流液。最终甲醇产品再进入一个冷却器进行冷却后进入甲醇贮槽。塔釜设有再沸器。加热的液体产生蒸汽再次回到塔底，沿塔上升，同样在每层塔板上进行汽液两相的热质交换。塔釜的另一部分液体经过冷却器后排入下水道。
加热蒸汽分为两路，分别进入预热器和再沸器作为加热介质。降温后的液体水或者是部分水蒸汽随管道排进下水道。同样，冷却水分为三路，分别进入冷凝器、甲醇产品的冷却器和塔釜的冷却器，充分换热均匀之后，全部排入下水道。
3、精馏塔的冷凝方式和加热方式
由于之前选择的冷却介质是水，甲醇和水不反应，容易冷凝，并且塔顶出来的汽相温度不高，因此本设计选用全凝器。
加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。本设计选用的是间接蒸汽加热。间接蒸汽加热是通过再沸器使釜液部分汽化，维持原来的浓度，重新再进入塔底。使上升蒸汽与回流下来的冷液再进行热质交换。这样减少了理论板数，从而降低了成本。
四、精馏塔的工艺条件计算
1、汽液平衡数据和汽液平衡相图
在101.3kpa的总压下，甲醇和水的混合物系的x-y图是建立在汽液平衡数据下，表示的是不同温度下互成平衡的汽液两相组成y与x的关系。对于理想物系来看，汽相组成y恒大于液相组成x，因此相平衡线位于y=x对角线上方。平衡线偏离对角线越远，表示该溶液越容易分离。
如果已知甲醇和水的混合物系的汽液平衡关系，即汽液平衡数据，则离开理论板的互成平衡、温度相等的汽液两相组成yn与xn之间的