甲醇水分离填料精馏.docx

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1、甲醇一水分离填料精饵课程设计课程名称：化工原理课程设计设计题目：甲醇-水分离过程填料精储塔设计院系：化学工程学院学生姓名：张雪哈学号：0121020390229专业班级：化工1002班指导教师：卫彬2013年01月12日甲醇-水分离过程填料精储塔设计目录前言31 设计方案的确定32 精储塔的物料衡算42.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率42.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量52.3 物料衡算53 塔板数的确定53.1 解析法求理论板层数.63.2 全塔效率E73.3 实际塔板数的求取94 精馈塔的工艺条件及物性数据的计算94.1 工艺条件94.2 平均摩尔质4.3 94.4 平均密

2、度计4.5 104.6 液体平均表面张力计算114.7 液体平均粘度计算125 精储塔的塔体工艺尺寸计算125.1 塔径的计算125.2 填料层高度计算146 填料层压降计算147附属设备及主要附件的选型计算146.1 ,塔顶出料口管径的计算146.2 ,回流管径的计算156.3 ,进料口的管径的计算156.4 塔釜出料口的管径的计算156.5 筒体厚度156.6 封头176.7 冷凝器176.8 加热器178 小结179 全章主要符号说明19前言填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀淋洒于填料层上，继而沿填料表面缓慢下流。气体自塔下部进入，穿过栅板沿着填料间隙上升。这样,气液两

3、相沿着塔高在填料表面与填料自由空间连续逆流接触，进行传质和传热。甲醇-水属于难分离物系，选用填料精储塔的分离效率较高，容易满足生产要求。1设计方案的确定本设计任务为。分离甲醇-水混合物，对于二元混合物的分离，一般采用连续精储流程。精储是分离液体混合物最常用的一种操作，它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。精情对塔设备的要求大致：一：生产能力大：即单位塔截面可通过较大的汽、液相流率，不会产生液泛等不正常流动。二：效率高：汽、液两相在塔内流动时能保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或较大的传质速率。

4、三：流动阻力小：流体通过塔设备的阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作时易于达到要求的真空度。四：有一定的操作弹性：当汽、液相流率有一定的波动时，两相均能维持正常的流动，且不会使效率产生较大的变化。五：结构简单，造价低，安装检修方便。六：能满足物性每些工艺特性，如腐蚀性、热敏性、气泡性等特殊要求。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。甲醇常压下的沸点为64.7C,故可采用常压操作。用30C的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故选用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。甲

5、醇-水物系分离难易程度适中，气液负荷适中。设计中选用金属散装阶梯环Dn38填料。因废甲醇溶液中含有少量的药物固体微粒，应选用金属散装填料，以便定期拆卸和清洗。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少一半，并在一端增加了一个锥型翻边。由于高经比减少，使的气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥型翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环型填料中最为优良的一种。同类填料，尺寸越小

6、，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低，根据计算故选用以38规格的。温度/液相中甲醇气相中甲醇温度/液相中甲醇气相中甲醇的摩尔分数的摩尔分数的摩尔分数的摩尔分数IOO0075.30.40.72996.40.020.13473.10.50.77993.50.040.23471.20.60.82591.20.060.30469.30.70.8789.30.080.36567.60.80.91587.70.10.418660.90.95884.40.150.517650.950.97981.70.2

7、0.57964.511780.30.6652精储塔的物料衡算2.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率甲醇的摩尔质量：M=32kgkn1水的摩尔质量：=18kgkmo1XF=(0.46/32).46/32+0.54/18=0.324X。=(0.997/32).99732+0.003/18=0.995XW=(0.005/32)0,005/32+0.995/18=0.00282.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF=0.324*32+(1-0.324)*18=22.54kg/kmo1MD=0.995*32+(1-0.995)*18=31.93kg/kmo1MW=0.0028*32+(1-0.

8、0028)*18=18.04kg/kmo12.3 物料衡算废甲醇溶媒的处理量为3.2万吨/年，每年工作日为300天，每夭24小时连续运行。原料处理：F=32000000/(300*24*22.54)=197.18kn1/h总物料衡算：197.18=Z)+W甲醇物料衡算：197.18*0.324=0.995。+0.0028W解得：Z)=63.83kmo1hW=133.35kmo1h3塔板数的确定3.1.1求最小回流比及操作回流比泡点进料，q值为1采用作图法求最小回流比:在xy图中对角线上，自点(0.324,0.324)作垂线即为进料线.该线与平衡线的交点坐标：yq=0682xq=0.324故最小

9、回流比；Hmin=(X1yq)/&-Xq)=(995-0.682)(.682-0.324)=0.87R=(112.)Rnn故取操作回流比：R=1.53.1.2求精储塔的气液相负荷1=H*。=1.5*63.83=95.75左加。hV=(R+1)*D=2.5*63.83=159.58kmo1/h1=1+F=292.93kmo1hV=V=159.58kmo1h气相组成：Yi=0995液相组成：X1=0.992精溜段的操作线方程为Y=06x+0.398提溜段的操作线方程为y=1.84x-0.00233.1.3采用解析法求理论板数y1=Xd=0.995X1=10.992;y2=0.993X2=0.965

10、；y3=0.977X3=0.945；y4：=0.965X4=0.907;y5=0.942X5=0.854;y6=0.910X6:=0.770;y7=0.860X7=0.620;丫8=0.766X8:=0.450;y9=0.668X9=0.308XF=0.324;所以，第9块板为进料板。提憎段:Xi=0.308y2=0.564X2=0.156;y3=0.270X3=0.045;y4=0.081X4=0.009;y5=0.013X5=0.0024Xw=0.0028;由以上数据可知总理论板层数：Nr=I3,进料层：Ne=93. 2全塔效率E塔顶温度：t=64.5C塔釜温度：t=99.6c进料温度：t

11、=77.0c精馆段的平均温度为tm=(64.5+77.0)/2=70.75C提留段的平均温度为tm=(99.6+77.0)/2=88.3塔平均温度：t=82.0oC该温度下进料液相平均粘度：查手册可得：Ai=0.27702=0.35654=0.324*0.277+(1-0.324)*0.3565=0.3307iE=0.17-0.6161g=0.47水的重要物理性质温度t/(eC)密度P/(kgm3)黏度U/(mPa.s)张力。/(mNm)比热容Cp/(Kjkg.k)20998.21.00572.604.18360983.20.468866.204.17870977.80.406164.304.

12、18780971.80.356562.604.19590965.30.316560.704.208100958.40.283858.804.220甲醇的重要物理性质温度t/(eC)密度P/(kgm3)黏度口/(mPa.s)张力。/(mNm)比热容Cp/(Kjkg.k)20804.80.580022.0760761.10.344017.3370749.40.307016.1880737.40.277015.049072490.250013.91100712.00.228012.803.3实际塔板数的求取精福段实际板层数：N=N/E=8/0.47=17块。提留段实际板层数：N=N1E=5/0.47

13、=10.64PI1块。4精储塔的工艺条件及物性数据的计算4.1工艺条件塔顶压力：P=IO1.3Kpa.操作温度：塔顶温度：t=645C塔釜温度:t=99.6C进料温度：t=77.OiC4. 2平均摩尔质量塔顶平均摩尔质量：MvDM=0.995*32+(1-0.995)*18=31.93kgkmo1M1dm=0.992*32(1-0.992)*18=31.89kg/kmo1进料板层平均摩尔质量：查XT图得：4=0668Xf=0.308Mvf=0.668*32+(1-0.668)*18=27.35kg/kmo1M1F=0.308*32+(1-0.308)*18=22.3Ikg/kmo1塔底平均摩尔

14、质量：Yw=0.013X=0.0024Mvxv=0.013*32+(1-0.013)*18=18.18kgkmo1M1w=0.0024*32+(1-0.0024)*18=18.03kg/kmo1精馆段平均摩尔质量：Mvj=(31.93+27.35)/2=29.64kg/kmo1M1j=(31.8922.31)/2=27.10kg/kmo1提储段平均摩尔质量：MZr=(27.35+18.18)/2=22.77kg/kmo1M1t=(22.31+18.03)/2=20.17kg/kmo14. 3平均密度计算(1) .气相平均密度:精储段的蒸汽密度：Pv,m=PMMYJ1RTM=IO13*29.64/8.314*(70.75+273.15)=1.05Zg/M提留段的蒸汽密度：PVm=MVTEM