武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书
目 录
摘 要 .................................................................... 1 Abstract ................................................. 错误！未定义书签。 第一章 绪论 .............................................................. 1
1.1 化工原理课程设计的目的和要求 ...................................... 1 1.2 精馏操作对塔设备的要求 ............................................ 1 1.3板式塔类型 ........................................................ 2 1.4精馏塔的工作原理和工艺流程 ........................................ 2 1.5精馏塔的设计步骤 .................................................. 3 本设计按以下几个阶段进行： ............................................ 3 第二章 总体设计方案的确定 ................................................. 3
2.1操作条件的确定 .................................................... 4 2.2确定设计方案的原则 ................................................ 4 3.2塔板数的确定 ...................................................... 7 3.3精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算 ................................ 9 3.4精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 ....................................... 13 3.5塔板主要工艺尺寸的计算 ........................................... 16 第四章 塔板的流体力学的验算 .............................................. 19
4.1 塔板压降 ......................................................... 19 4.2 液面落差 ......................................................... 20 4.3 液沫夹带 ......................................................... 20 4.4 漏液 ............................................................. 21 4.5 液泛 ............................................................. 21 4.6塔板负荷性能图 ................................................... 22 第五章 塔附件设计 ........................................................ 29
5.1换热器设计 ....................................................... 29 5.2馏塔接管尺寸的计算 ............................................... 31 5.3 塔的总体高度设计 ................................................. 34
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总 结 .................................................................... 35 致 谢 .................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................. 错误！未定义书签。 附 录 .................................................... 错误！未定义书签。
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摘 要
精馏是化工生产、石油化工炼油生产过程中进行液体混合分离的一个重要操作，在提高生产过程的经济效益和产品质量中起着举足轻重的作用。
本设计的任务是分离甲醇-水溶液的混合物，提纯甲醇达到一定的纯度。采用的分离设备是筛板式精馏塔。设计根据给定任务书首先对精馏装置的流程、操作条件、主要设备选型进行讨论，然后通过计算确定精馏塔的实际塔板数是19块，塔高为12080mm，塔径800mm，最后计算塔板的主要工艺尺寸，进行流体学验证，看结果是否符合设计要求，绘制精馏过程的工艺流程图和筛板精馏塔的装配图。 关键词：精馏塔；筛板式；甲醇
第一章 绪论
1.1 化工原理课程设计的目的和要求
课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养独立工作能力的重要作用。
1.2 精馏操作对塔设备的要求
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：
(１) 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。
(２) 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。 (３) 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。
(４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。
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(５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 (６) 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，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。
1.3板式塔类型
在化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作中，气液传质设备必不可少。塔设备就是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一。??
塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔，在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔与浮阀塔。??筛板塔在十九世纪初已应用与工业装置上，但由于对筛板的流体力学研究很少，被认为操作不易掌握，没有被广泛采用。五十年代来，由于工业生产实践，对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践，形成了较完善的设计方法。
筛板塔和泡罩塔相比较具有下列特点：生产能力大于10.5%，板效率提高产量15%左右；而压降可降低30%左右；另外筛板塔结构简单，消耗金属少，塔板的造价可减少40%左右；安装容易，也便于清理检修。然而筛板塔也存在着一些缺点： （1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀； （2）操作弹性较小(约2～3)； （3） 小孔筛板容易堵塞。
本次设计就是针对水甲醇体系，而进行的常压二元筛板精馏塔的设计及其辅助设备的选型。
1.4精馏塔的工作原理和工艺流程
??精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔
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中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。??
精馏原理 (Principle of Rectify) 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，α）的特性，实现分离目的的单元操作。
1.5精馏塔的设计步骤
本设计按以下几个阶段进行：
（1） 设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、 主要设备型式及其材质的选取等进行论述。
（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。
（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸等，并画出塔的操作性能图
（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。 (5) 抄写说明书。
(6) 绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。
第二章 总体设计方案的确定
确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。本设计任务为分离甲醇-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，将原料液通过预加热器至泡点后送入精馏塔内。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内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
下面结合课程设计的需要，对某些问题作些阐述。
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