分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计_化工原理课程设计(编辑修改稿)

分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计_化工原理课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

将余热带走。 甲醇 — 水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。 在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。 操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。 塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送 入贮槽。 塔釜采用再沸器加热。 塔底产品经冷却后送入贮槽。 6 工艺流程图 图 工艺流程图 7 第三章 塔的工艺设计 工艺计算 料液及塔顶，塔底产品含甲醇摩尔分数 F：原料液流量 s/kmol XF:原料组成（摩尔分数，下同） D: 塔顶产品流量 XD:塔顶组成 W: 塔底残液流量 s/ XW:塔底组成 mol/ OH 2 KKg Kmol/ OHCH 3  %70料液料液质量浓度： W %Fx %D %Wx     h/kmo / 9. 82 91. 29 27DRL//XX XXDF/D/24310101010WFWD34DRVhkmo lhkmo lDFWhkmo lhkmo lhkgD）（）（物料衡算：   h h/ /  ， 8 物系说明 本设计的任务为分离甲醇 水二元混合物，采用连续精馏流程。 查得甲醇 水气液平衡数据如下表 表 甲醇 水气液平衡数据 温度（℃） 甲醇占液相摩尔分数（ %） 甲醇占气相摩尔分数（ %） 100 0 0 85 78 70 68 100 100 由以上平衡数据，结合 ASPEN PLUS 软件，绘出气液平衡 yx图，见图 所示 图 常压下甲醇 水溶液的 xy图 9 由图可知，甲醇 水物系相对挥发度在设计范围内变化较大，其分离设计既不能采用平均相对挥发度的方法，也不适合采用误差较大的图解法 (塔顶组成 接近 1 和塔底组成接近 0，在此附近画图很不准确 )，故本设计选择采用 Aspen Plus进行模拟及优化。 回流比、塔板数及进料板 在 Aspen Plus 中先用 DSTWU 模型对本装置进行简捷计算模拟，物性方法选择 NRTLRK 1流程图的绘制 图 DSTWU模块流程 2 参数布置 10 图 组分输入 图 物性方法选择 11 图 物流 F输入 图 输入模块（ DSTWU）参数 12 图 DSTW简捷计算结果 图 生成回流比随理论板数变化表 13 图 回流比随理论板数变化表 图 回流比与理论塔板数关系曲线 合理的理论板数应该在曲线斜率绝对值较小的区域选择，由图可以选择 26块塔板 14 由选取的塔板数来确定进料位置 图 模块参数输入 图 DSTWU 简捷计算结果 15 精馏过 程主要采用严格精馏模拟设计 1 流程图的绘制 图 RADFRAC 模块流程 2参数设置 图 物流 F输入 16 图 输入模块（ RADFRAC)参数 图 输入模块（ RADFRAC）进料位置 模拟结果 17 图 各塔板组分图 由图可以查看得到在第 23 块塔板甲醇的质量分数与进料甲醇的质量分数接近，所以进料板选择在第 23 块塔板 图 进料板位置输入 18 图 模块结果查 由于模 拟结果产品的质量分数低于要求的质量分数，则通过 Design Specs来规定塔的操作要求 图 规定产品的质量纯度为 % 19 图 规定操纵变量 图 20 各物理性质的计算 1 温度 利用 Aspen 严格模拟精馏过程可知，塔顶温度 tD进料板温度 tf’ 塔釜的温度 tw WDF 精馏段平均温度： ttt oDF1  提馏段平均温度： tt oWF2  2 操作压强 塔顶压强： PD= 取每层塔板压降 :Δ P= kpa 进料板压力 : 塔釜压力 : 精馏段的平均操作压强 : PPP FD1m  提馏段的平均操 作压强 : MpaPP WF  3 相对挥发度 由软件 aspen 模拟求得： WFD塔底处相对挥发度加料处相对挥发度塔顶处相对挥发度 全塔的相对平均挥发度： 精馏段：   提馏段：   4 平均摩尓质量： 塔顶：   111D1LDmV Dm molkg 21 进料板：   11FmolkgMmolkgMyLF mV FmF 塔底：   11Wmo lkgmo lkgLWmVW mW 精馏段平均摩尔质量： 11Lm11V  液相气相 molkgm 提馏段平均摩尔质量：12Lm12Vm 液相气相 5 平均密度的计算： 气相平均密度的计算： 塔顶气相密度  mkgVD 进料位置气相密度3VF  塔底气相密度 3VW  3VWVF2Vm3VFVD1Vmmkg提馏段平均密度精馏段平均密度 液相平均密度的计算： 塔顶液相密度 3LD  进料处液相密度 3LF  塔底液相密度 3LW  22 精馏段平均密度：3LFLD 1L   m 提馏段 平均密度：3LW 2Lm   LF 6 体积流率的计算 精馏段气液相体积流率： 131Vm1VmS1 MVV    精馏段液相体积流率： 13111 0055 3   smMLLmLms  提馏段气液相体积流率： 132Vm2Vm2s MVV   ， 提馏段液相体积流率： 132Lm2Lm2s MLL   ， 全塔效率及实际塔板数 TTP ENN  总板效率 TE的计算 ）（  精馏段  1L1  ，smPa  ）（）（  精馏段实际板数： 23E23N T1T1  23 取 49 块 提馏段 ，smPaL    ）（）（  提馏段实际板数：. 3E23N T2T2  取 8块 总板数 N=57 块 塔和塔板主要工艺尺寸计算 塔径 由 aspen 软件模拟得出塔径过程如图所示 图 输入板式塔结构参数 24 图 图 输入板式塔结构参数 25 图 查看塔板校核结果 由结果可以看到最大液泛因子 小于 ，且最大降液管液位 在 之间 塔板布置和其余结构尺寸的选取 溢流装置的确定 单溢流又称直径流，液体自液盘横向流过塔板至溢流堰，流体流径较大，塔板效率高，塔板结构简单，加工方便。 工业中应用最广的降液管是弓形降液管。 综合考虑各方面因素，本设计体系采用单溢流，弓形降液管。 溢流堰长 W  出口堰高Wh   查流体收缩系数图得： E= 选用平直堰，堰上液层高度owh由下式计算 26 图 3/2WAow )llE(  精馏段： 出口堰高Wh )lLE(1000 3/23/2Ws1ow 1   又  所以mmhh LW ow11  提馏段： 出口堰高Wh 3/23/2Ws2o w2   27 ow 2LW2  弓形降液管的宽度dW与降液管的面积 fA 因为，查得 TfdAD 所以22fd  验算降液管内停留时间： 精馏段： HA s1 Tf  提馏段： T f 停留时间s5，故降液管可使用。 28 降液管底隙高度 降液管底隙高度0h可用下式计算： ,00h ulLws ，0u—— 液体通过降液管底隙的流速， m/s；一般可取 ~。 降液管底隙高度0h应低于出口堰高度wh才能保证降压管底端有良好的液 封 ，一般应低于 6mm，即： w0 。 降液管底隙。