——化工原理課程設計說明書課題：甲醇和水的分離學院：材料與化學工程學院班級：姓名：學號：指導老師：目錄第一章流程確定和說明 21.1.加料方式 21.2.進料狀況 21.3.塔型的選擇 21.4.塔頂的冷凝方式 21.5.回流方式 31.6.加熱方式 3第二章板式精餾塔的工藝計算 32.1物料衡算 32.3塔板數的確定及實際塔板數的求取 52.3.1理論板數的計算 52.3.2求塔的氣液相負荷 52.3.3溫度組成圖與液體平均粘度的計算 62.3.4實際板數 72.3.5試差法求塔頂、塔底、進料板溫度 7第三章精餾塔的工藝條件及物性參數的計算 93.1平均分子量的確定 93.2平均密度的確定 103.3.液體平均比表面積張力的計算 12第四章精餾塔的工藝尺寸計算 134.1氣液相體積流率 134.1.1精餾段氣液相體積流率： 134.1.2提餾段的氣液相體積流率： 14第五章塔板主要工藝尺寸的計算 155.1溢流裝置的計算 155.1.1堰長 155.1.2溢流堰高度： 155.1.3弓形降液管寬度 165.1.4降液管底隙高度 165.1.5塔板位置及浮閥數目與排列 17第六章板式塔得結構與附屬設備 266.1附件的計算 266.1.1接管 266.1.2冷凝器 306.1.3再沸器 31第七章參考書錄 31第八章設計心得體會 31第一章流程確定和說明1.1.加料方式加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通過控制液位高度，可以得到穩定的流速和流量，通過重力加料，可以節省一筆動力費用，但由于多了高位槽，建設費用相應增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩定，流速不太穩定，流速不太穩定，從而影響了傳質效率，但結構簡單，安裝方便。本設計采用泵加料。1.2.進料狀況實際生產中，進料狀況一般有接近泡點的冷液進料和泡點進料。對于冷夜進料，當組成一定時，流量一定，對分離有利，省加熱費用，但其受環境影響較大；而泡點進料時進料溫度不受季節、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點進料時，基于恒摩爾流假定，精餾段和提留段的塔徑基本相等，無論是設計計算還是設計加工制造這樣的精餾塔都比較容易，故在本設計中選用泡點進料。1.3.塔型的選擇塔有浮閥塔和篩板塔。浮閥塔生產能力大，操作彈性大，在較寬的氣速范圍內，板效率變化較小，其操作彈性范圍較篩板塔大。由于氣液接觸狀態良好，以及氣體水平吹出，霧沫夾帶量少，因此板效率高。塔板結構簡單，容易安裝。篩板塔生產能力大，塔板壓降低。本設計根據閥孔氣速的值依據手冊選擇浮閥塔。1.4.塔頂的冷凝方式塔頂冷凝采用分凝器，以水為冷卻介質進行冷凝。1.5.回流方式回流方式可分為重力回流和強制回流。對于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂，其優點是回流冷凝器無需支承結構，其確定是回流冷凝器回流控制難。如果需要較高的塔處理量或塔板數較多時，回流冷凝器不適合于塔頂安裝，且塔頂冷凝器不宜安裝、檢修和清理。在此情況下，可采用強制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次設計為大塔，故采用強制回流。1.6.加熱方式加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱，直接蒸汽加熱時蒸汽直接由塔底進入塔內加熱。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對回流液由稀釋作用，使理論塔板數增加。間接蒸汽加熱時通過加熱器使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論板數，缺點是增加加熱裝置。本設計采用直接蒸汽加熱。第二章板式精餾塔的工藝計算物系：甲醇—水；D=600t/d；要求：質量分數：2.1物料衡算通過全塔物料衡算:基礎物性參數：原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率：原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾分率：全塔總物料衡算總物料：易揮發組分：2.2操作線方程飽和液體進料q=1；q線斜率為∞此時，在平衡線上并與精餾、提餾段操作線相交：最小回流比此時R=0.605*1.5=0.9075；精餾段操作線提餾段操作線過精餾段操作線與q線交點（0.667，0.8234）和（0.0056，0.0056）則操作線方程為2.3塔板數的確定及實際塔板數的求取2.3.1理論板數的計算由圖解法求理論板層數，從圖中可以讀出總理論板層數為精餾段；提餾段；第5層為加料板。2.3.2求塔的氣液相負荷2.3.3溫度組成圖與液體平均粘度的計算溫度組成（t-x-y）圖組份的液相粘度T60708090100甲醇0.01090.01120.01150.01180.0122水0.46880.40610.35650.31650.2838=1\*GB2⑴精餾段=2\*GB2⑵提餾段2.3.4實際板數2.3.5試差法求塔頂、塔底、進料板溫度塔頂的操作壓力：每層操作壓力進料板的壓力塔底的壓力精餾段的平均壓力提餾段的平均壓力甲醇和水的安托因常數：ABCT/K甲醇塔頂7.205871582.271239.726288-357塔釜7.3132571669.678250.3901357-513水7.074061657.46227.02284-441公式：t—℃由內插法計算得=1\*GB2⑴精餾段塔頂壓力塔頂溫度（2）進料板進料板壓力進料板溫度（3）提餾段提餾段壓力提餾段溫度精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：第三章精餾塔的工藝條件及物性參數的計算3.1平均分子量的確定

精餾段的平均摩爾質量：提餾段的平均摩爾質量：3.2平均密度的確定組份的液相密度溫度/℃60708090100110水983.2977.8971.8965.3958.4951純組分在任何溫度下的密度由下式：甲醇：式中：t-溫度，℃=1\*GB2⑴精餾段氣相平均密度液相平均密度：液相密度進料板：進料板，由加料板液相組成=2\*GB2⑵提餾段氣相平均密度液相平均密度：3.3.液體平均比表面積張力的計算組份的液相表面張力溫度60708090100110甲醇1917.516.315.114.513.7水66.264.362.660.758.856.9=1\*GB2⑴精餾段：=2\*GB2⑵提餾段第四章精餾塔的工藝尺寸計算4.1氣液相體積流率4.1.1精餾段氣液相體積流率：初選取安全系數為0.8（一般0.75~0.85）則空塔氣速為按標準塔徑圓整后：D=3.0m塔的截面積實際的空塔氣速4.1.2提餾段的氣液相體積流率：取安全系數為則空塔氣速為

按標準塔徑圓整后：塔的截面積實際的空塔氣速3.2精餾塔的有效高度：精餾段的有效高度：在進料板上方開一個孔高度為0.7m提餾段的有效高度：故精餾塔的有效高度為第五章塔板主要工藝尺寸的計算5.1溢流裝置的計算D=3m,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤及平直形溢流堰，不設進口堰。5.1.1堰長取5.1.2溢流堰高度：出口堰高選用平直堰，堰上液層高度.02取板上清液層高度故故故5.1.3弓形降液管寬度由m液體在降液管中停留時間為：故降液管設計合理5.1.4降液管底隙高度5.1.5塔板位置及浮閥數目與排列取閥孔動能因子每層塔板上的浮閥數， 取邊緣區寬度計算塔板上浮閥排列方式采用等腰三角形叉排.取同一橫排的孔心距,排間距為考慮到塔采用分塊式板塔，而各分塊板的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區面積，因此排間距不宜采用81.2mm,而應小于此值故取按以等腰三角形交叉排方式作圖，排得閥數按N=862重新核算孔速及閥孔動能因數：閥孔動能因數變化不大，塔板開孔率=2.流體力學檢驗氣相通過浮閥塔板的壓強降=1\*GB3①干板阻力=2\*GB3②板上充氣液層阻力:這里=3\*GB3③液體表面張力所造成的阻力：與氣體流經一層浮閥塔的壓降所相當的液柱高度為單板壓降=2\*GB2⑵淹塔為了防止淹塔現象的發生，要求控制降液管中請液層高度，=1\*GB3①與氣體通過塔板的壓強降所相當的液柱高度：前已算出=2\*GB3②液體通過降液管的壓頭損失：因不設進口堰，=3\*GB3③板上液層高度：前已選定板上液層高度取，又選定=3\*GB2⑶霧沫夾帶=1\*GB3①=2\*GB3②板上液體流徑長度板上液流面積甲醇和水為正常系統，取物性系數，查的泛點負荷系數,由=2\*GB3②得由=1\*GB3①=2\*GB3②計算出的泛點率都在以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足。3.塔板負荷性能圖整理的可知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內取兩個值，得出相應的列于下表0.020.0040.0763115.398915.24839.8=2\*GB2⑵液泛線由上式確定液泛線。忽略式中的因物系一定，塔板結構尺寸一定，則即式中閥孔數N與孔徑亦為定值，因此可將上式簡化成與的如下關系式：在操作范圍內取若干個值，依式算出相應的下表中0.010.030.0050.0070.007525.4325.0224.6024.1524.02=3\*GB2⑶液相負荷上限線液體的最大流量應保證在降液管中停留時間不低于.液體在降液管內停留時間為以作為液體在降液管中停留時間的下限，則求出上限液體流量豎直線=3\*GB2⑶=4\*GB2⑷漏液線對于F1型重閥，依。又知以作為規定氣體最小負荷的標準，則做出與液體流量無關的水平漏液線=4\*GB2⑷.=5\*GB2⑸液相負荷下限線取堰上液層高度作為液相負荷下限條件，依的計算式計算出的下限值，依此做出液相負荷下限線，該線為與氣相流量無關的豎直線=5\*GB2⑸取，則1霧沫夾帶線2液泛線3液相負荷上限線4漏液線5液相負荷下限線由塔板的負荷性能圖可以看出：=1\*GB3①任務規定的氣液負荷下的操作點P(設計點)，處在適宜操作區內的適中位置。=2\*GB3②塔板的氣相負荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。=3\*GB3③按照固定的液氣比，由圖可以查出塔板的氣相負荷上限氣相負荷下限，項目數值及說明備注塔徑3板間距0.6塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速1.582堰長2.1堰高0.04151板上液層高度0.06降液管底隙高度0.01434浮閥數862等腰三角形叉排閥孔氣速10.867閥孔動能因數11.6637臨界閥孔氣速9.72孔心距0.075排間距0.08橫排的孔心距單板壓降△P/Pa622.9488液體在降液管內停留時間50.68降液管內清液層高0.1208泛點率60.46氣相負荷上限14.765霧沫夾帶控制氣相負荷下限4.797漏液控制操作彈性3.08第六章板式塔得結構與附屬設備6.1附件的計算6.1.1接管=1\*GB2⑴進料管進料管的結構類型很多，有直管進料、彎管進料、T形進料。本設計采用彎管進料。，則體積流量取管內流速則管徑取進料管規格則管內徑進料管實際流速=2\*GB2⑵回流管采用直管回流管，回流管的回流量L=，塔頂液相平均摩爾質量,平均密度則體積流量取管內流速則管徑取回流管規格則管內徑回流管實際流速=3\*GB2⑶塔頂蒸汽接管則整齊體積流量取管內蒸汽流速管徑取回流管規格則管內徑回流管實際流速=4\*GB2⑷釜液排出管塔底，平均密度平均摩爾質量則體積流量取管內流速則管徑取回流管規格則管內徑回流管實際流速=5\*GB2⑸塔頂產品出口管塔頂，平均密度平均摩爾質量則體積流量取管內流速則管徑取回流管規格則管內徑回流管實際流速6.1.2冷凝器塔頂溫度由查液體比汽化熱共線圖又氣體流量塔頂被冷凝量冷凝的熱量6.1.3再沸器塔底溫度由查液體比汽化熱共線圖又氣體流量塔底被汽化量汽化的熱量第七章參考書錄一夏清，化工原理上冊·天津：天津大學出版社，2011二夏清，化工原理下冊·天津：天津大學出版社，2011三馮新，化工熱力學·北京：化學工業出版社，2011四潘國昌，化工設備設計·北京：清華大學出版社，1996五李國庭，化工設計概論.北京：化學工業出版社，2015六董大勤，化工設備機械基礎.北京：化學工業出版社，2013第八章設計心得體會化如果基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓