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1、 摘要甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制的，故俗稱木醇，這是最簡單的飽和脂肪組醇類的代表物。無色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。略有酒精氣味。分子式 C-H4-O。近年來，世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，是由于甲醇是多種有機產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。近年來碳一化學工業(yè)的發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。甲醇化工已成為化學工業(yè)中一個重要的領(lǐng)域。目前，我國的甲醇市場隨著國際市場的原
2、油價格在變化,總體的趨勢是走高。隨著原油價格的進一步提升，作為有機化工基礎原料甲醇的價格還會穩(wěn)步提高。國內(nèi)又有一批甲醇項目在籌建。這樣，選擇最好的工藝利設備，同時選用最合適的操作方法是至關(guān)重要的。本計為分離甲醇水混合物。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分加回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐，設計對其生產(chǎn)過程和主要設備進行了物料衡算、塔設備計算、熱量衡算、換熱器設計等工藝計算。 關(guān)鍵字：精餾 泡點進料 物料衡算 目錄
3、1精餾塔的物料衡算.21.1原料液及塔頂和塔底的摩爾分率21.2原料液及塔頂和塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量21.3物料衡算3 2塔板數(shù)確定.2.1理論板層數(shù)的求取32.1.1求最小回流比及操作回流比32.1.2求精餾塔的氣、液相負荷32.1.3求操作線方程42.2實際板層數(shù)的求取4 3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計算3.1操作壓力53.2操作溫度53.3平均摩爾質(zhì)量計算53.4平均密度計算63.5液體平均表面張力的計算83.6液體平均粘度84精餾塔的塔體工藝尺寸計算94.1塔徑的計算8 4.1.1精餾段塔徑計算. 4.1.2 提餾段踏進計算.4.2精餾塔有效高度的計算125 塔板主要工藝尺寸的計
4、算13 精餾段5.1溢流裝置計算135.1.1堰長135.1.2溢流堰高度.15.1.3弓形降液管寬度和截面積135.1.4降液管底隙高度14 提餾段5.2溢流裝置計算145.2.1堰長.145.2.2溢流堰高度.145.2.3弓形降液管寬度和截面積15 5.2.4 降液管底間隙高度.5.3塔板布置16 精餾段5.3.1塔板的分塊165.3.2邊緣區(qū)寬度確定165.3.3開孔區(qū)面積計算165.3.4篩孔計算及排列16 提餾段5.3.5塔板的分塊175.3.6邊緣區(qū)寬度確定175.3.7開孔區(qū)面積計算175.3.8篩孔計算及排列.176塔板的流體力學驗算18 精餾段6.1塔板壓降186.1.1干
5、板阻力計算186.1.2氣體通過液層的阻力計算186.1.3液體表面張力的阻力計算186.2液面落差196.3液沫夾帶196.4漏液196.5液泛20 提餾段6.6塔板壓降206.6.1干板阻力計算206.6.2氣體通過液層的阻力計算216.6.3液體表面張力的阻力計算216.7液面落差216.8液沫夾帶.216.9漏液.22 6.10液泛.22 7塔板負荷性能圖23 精餾段7.1漏液線237.2液沫夾帶線247.3液相負荷下限線257.4液相負荷上限線257.5液泛線25 提餾段7.6漏液線277.7液沫夾帶線287.8液相負荷下限線297.9液相負荷上限線29 7.10液泛線.8篩板塔設計
6、計算結(jié)果319 輔助設備及選型.33 9.1原料儲罐 .33 9.2 產(chǎn)品儲罐.33 9.3 塔頂全凝器. 9.4 塔底再沸器.34 9.5 精餾塔.35 9.6 接管尺寸計算.36 9.6.1 塔頂蒸氣出口管的直徑.36 9.6.2 回流管的直徑.36 9.6.3 進料管的直徑.36 9.6.4 塔底出料管的直徑.37 9.7 泵的計算.3710. 參考文獻.3811 評述.39致謝.41 緒論甲醇生產(chǎn)現(xiàn)狀 甲醇性質(zhì) 目國內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線，以煤為原料的約占到78%；單位產(chǎn)能投資高，約為國外大型甲醇裝置投資的2倍，導致財務費用和折舊費用高。這些都影響成本。據(jù)了解，我國有
7、近200家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中10萬噸/年以上的裝置卻只占20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是60萬噸/年，其余80%都是10萬噸/年以下的裝置。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計，目前我國甲醇生產(chǎn)成本大約在1400元1800元/噸（約200美元/噸）。一旦出現(xiàn)市場供過于求的局面，國內(nèi)甲醇價格有可能要下跌到約2000元/噸，甚至更低。這對產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國內(nèi)大部分甲醇生產(chǎn)企業(yè)來講會壓力劇增不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。相對煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可
8、靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國際市場天然氣價格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供應協(xié)議將價格影響因素降至最低不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。相對煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國際市場天然氣價格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供應協(xié)議將價格影響因素降至最低。 而我國大部分甲醇生產(chǎn)以煤為原料，氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的先天缺陷制約著甲醇生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展。同
9、時近年來煤炭價格的大幅度上漲對本來還具有一定成本優(yōu)勢的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運輸費用較高。種種因素進一步削弱了煤基甲醇的價格競爭力 盡管我國已成為最主要的甲醇生產(chǎn)國，但目前國內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)還屬內(nèi)向型企業(yè)，產(chǎn)品幾乎全部面向國內(nèi)市場，建設項目的市場分析和決策幾乎也全部依賴于國內(nèi)市場，出口量微乎其微，根本無暇顧及到國際市場上的需求和變化，因此甲醇有著很大發(fā)展空間，甲醇性質(zhì)甲醇（Methanol，Methylalcohol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇?；瘜W分子式為CH3OH，結(jié)構(gòu)式如下： H|H-C-OH|H分子結(jié)構(gòu)：C原子以sp3雜化軌道成鍵
10、，0原子以sp3雜化軌道成鍵。分子為極性分子。最早從木材干餾得到故又稱木醇或木精。甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。熔點-93.9、沸點64.7、密度0.7914克/厘米3（20）、能溶于水和許多有機溶劑。甲醇有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會導致死亡。禁酒的國家，把甲醇摻入酒精中成變性酒精，使其不能飲用。甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時放出熱量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。工業(yè)上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇：甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛（HCHO）：工業(yè)酒精里含有甲醇，
11、但是工業(yè)酒精的主要成分還是乙醇。甲醇有較強的毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過4克就會出現(xiàn)中毒反應，誤服一小杯超過10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為30毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出,會發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，中國有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為5mg/m3，在有甲醇氣的現(xiàn)場工作須
12、戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于200mgL甲醇的中毒機理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對人體產(chǎn)生傷害。常見的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺，數(shù)小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴重者會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會累積在眼睛部位，破壞視覺神經(jīng)細胞。腦神經(jīng)也會受到破壞，產(chǎn)生永久性損害。甲酸進入血液后，會使組織酸性越來越強，損害腎臟導致腎衰竭。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉?。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性
13、酒（酒精度通常在60度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來中和。 甲醇用途目前，甲醇在有機合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎有機原料。隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應用于精細化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可
14、以單獨或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠遠超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟的各個部門。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量十分巨大。我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進的發(fā)展。從我國能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來。（注：下標A表示CH3OH ， 下標B
15、表示H2O)1 精餾塔的物料衡算1.1 原料液及塔頂和塔底的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量 =32.04kg/kmol水的摩爾質(zhì)量 =18.02kg/kmol1.2 原料液及塔頂和塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量=0.28932.04+(1-0.289) 18.02=22.07kg/kmol=0.88632.04+(1-0.886) 18.02=30.16kg/kmol=0.00632.04+(1-0.006) 18.02=18.10kg/kmol1.3 物料衡算原料處理量: 根據(jù)回收率： = xdD/(xfF)=99%代入數(shù)據(jù)得： D=82.33kmol/h 由總物料衡算：F= D+W以及: xfF= xd
16、D+Wxw容易得出： W=166.88kmol/h2 塔板數(shù)的確定2.1 理論板層數(shù)的求取因為甲醇與水屬于理想物系，可采用圖解法求解（見相平衡圖 ）2.1.1 求最小回流比及操作回流比泡點進料： 故最小回流比為=取操作回流比為R=2=20.547=1.094.2.1.2 求精餾塔的氣、液相負荷 2.1.3 求操作線方程精餾段操作線方程為=+=+=0.523+0.413 （a）提餾段操作線方程 2.2 實際板層數(shù)的求取由圖解法求得 精餾塔的理論塔板數(shù)為 =8 (包括再沸器) 進料板位置： 由已知條件得，全塔的效率為ET=50%，則可得 精餾段實際板層數(shù) 塊 提餾段實際板層數(shù) 塊3 精餾塔的工藝條
17、件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算3.1 操作壓力 3.2 操作溫度由于甲醇水溶液屬于雙組分理想溶液，因此可通過雙組分理想溶液的汽液相平衡圖查取 塔頂溫度 進料板溫度 塔釜溫度 精餾段平均溫度 提留段平均溫度 3.3平均摩爾質(zhì)量計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算由， 進料板平均摩爾質(zhì)量計算 塔釜平均摩爾質(zhì)量計算 由y1=0.006 x1=0.001 MVWm=0.00632.04+(1-0.006)18.02=18.09kg/kmol MLWm=0.00132.04+(1-0.001)18.02=18.02kg/kmol精餾段平均摩爾質(zhì)量 提餾段平均摩爾質(zhì)量 MVm=(27.37+18.09)/2=22.73kg/
18、kmol MLm=(22.28+18.02)/2=20.15kg/kmol3.4平均密度計算精餾段平均密度的計算3.4.1氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即 3.4.2液相平均密度計算液相平均密度依下式計算，即 塔頂液相平均密度的計算由，查手冊2得 進料板液相平均密度的計算由，查手冊得 進料板液相的質(zhì)量分率 精餾段液相平均密度為 提餾段平均密度的計算3.4.3氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程得3.4.4液相平均密度計算查可得tw=102.8時 A718.6kg/m3 B=957.2kg/m3提餾段平均密度 Lm=(956.6+855.2)/2=905.9kg/m33.5液體平均表面張
19、力的計算液相平均表面張力依下式計算，即 塔頂液相平均表面張力的計算由，查手冊2得 進料板液相平均表面張力計算由，查手冊2得 塔底液相平均表面張力的計算 由tW=102.8查得 A= 14.48N/m B=58.27mN/mLWm=0.00614.48+0.99458.27=58.01mN/m精餾段液相平均表面張力為提餾段液相平均表面張力Lm=(48.44+58.01)/2=53.23mN/m3.6平均粘度計算塔頂物料黏度：用內(nèi)插法求得，查手冊2得 求得 液體平均粘度進料黏度：用內(nèi)插法求得查手冊2得 求得塔釜物料黏度：用內(nèi)插法求得，查手冊得 求得精餾段液相平均黏度：提餾段液相平均黏度：4 精餾塔
20、的塔體工藝尺寸計算 4.1 塔徑計算4.1.1精餾段塔徑的計算精餾段的氣、液相體積流率為史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標為 由 式中的C由式計算，其中由取板間距，板上液層高度，則查史密斯關(guān)聯(lián)圖3得=0.070 u max 取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為u按標準塔徑圓整后為 D=1.0m塔截面積為實際空塔氣速為u實際u實際/ umax=1.720/2.217=0.7760.8(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設計要求)4.1.2提餾段塔徑的計算 提餾段的氣、液相體積流率為 VS= LS=史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標為 由 式中的C由式計算，其中由取板間距，HT=0.40m，板上清液層高度hL=0.06
21、m，則HT-hL=0.34 m由史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知 C20=0.070氣體負荷因子 s取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為 u=0.8umax=0.82.93=2.344m/s按標準塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為At=3.1411=0.785 m2實際空塔氣速為u/umax=1.786./2.93=0.6100.02故降液管底隙高度設計合理。選用凹形受液盤，深度。提留段5.2.溢流裝置計算因塔徑D=1m，所以可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤（同精餾段）。各項計算如下：5.2.1 堰長lw可取lw=0.6/D=0.6m5.2.2 溢流堰高度hw由hw=hLhow可選取平直堰，堰上層液高度h
22、ow由下列公式計算，即有取板上清液層高度hL=0.06 m故 hw=0.06-0.0149=0.0451 m5.2.3 弓形降液管的寬度Wd和截面積Af 故 依式驗算液體在降液管中停留時間，即 驗證結(jié)果為降液管設計符合要求。5.2.4降液管底隙高度ho 取 uo=0.16m 則 故降液管底隙高度設計合理選用凹形受液盤，深度hw=50mm。5.3塔板布置精餾段5.3.1塔板的分塊因，故塔板采用分塊板。查塔板分塊表得，塔板分為3塊。 5.3.2邊緣區(qū)寬度確定取 Ws=0.05 Wc=0.0355.3.3開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式計算其中 故 5.3.4篩孔計算及排列本設計所處理的物系無腐蝕性，可
23、選用碳鋼板，取利孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為個開孔率為 氣體通過閥孔的氣速為提留段5.3.5塔板的分塊因為D 800mm，所以選擇采用分塊式，查表可得，塔板可分為3塊。5.3.6邊緣區(qū)寬度確定取Ws=Ws= 0.05m, Wc=0.035m5.3.7開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式計算其中 故 5.3.8篩孔計算與排列本設計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取利孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為篩孔數(shù)目n為個開孔率為 氣體通過閥孔的氣速為6 算塔板的流體力學驗精餾段6.1 塔板壓降6.1.1 干板阻力計算干板阻力由式計算由，查干篩孔得流量系數(shù)圖3得， 故 液柱6.1
24、.2 氣體通過液層的阻力計算氣體通過液層的阻力由式計算 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得0.54。液柱6.1.3 液體表面張力的阻力計算液體表面張力的阻力可按式計算，即 液柱氣體通過沒層塔板的液柱高度可按下式計算，即 液柱 氣體通過每層塔板的壓降為 （設計允許值）6.2 液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。6.3 液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即 故 故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。6.4 漏液對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算，即 實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設計中無明顯液漏。6.5 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應服從下式的關(guān)系，即 甲醇水物系屬一般
25、物系，取，則 =0.5(0.40+0.048)=0.224而 板上不設進口堰，可由下式計算，即 液柱 液柱 故在本設計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。提留段6.6 塔板壓降6.6.1干板阻力計算干板阻力由式計算由，查干篩孔得流量系數(shù)圖3得， 故 液柱6.6.2氣體通過液層的阻力計算氣體通過液層的阻力由式計算 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得0.56。液柱6.6.3液體表面張力的阻力計算液體表面張力的阻力可按式計算，即 液柱氣體通過沒層塔板的液柱高度可按下式計算，即 液柱 氣體通過每層塔板的壓降為 （設計允許值）6.7液面落差 對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。6.8液沫夾帶液沫夾
26、帶量由下式計算，即 故 故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。6.9漏液對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算，即 實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設計中無明顯液漏。6.10 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應服從下式的關(guān)系，即 甲醇水物系屬一般物系，取，則 =0.5(0.40+0.0451)=0.231而 板上不設進口堰，可由下式計算，即 液柱 液柱 故在本設計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。7 塔板負荷性能圖精餾段7.1漏液線由 =得 4.4 = 整理得在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下， 0.0002 0.0015 0.003 0.005， 0.533 0.568 0.594 0.622
27、由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線7.2液沫夾帶線以 =0.1kg液/kg氣為限，求關(guān)系如下由 =0.0506=故 整理得 =在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下， 0.0002 0.0015 0.003 0.005， 1.920 1.759 1.624 1.476由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線7.3液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.005m作為最小液體負荷標準。由式得取E=1，則 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線7.4液相負荷上限線以 =4s 作為液體在降液管中停留時間的下限，由 得 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線7.5液泛線令 由 聯(lián)立得 忽略，
28、將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 故 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下， 0.0002 0.0015 0.003 0.005， 2.191 2.069 1.943 1.710由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，如圖所示. 在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為液漏控制，由上圖查得 故操作彈性為提留段7.6液線由 =得 4.4 = 整理得在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下， 0.0002 0.0015 0.003 0.005， 0
29、.245 0.347 0.410 0.4707.7液沫夾帶線以 =0.1kg液/kg氣為限，求關(guān)系如下由 =0.0451=故 整理得 =在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下， 0.0002 0.0006 0.003 0.005， 1.951 1.785 1.653 1.5087.8液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.005m作為最小液體負荷標準。由式得取E=1，則 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線7.9液相負荷上限線以 =4s 作為液體在降液管中停留時間的下限，由 得 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線7.10液泛線令 由 聯(lián)立得 忽略，將與，
30、與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 故 0.02V2s=0.152-963.72 Ls2-1.442 Ls 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果如下， 0.0002 0.0015 0.003 0.005， 2.754 2.717 2.636 2.457在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為液漏控制，由上圖查得 故操作彈性為8 篩板塔設計計算結(jié)果所設計篩板塔的主要結(jié)果匯總于下表序號項目精餾段提餾段1平均溫度 tm 71.890.355氣相流量 Vs m3/s1.3501.4067液相流量 Ls m
31、3/s0.0010.0029實際塔板數(shù)1610有效段高度 Z m6.411精餾塔塔徑 m1.012板間距 m0.413溢流形式單溢流14降液管形式弓形15堰長 m0.6016堰高 m0.0506 0.0541 0.045117板上液層高度 m0.060.0619堰上液層高度 m0.00940.014921降液管底隙高度 m0.02380.02123安定區(qū)寬度 m0.0524邊緣區(qū)寬度 m0.03525開孔區(qū)面積 m20.53726篩孔直徑 m0.00527篩孔數(shù)目275628孔中心距 m0.01529開孔率 10.130空塔氣速 m/s1.7201.78632篩孔氣速 m/s24.8925.9
32、234穩(wěn)定系數(shù)2.382.4336精餾段每層塔板壓降 kPa0.6890.67138負荷上限液泛控制39負荷下限漏液控制40液液沫夾帶 ev (0.1kg液/kg氣)0.08980.072742氣相負荷上限 m3/s1.7821.70644氣相負荷下限 m3/s0.6080.38746操作彈性2.9504.4089、輔助設備的計算及選型9.1 原料貯罐 設計原料的儲存利用時間為3天m=249.2122.82kg/h24h3=409462.00kg 則可知：V= m/進料密度=409462.00/923.5kg/m3 =443.38m3設其安全系數(shù)為：0.8 則有：V實際=443.38/0.8=
33、554.23m3原料儲罐的選擇規(guī)格為：公稱體積550/m39.2產(chǎn)品貯罐設計產(chǎn)品的儲存時間為3天m=3387.44kg/h24h3=243895.94kg 產(chǎn)品密度=甲醇密度0.99+水密度0.01=750.00.99+979.40.01=752.29 kg/m3 則可知：V= m/產(chǎn)品密度 =243895.94/752.29=324.20 m3設其安全系數(shù)為：0.8 則有：V實際=324.20/0.8=405.25 m3產(chǎn)品儲罐的選擇規(guī)格為:公稱體積450/m39.3塔頂全凝器甲醇的氣化熱rQc=(R+1)Dr=(1.094+1)(82.3330.16)1101= 5724709.4kj/h
34、冷凝塔頂產(chǎn)品由溫度65.7.0冷卻到溫度40 采用冷凝水由20到40 Tm=(T1T2)/ln(T1/T2)=22.73 選擇K=600w/( m2K) 則有：A= Qc /(KTm)= 32.25m2 取安全系數(shù)為0.8 實際面積A=32.25/0.8=40.31 m2選擇冷凝器的系列：采用加熱管的直徑為：252.5mm公稱直徑600/mm9.4塔底再沸器Qc=Vw r=(172.4018.022259)=7017917.8塔釜產(chǎn)品由溫度102.8加熱到溫度130Tm=130.0-102.8=27.2選擇K=600w/( m2K) 則有：A= Qc /(KTm)=38.94m2取安全系數(shù)為0
35、.8 則有 A實際=38.94/0.8=48.68 m2選擇冷凝器的系列：采用公稱直徑600/mm9.5精餾塔 塔頂空間 塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距，為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應該大于板間距。所以塔頂間距為（1.52.0）HT H=1.80.4=0.72 m 塔底空間 塔底高度選擇儲存液量停留在5分鐘而定 設塔底的密度為1000kg/ m3 V=(144.5418.045/60)/1000 =0.217 m3 V=R2h 算出h=0.32 m 所以 塔底高度設計為1.35m 塔支座為2.5m 塔體總高度為：H=6.4+0.72+1.35+2.5=10.97m 9.6管徑的設
36、計 9.6.1 塔頂蒸氣出口管的直徑dV操作壓力為常壓時，蒸氣導管中常用流速為1220 m/s，蒸氣管的直徑為 dV=(4Vs/Uv)1/2，其中dV-塔頂蒸氣導管內(nèi)徑m Vs-塔頂蒸氣量m3/s，則dV =(41.350)/(3.1412.0)1/2 =0.3784m 名稱接管公稱直徑Dg接管 外徑厚度接管伸出長度規(guī)格400mm42010mm200mm9.6.2 回流管的直徑dR當塔頂冷凝器械安裝在塔頂平臺時，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速UR可取0.20.5 m/s當用泵輸送時，可取1.52.5 m/s(本設計應用前者，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速UR取0.3m/s)dR=(4Ls/UR)1
37、/2=(40.001/3.140.3)1/2=0.065m 名稱接管公稱直徑Dg接管 外徑厚度接管伸出長度規(guī)格100mm1073.5mm200mm 9.6.3 進料管的直徑dF若采用高位槽送料入塔，料液速度可取UF=0.40.8 m/s，如果用泵輸送時，料液速度可取1.52.5 m/s(本設計采用高位槽送料入塔，料液速度UF= 0.5)dF=(4Vs/UF)1/2 =(40.006)/(3.140.5)1/2=0.124m 名稱接管公稱直徑Dg接管 外徑厚度接管伸出長度規(guī)格150mm1105mm200mm9.6.4 塔底出料管的直徑dW一般可取塔底出料管的料液流速UW為0.51.5 m/s，循
38、環(huán)式再沸器取1.01.5 m/sdW=(4LW/UW)1/2(本設計取塔底出料管的料液流速UW為0.8 m/s) =(40.004)/(3.140.8)1/2=0.094m 名稱接管公稱直徑Dg接管 外徑厚度接管伸出長度規(guī)格10011261509.7泵的計算及選型進料口高度為：H=2.5+1.35+3.6=7.45 進料密度：進料密度=甲醇密度0.289+水密度0.711=732.00.289+968.50.711=900.2kg/m3由m=m/進料密度=5686.97(kg/h)/900.2(kg/m3)=6.32m3/h則液體在泵里的流速為U=m/(R2進料口) =0.10m/sRe=du
39、/=(0.150.10900.2)/(0.610-3) =225054000所以液體在管中的流動形式為湍流Hf=Hf+Hf =(li+lei)/d +i(U2/2g)選擇泵的型號為：流量為11.5m3/h，揚程為11.5m。10. 參考文獻1 張穎、郝東升.化工工藝設計（第2版）.呼和浩特.內(nèi)蒙古大學出版社.2005.12.221331 2 馮元琦.聯(lián)醇生產(chǎn).北京.化學工業(yè)出版社.1989.257268. 3 謝克昌、李忠.甲醇及其衍生物.北京.化學工業(yè)出版社.2002.57 4 馮元琦.甲醇生產(chǎn)與操作問答.北京.化學工業(yè)出版社.2005.712 5中國寰球化學工程公司、中國石油化工總公司、蘭
40、州石油化工設計院.氮肥工藝設計手冊（氣體壓縮、氨合成、甲醇合成）.北京?；瘜W工業(yè)出版社.1989.346356 6劉光啟、馬連相、劉杰.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊.北京.化學工業(yè)出版社.1989.224235，255260 7 武漢大學主編 化學工程基礎 高等教育出版社 415-4258 張穎、郝東升.化工工藝設計（第2版）.呼和浩特.內(nèi)蒙古大學出版社.2005.12.221331 9柴誠敬、張國亮?；ち黧w流動與傳熱。北京?；瘜W工業(yè)出版社。2000.525-530 10 華東理工大學化工原理教研室編. 化工過程設備及設計. 廣州：華南理工大學出版社. 1996.02 11 天津大學化工原理教研室編
41、. 化工原理(下). 天津：天津大學出版社. 1999.0411. 評述 本設計精餾塔的主要優(yōu)點是其具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低，生產(chǎn)能力較大，氣體分撒均勻，傳質(zhì)效率較高等優(yōu)點，但也有篩孔易堵塞等缺點。由塔板負荷性能圖可以看出，在本設計中的塔板的設計點在正常操作范圍內(nèi)，氣液兩相流量的變化對塔板效率影響不大，可以獲得較理想的塔板效率。12主要符號說明英文字母Aa塔板開孔區(qū)面積，m2hW進口堰高度，mAf降液管截面積，m2h與克服表面張力的壓降相當?shù)囊褐叨?，m液柱A0篩孔總面積，m2Hd降液管內(nèi)清液層高度，mAT塔截面積，m2HP人孔處塔板間距，mC0流量系數(shù)，無因次HT塔板間距，mC計算時的負荷系數(shù)，
42、lW堰長，mCs氣相負荷因子，m/sLs液體體積流量，m3/sd0篩孔直徑，mn篩孔數(shù)目D塔徑，mNT理論板層數(shù)eV液沫夾帶量，kg(液)/kg(氣)P操作壓力，PaET總板效率，無因次P壓力降，PaF氣相動能因子，kg1/2/(s*m1/2)Pp氣體通過每層篩板的壓降，PaF0篩孔氣相動能因子，kg1/2/(s*m1/2)t篩孔的中心距，mhW出口堰高度，mu空塔氣速，m/sh1進口堰與降液間的水平距離,mu0氣體通過篩孔的速度，m/shc與干板壓降相當?shù)囊褐叨龋琺液柱u0,min漏液點氣速，m/shd與液體流過降液管相當?shù)囊褐叨?，mu0液體通過降液管底隙的速度，m/shf塔板上鼓泡高度
43、，mVs氣體體積流量，m3/sh1與板上液層阻力相當?shù)囊褐叨?，m液柱Wc邊緣無效區(qū)寬度，mhL板上清液層高度，mWd弓形降液管寬度，mh0降液管的底隙高度，mWs破沫區(qū)寬度，mhOW堰上液層高度，mZ板式塔的有效高度，m希臘字母充氣系數(shù)，無因次篩板厚度，m液體在降液管內(nèi)停留時間，s粘度，mPa/s密度，kg/m3表面張力，N/m開孔率，無因次致 謝 經(jīng)過幾周的努力我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白
44、了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 在此要感謝化學老師對我往日的悉心教導，感謝老師這幾年給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，將使我受益終生。- 47 -
畢業(yè)設計（論文）-甲醇水溶液精餾塔工藝設計.doc
