【正文】 kmol/h N 塔板數(shù) P 操作壓力 Pa t 溫度 ℃ ρ 密度 kg/m3 表面張力 mN/m 粘度 mPa s VS 氣相體積流率 m3/s LS 液相體積流率 m3/s umax 最大空塔氣速 m/s HT 板間距 m hL 板上清液高度 m C20 負(fù)荷系數(shù) C 負(fù)荷因子 m/s u 空塔氣速 m/s D 塔徑 m AT 塔截面積 m2 Z 有效高度 m lW 堰長 m hW 溢流堰高度 m hOW 堰上液層高度 m Wd 降液管寬度 m Af 截面積 m2 降液管中停留時(shí)間 s h0 降液管底隙高度 m WS 邊緣區(qū)寬度 m Aa 開孔區(qū)面積 m2 t 孔中心距 mm n 篩孔數(shù)目 個(gè) ? 開孔率 h 阻力 Pa eV 液沫夾帶量 kg 液 /kg 氣 K 穩(wěn)定系數(shù) Hd 降液管內(nèi)液層高 m CP 比熱容 kJ/(kmol ℃ ) Q 熱量 kJ/h r 潛化熱 kJ/kg G 流量 kg/h 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m ℃ ) 修正系數(shù) K 傳熱系數(shù) W/(m2 ℃ ) NP 管程數(shù) Re 雷諾數(shù) nS 單程傳管數(shù) de 當(dāng)量直徑 m Pr 普蘭特?cái)?shù) 對(duì)流傳熱系數(shù) W/(m2 ℃ ) 下標(biāo) VI A 輕組分 B 重組分 D 餾出液 e 平衡 F 加料 m 平均值 W 釜液 L 液相 V 氣相 緒論 最優(yōu)化技術(shù)是一門新興的應(yīng)用性很強(qiáng)的技術(shù)，它是研究在一定條件下如何用最小的代價(jià)獲得最佳的效果的技術(shù)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展與普及，最優(yōu)化技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，越來越多的化學(xué)工程設(shè)計(jì)問題希望通過適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理方法，得到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)效果。 塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。 板式塔大致可分為兩類：（ 1）有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、蛇形、 S型、多降液管塔板 ；（ 2）無降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。 浮閥塔廣泛用于精餾、吸收和解吸等過程。其主要特點(diǎn)是在塔板的開孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。 浮閥有盤式、條式等多種，國內(nèi)多用盤式浮閥，此型又分為 F－ 1型（ V－ 1 型）、 V－ 4型、十字架型、和 A型，其中 F－ 1 型浮閥結(jié)構(gòu)較簡單、節(jié)省材料，制造方便，性能良好，故在化工及煉油生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已列入部頒 標(biāo)準(zhǔn)（ JB－ 1118－ 81）。其閥孔直徑為 39mm，重閥質(zhì)量為 33g，輕閥為 25g。一般多采用重閥，因其操作穩(wěn)定性好。 8 浮閥塔的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小，塔的造價(jià)低，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡單。 化工生產(chǎn)常需進(jìn)行二元液相混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝達(dá)到輕重組分分離目的的方法。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特 性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。 塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。本次設(shè)計(jì)的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。 編者 2021/01/18 1 甲醇的主要物理、化學(xué)性質(zhì)及用途 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(xué)分子式為 CH3OH，結(jié)構(gòu)式如下： 工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求是：（ 1）生產(chǎn)能力大；（ 2）傳熱、傳質(zhì)效率高；（ 3）氣流的摩擦阻力小；（ 4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（ 5）結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量少；（ 6）制造安裝容易，操作維修方便。此外，還要求不易堵塞、耐腐蝕等。 H | HCOH | H 分子結(jié)構(gòu)： C 原子以 sp3 雜化軌道成鍵， 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(diǎn) ℃、沸點(diǎn) ℃、密度 克 /厘米 3（ 20℃）、能溶于水和許多有機(jī)溶劑。甲醇有毒，誤飲 5～ 10毫升能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)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(shí) 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，但是工業(yè)酒精的主要成分還是乙醇。 甲醇有較強(qiáng)的毒性，對(duì)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(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。 甲醇用途 目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基 礎(chǔ)有機(jī)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(jià)格便宜。 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)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(jī)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 10 的清潔燃料，可以單獨(dú)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(fèi)已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(bǔ)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(jìn)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(yùn)藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑