【正文】 還多采用F1型浮閥，其原因是F1型浮閥已有系列化標(biāo)準(zhǔn)，各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完善，便于設(shè)計(jì)和對(duì)比。而采用新型浮閥，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不夠完善，給設(shè)計(jì)帶來一定的困難，但隨著新型浮閥性能測(cè)定數(shù)據(jù)的不斷發(fā)表及工業(yè)應(yīng)用的增加，其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)會(huì)不斷完善，在較完善的性能數(shù)據(jù)下，設(shè)計(jì)中可選用新型浮閥。 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)條件：體系：甲醇水體系 已知：進(jìn)料量F=240 kmol/h進(jìn)料濃度= （摩爾分?jǐn)?shù)）進(jìn)料狀態(tài)：q＝ 1 操作條件：塔頂壓強(qiáng)為4 kPa(表壓)。塔頂冷凝水采用深井水，溫度t＝12℃；塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱 全塔效率ET = 52%分離要求： = ；= ；回流比/ = 。a) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案；b) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型；c) 確定塔徑、塔高等工藝尺寸d) 進(jìn)行塔板的設(shè)計(jì)，包括溢流裝置的設(shè)計(jì)塔板的布置升氣道（泡罩篩孔或浮閥等）的設(shè)計(jì)及排列；e) 進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算；f) 繪制塔板的負(fù)荷性能圖；g) 根據(jù)負(fù)荷性能圖，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，若設(shè)計(jì)不夠理想，可對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述設(shè)計(jì)過程，一直到滿意為止。第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定 操作壓力塔的操作壓力的選擇實(shí)際上是塔頂和塔底溫度的選取問題。在塔頂產(chǎn)品的組成確定以后，塔頂?shù)臏囟群蛪毫χ荒苓x定一項(xiàng)。 進(jìn)料狀態(tài)若進(jìn)塔原料為過冷液體，q值大，則熱量主要由塔釜輸入，必要求蒸餾釜的傳熱面積大，設(shè)備體積大，此外，因提餾段氣液流量大，提餾段塔徑要加大。于是，冷液進(jìn)塔雖可減少理論塔板數(shù)，使塔高降低，但蒸餾釜及提餾段塔徑增大，亦有不利之處。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，泡點(diǎn)進(jìn)料，q＝1。 加熱方式精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量，采用3kgf/cm2（溫度130℃）間接水蒸汽加熱。 冷卻劑與出口溫度采用深井水，入口溫度t＝12℃，由于水的出口溫度一般不能超過50℃左右，否則溶解于水中的無機(jī)鹽將會(huì)析出，在傳熱壁面上形成污垢而影響傳熱效果。同時(shí)考慮到塔頂產(chǎn)品與冷卻劑之間必須保持10到20℃的傳熱溫差，取冷卻劑出口溫度為30℃ 回流比（R）的選擇實(shí)際操作的必須大于，但并無上限限制。選定操作時(shí)應(yīng)考慮，隨選值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量L，V，L’，V’增加，勢(shì)必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，即操作費(fèi)用增大。若值過大，即氣液流量過大，則要求塔徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示?？傎M(fèi)用最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值稱為最佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳值，常用的適宜R值范圍為：＝（～2）。本設(shè)計(jì)考慮以上原則選用：＝。精餾過程的熱效率很低，進(jìn)入再沸器的能量的95%以上被塔頂冷凝器中冷卻介質(zhì)帶走，僅約5%的能量被有效地利用。采用熱泵技術(shù)可使塔頂蒸氣溫度提高，提高了溫度的蒸氣再用于加熱釜液，使釜液蒸發(fā)的同時(shí)，塔頂蒸氣冷凝。該方法不僅可節(jié)省大量的加熱蒸汽，而且還節(jié)省了大量的冷卻介質(zhì)。當(dāng)然，塔頂蒸氣可用作低溫系統(tǒng)的熱源，或通入廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，供別處使用。在考慮充分利用熱能的同時(shí)，還應(yīng)考慮到所需增加設(shè)備的投資和由此給精餾操作帶來的影響。 確定設(shè)計(jì)方案的原則總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。⑴滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測(cè)和控制生產(chǎn)過程。⑵滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費(fèi)用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘?duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。⑶保證生產(chǎn)安全 生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強(qiáng)度。第三節(jié) 板式精餾塔的工藝計(jì)算1．理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定 理論板數(shù)計(jì)算 物料衡算質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換：質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)已知進(jìn)料量，進(jìn)料組成，進(jìn)料設(shè)計(jì)要求： 衡算方程 ： q線方程 讀圖可知平衡線和q線交點(diǎn)為 Rmin和R的確定 精餾段操作線方程的確定精餾段操作線方程： 已知 D＝＝精餾段：L＝RD＝ V＝（R＋1）D＝提餾段：L’＝L＋qF＝+240= V’＝V－（1－q）F＝V＝提餾段操作線方程： 逐板計(jì)算法逐板計(jì)算法,就是從塔頂或塔底出發(fā),交替使用相平衡方程和操作線方程,逐板計(jì)算各理論板的氣、液相組成,直到達(dá)到規(guī)定的分離要求為止。每利用一次相平衡關(guān)系就算做一塊理論塔板，利用相平衡關(guān)系的總次數(shù)就是所需的總理論板數(shù)。根據(jù)已知條件編寫逐板計(jì)算程序，利用MATLAB程序進(jìn)行求解，運(yùn)行可得如下結(jié)果：計(jì)算結(jié)果精餾段理論塔板數(shù)為：9(塊)提餾段理論塔板數(shù)為：+000(塊)共需理論塔板數(shù)為：+001(塊)由上往下，各塔板上的液相組成：a = Columns 1 through 11 Columns 12 through 15 由上往下，各塔板上的氣相組成：b = Columns 1 through 11 Columns 12 through 15 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn)（） （）() ()（） （）() ()（） （）() ()（） （）() ()（）