【正文】 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） IX 第 節(jié) 精餾段的流體力學驗算 .......................................................... 34 塔板的壓降 .......................................34 液面落差 .........................................35 液沫夾帶 .........................................35 漏液 ............................................36 液泛 ............................................36 第 節(jié) 提餾段的流體力學驗算 .......................................................... 37 塔板的壓降 .......................................37 液面落差 .........................................38 液沫夾帶 .........................................38 漏液 ............................................38 液泛 ............................................39 第 8 章 塔板性能負荷圖 .....................................40 第 節(jié) 提餾段的塔板負荷性能圖 ...................................................... 40 漏液 ............................................40 液沫夾帶線 .......................................41 液相負荷下限線 ...................................42 液相負荷上限線 ...................................42 液泛線 ..........................................42 第 節(jié) 提留段的塔板負荷性能圖 ...................................................... 44 漏液線 ..........................................44 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） X 液沫夾帶線 .......................................45 液相負荷下限線 ...................................45 液相負荷上限線 ...................................46 液泛線 ..........................................46 篩板塔設計計算結(jié)果 .........................................48 第 9 章 附屬設備的計算、選型 ...............................50 第 節(jié) 冷凝器的選型及計算 .............................................................. 50 第 10 章 精餾裝置的工藝流程圖 ...............................51 第 11 章 板式塔精餾裝置設計說明書 ...........................52 結(jié) 論 .....................................................53 參 考 文 獻 .............................................54 符 號 說 明 .............................................55 致 謝 .....................................................58 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 1 前言 蒸餾是分離液體均相混合物的典型單元操作之一，也是最早實現(xiàn)工業(yè)化得一種分離方法，廣泛的應用于化工 石油、醫(yī)藥、食品、釀酒及環(huán)保等領域。 蒸餾作為當代工業(yè)應用最廣的分離技術，目前具有相當成熟的工程設計經(jīng)驗以及一定的理論研究基礎。隨著石油化工及化學工業(yè)等領域的不斷發(fā)展和興起，蒸餾分離過程的大處理量，連續(xù)化操作的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮。 化工生產(chǎn)需進行液體混合物的分離以達到提純或回收有用組分的目的 .互溶液體混合物的分離有多種方法 ,精餾是其中最常用的一種 .精餾操作其基本原理是利用互溶液體混合物相對揮發(fā)度的不同、實現(xiàn)各組分分離的單元操作，實現(xiàn)原料混合物中各組分分離該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。 精餾的原理是利用液體 混合物中各組分具有不同沸點，在一定溫度下，各組分應具有不同的蒸汽壓。當液體混合物受熱汽化與其蒸汽平衡時，在氣相中易揮發(fā)物質(zhì)蒸汽占較大比重，將此蒸汽冷凝而得到含易揮發(fā)物質(zhì)組分較多的液體，這就是進行了一次簡單精餾。重復將此液在汽化，又進行了一次汽液平衡，蒸汽重復冷凝得到液體，其中易揮發(fā)物質(zhì)的組分又增加了，如此繼續(xù)重復，最終就能得到接近純組分得各物質(zhì)。因此，精餾原理可概述為：將液體混合物進行多次的部分汽化，部分冷凝并分別收集，最終得到分離提純的目的。 精餾通?？蓪⒁后w混合物分離為塔頂產(chǎn)品（餾出液）和塔底產(chǎn)品（蒸餾 的釜殘液）兩個部分。也可以根據(jù)混合物中各組分不同的沸點分別從相應的塔板引出餾分，進行多元組分的分離。本設計是采運易揮發(fā)的雙組分離。 精餾過程來說，精餾設備是使過程得以進行的重要條件。性能良好的精餾設備，為精餾過程得進行創(chuàng)造了良好的條件。它直接影響了裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品收率、消耗定額、三廢處理以及環(huán)境保護等方面。 本設計采用的是篩板塔，篩板塔上開有許多均勻布置的篩孔，孔徑一般為38mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。塔板上設置溢流堰，使塔板上能維持一定厚度的液層，在操作時，上升氣流通過篩孔分散成細小 的流股，在板上液層中鼓泡而出，汽液間密切接觸而進行傳質(zhì)。在正常的操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄露。 篩板塔的優(yōu)點：結(jié)構簡單，造價低廉，氣體壓降小，板上葉面落差也較小，生北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 2 產(chǎn)能力及板效率均比泡罩塔高。缺點是：操作彈性小，篩孔小時容易堵塞。近年來采用大孔徑（ 1025mm） 篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高生產(chǎn)能力增大。 甲醇最初由木材干餾得到，故俗稱木醇。甲醇生產(chǎn)的原料大致有煤、石油、 天然氣和含 2H CO（或 2CO ）的工業(yè)廢氣、農(nóng)作物、有機廢料以及城市垃圾等， 均可作為制造甲醇的原料。我國甲醇的產(chǎn)量近年來發(fā)展較快，從我國能源結(jié)構出發(fā)，甲醇可由煤制得，技術并不復雜。甲醇的來源廣，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。甲醇化工已成為化工中一個重要的領域。 甲醇的化學式為 3CHOH ，相對分子質(zhì)量 。常溫，常壓是一種無色透明有特殊氣味的易流動易揮發(fā)的可燃液體，沸點 ℃在空氣中的爆炸極限為 6%%（ 體積分數(shù)），甲醇的密度、黏度和表面張力都隨溫度的升高而減小。 甲醇可以和水以及許多有機液體如乙醇、乙醚等無限地混合。它易吸收水蒸汽，二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有用特殊的方法才能制的完全午睡的甲醇。甲醇具有毒性，內(nèi)服 10mL 有失明危險， 300mL 能讓人死亡。 甲醇可在銀催化劑作用下在 600650℃進行氣相氧化或脫氫生成甲醇。 3 2 2C H OH O HCHO H O? ? ? 甲醇分子羥基中的氫可以被堿金屬取代而生成甲醇鈉 3 3 222aaC H OH N C H ON H? ? ? 甲醇鈉在沒有水的條 件下才穩(wěn)定，因為水可以使它水解生成甲醇和氫氧化鈉 高溫下，在催化劑上進行甲醇的脫水，可以制取二甲醚。 3 3 2 22 ( )C H OH C H O H O?? 酸與甲醇反應時，甲醇分子中的甲基易被取代，在有羥無機酸存在是反應加快。如甲酸與甲醇生成甲酸甲酯 3 3 2C H OH HC OOH HC OOC H H O? ? ? 在 510Pa? (30atm)下， 150— 220℃是在銠催化劑存在下，一氧化碳和甲酸可以合成醋酸 33C H OH C O C H C OO H?? 在常溫下，甲醇是穩(wěn)定的， 350— 400℃和 510 再催化劑上它分解成一氧化碳和氫 32CH OH CO H?? 甲醇具有重要的許多物理性質(zhì)，因甲醇的特殊性質(zhì)，許多重要的工業(yè)用途正在研究北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 3 開發(fā)，如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池。甲醇通過 ZSM5 分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油，已經(jīng)工業(yè)化，為固體燃料轉(zhuǎn)為液體燃料開辟捷徑。甲醇可以裂解制烯烴，這對石油化工原料的多樣化，和面對石油資源日漸縮緊對能源結(jié)構的改變具有重要意義。 甲醇和水可以無限的混合，混 合后的甲醇 — 水系統(tǒng)的性質(zhì)，是研究甲醇性質(zhì)的重要組成部分。 密度 甲醇水溶液的密度，隨著溫度的降低而增加，在相同的溫度下，幾乎是隨著甲醇濃度的增加而增加 熱容 甲醇水溶液的熱容，隨著甲醇濃度的升高和溫度的升高而增加 黏度 甲醇水溶液的黏度與組成有關，在所有研究過的溫度下，當甲醇的含量 50%時均有最大值，在任何情況下，混合物的黏度都比純甲醇的粘度大。 甲醇是多中有機產(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)。 近年來，隨著技術的發(fā)展和能源結(jié)構的改變，甲醇又開辟了 許多新的用途。 1. 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。 2. 甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨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，汽車制造業(yè)將成為耗用甲醇的主要部門，有甲醇轉(zhuǎn)為汽油方法的研究成果，開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。 3. 甲醇是直接合成醋酸的原料，孟山都法實現(xiàn)了在較低壓力下甲醇和一氧化碳合成醋酸的工業(yè)方法。甲醇可直接用于還原鐵礦（甲醇可以預先分解為 CO 2H ，也可以不作預分解） 得到高質(zhì)量的海綿鐵。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。 20 世紀 70 年代以來，國外甲醇工業(yè)發(fā)展總趨勢如下： 1. 新建長多采用中低壓法，不外加二氧化碳，該法具有設備少，操作與控制簡單，投資及操作費用低，產(chǎn)品純高等許多優(yōu)點 2. 高壓法處于停滯狀態(tài)，為中低壓發(fā)所替代。舊有高壓法，也在努力改善催化劑的活性，對合成塔作為某些改進后，其生產(chǎn)能力可提高 20%50%,其能源利用率亦有顯著提高。 3. 生產(chǎn)裝置趨向于大型化，由于大型裝置設備利用率和能源利用率較好，可以節(jié)北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 4 省單位 產(chǎn)品的投資和降低單位產(chǎn)品成本。 4. 繼續(xù)研制活性及選擇性高，耐熱性更好，使用壽命更長的甲醇合成銅系催化劑，達到簡化合成塔結(jié)構和強化生產(chǎn)的目的。 5. 降低甲醇制造過程的能量消耗，這是新建甲醇裝置普遍重視解決的課題；舊有的甲醇裝置也極重視這方面的技術改進工作。如熱能的充分利用原料氣制裝備的工藝改進，采用透平壓縮機使用高活性催化劑等，都取得里顯著的節(jié)約能量消耗的效果。研究進一步提高，碳的氧化物與氫合成甲醇單程轉(zhuǎn)化率的新工藝，在強化生產(chǎn)的同時，實質(zhì)也是節(jié)約能量的重要手段。 這是燃料世界的一次革命，中國要達到國際環(huán)保的標 準，必須解決汽車尾氣對空氣的污染問題，推廣使用綠色能源是一條重要的途徑，隨著人們對環(huán)境的要求越來越高甲醇汽油這一綠色能源在未來是個不錯的選擇。甲醇工業(yè)將在未來會受到很大的青睞。 北京化工大學畢業(yè)設計（論文） 5 第 1 章 流程的確定和說明 第 加料方式 加料分兩種方式：泵加料和高位槽加料通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭建塔臺，增加基礎建設費用；泵加料屬于強制進料方式，泵加料易受溫度影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，影響傳質(zhì)效率?？恐亓Φ牧鲃臃绞娇墒∪ヒ还P費用。本次加料可選泵加料，泵和自動調(diào) 節(jié)裝置配合控制進料。 進料狀態(tài)進料方式一般有冷液進料，泡點進料，氣液混合物進料，露點進料，加熱蒸汽進料等。 第 節(jié) 進料狀態(tài) 泡點進料對塔操作方便，不受季節(jié)氣溫影響。 泡點進料基于恒摩爾流，假定精餾段和提餾段上升蒸汽量相等，精餾段和提餾段塔徑基本相等。 由于泡點進料時塔的制造比較方便，而其他進料方式對設備的要求高，設計起來難度相對加大，所以采用泡點進料。 第 節(jié) 冷凝方式 選全凝器，塔頂出來的氣體溫度不高。冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需再次冷凝，且本次分離是為了分離苯和甲苯，制