【正文】 1 1 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目： 16000 噸甲醇 水連續(xù)填料蒸餾塔 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 二零一四年五月 1 2 目錄 一、摘要及 設(shè)計(jì)任務(wù)書 … ……………… … … …… 2 二、設(shè)計(jì)的方案介紹 … ……………………………… . 4 三、工藝流程圖及其簡單說明 … …………………… . 5 四、操作條件及精餾塔工藝計(jì)算 … ………………… . 7 五、精餾 塔物料 及 相 關(guān)物性的計(jì)算 … ……… .... …… 15 六、精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算 … …………………… 20 七、附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算 … …………… .. 24 八、參考文獻(xiàn) … ……………………………………... . 27 九、 甲醇－水精餾塔設(shè)計(jì)條件圖 1 3 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無色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。略有酒精氣味。分子式 CH4O。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(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)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(xué)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(xué)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油價格在變化 ,總體的趨勢是走高。隨著原油價格的進(jìn)一步提升，作為有機(jī)化工基礎(chǔ)原料 — 甲醇的價格還會穩(wěn)步提高。國內(nèi)又有一批甲醇項(xiàng)目在籌建。這樣，選擇最好的工藝?yán)O(shè)備，同時選用最合適的操作方法是至關(guān)重要的。 本計(jì)為分離甲醇－水混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)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(diǎn)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(shè)計(jì)對其生產(chǎn)過程和主要設(shè)備進(jìn)行了物料衡算、塔設(shè)備計(jì)算、熱量衡算、換熱器設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。 關(guān)鍵字：精餾 泡點(diǎn)進(jìn)料 物料衡算 1 4 一 、 設(shè)計(jì)任務(wù)書 甲醇散堆填料精餾塔設(shè)計(jì)： 處理量： 16000 噸 /年 (年生產(chǎn)時間以 7200 小時計(jì)算 ) 原料液狀態(tài)：常溫常壓 進(jìn)料濃度： %(甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 塔頂出料濃度： %(甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 塔釜出料濃度： %(甲醇的質(zhì) 量分?jǐn)?shù) ) 填料類型： DN25 金屬環(huán)矩鞍散堆填料 廠址位于 南昌 地區(qū) 二 、 設(shè)計(jì)的方案介紹 進(jìn)料的熱狀況 精餾操作中的進(jìn)料方式一般有冷液加料、泡點(diǎn)進(jìn)料、汽液混合物進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料和過熱蒸汽加料五種。本設(shè)計(jì)采用的是泡點(diǎn)進(jìn)料。這樣不僅對塔的操作穩(wěn)定較為方便，不受 南昌 季節(jié)溫度影響，而且基于恒摩爾流假設(shè)，精餾段與提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，因此塔徑基本相等，在制造上比較方便。 精餾塔的操作壓力 在精餾操作中，當(dāng)壓力增大，混合液的相對揮發(fā)度減小，將使汽相和液相的組成越來越接近，分離越來越難；而當(dāng)壓力 減小，混合液的相對揮發(fā)度增大， α值偏離 1 的程度越大，分離越容易。但是要保持精餾塔在低壓下操作，這對設(shè)備的要求相當(dāng)高，會使總的設(shè)備費(fèi)用大幅度增加。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要充分考慮這兩個方面的影響，我們一般采用的是常壓精餾。如果在常壓下無法完成操作，可以在一定條件下進(jìn)行小幅度的減壓或者增壓來改變混合液的相對揮發(fā)度，實(shí)現(xiàn)精餾分離。對于甲醇 —水二元混合物系統(tǒng)在常壓的情況下，相對揮發(fā)度的差異很大，容易分離。因此在考慮多方面因素之后，本設(shè)計(jì)采用的常壓精餾，即塔頂?shù)牟僮鲏毫刂圃? 下。 由于本設(shè)計(jì)精餾塔不是很高 ，故可近似忽略每層塔板的壓降。在實(shí)際計(jì)算當(dāng)1 5 中，將全塔近似看做是在恒壓下操作。 精餾塔加熱與冷卻介質(zhì)的確定 在實(shí)際加熱中，由于飽和水蒸氣冷凝的時候傳熱的膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確控制加熱溫度。水蒸氣容易獲取，環(huán)保清潔不產(chǎn)生環(huán)境污染，并且不容易使管道腐蝕，成本降低。因此，本設(shè)計(jì)是以 ℃ 總壓是 300 kpa 的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)。 冷卻介質(zhì)一般有水和空氣。在選擇冷卻介質(zhì)的過程中，要因地制宜充分考慮。南昌 市地處亞熱帶， 夏天室外平均氣溫 28℃ 。因此，計(jì)算選用 28℃ 的冷卻水 ，選擇升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 38℃ 。 回流比的確定 塔頂回流是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作的必要條件之一，并且回流比是影響精餾分離設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用的重要因素，也影響混合液的分離效果。適宜的回流比是操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之和為最低時候的回流比。通常適宜回流比的數(shù)值范圍為： m in)~( RR ? 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，考慮操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用兩方面因素，因此選用 min2RR? 。 填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面 ，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。填料按裝填方式可分為散裝填料和規(guī)整填料。 本設(shè)計(jì)選用散裝填料 ―― 散裝金屬環(huán)矩鞍填料 。 環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，又由于本設(shè)計(jì)的物系為甲醇－水不易腐蝕，故選用金屬環(huán)矩鞍填料 DN=25mm。 三、工藝流程圖及其簡單說明 工藝流程圖 (附圖一 ) 1 6 工藝流程簡介 來自貯槽的原料液經(jīng)高壓泵進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱到一定溫度之后進(jìn)入精餾塔，塔頂冷凝器將上升蒸汽冷凝成液體，其中一部分作為塔頂產(chǎn)品取出，另一部分重新引回塔頂作為回流液。最終塔頂 出來的甲醇產(chǎn)品再經(jīng)過一個冷卻器冷卻后進(jìn)入甲醇貯槽。塔釜設(shè)有再沸器。加熱的液體產(chǎn)生蒸汽再次回到塔底，沿塔上升，同樣在每層塔板上進(jìn)行汽液兩相的熱質(zhì)交換。塔釜的另一部分釜液經(jīng)冷卻器后排入下水道。 加熱蒸汽分為兩路，分別進(jìn)入預(yù)熱器和再沸器作為加熱介質(zhì)。降溫后的液體水或者是部分水蒸汽隨管道排進(jìn)下水道。同樣，冷卻水分為三路，分別進(jìn)入冷凝器、甲醇產(chǎn)品的冷卻器和塔釜的冷卻器，充分換熱均勻之后，全部排入下水道。 在流程設(shè)計(jì)上，釜出液為 100℃左右的高溫水，熱值高，將其送回?zé)崴h(huán)管路用于高爐產(chǎn)蒸汽，具有節(jié)能的特點(diǎn)。塔頂采用分 段冷凝泡點(diǎn)回流，也是出于節(jié)能考慮。在流量控制上采用自動控制，有利于節(jié)約勞動力，并使過程控制精確，并可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，有利于連續(xù)生產(chǎn)。在檢修方面充分考慮到泵的日常維護(hù)，因此運(yùn)用雙泵設(shè)計(jì)便于實(shí)際生產(chǎn)中的不停車檢修。 精餾塔塔頂?shù)睦淠绞? 塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反應(yīng)，并且也容易被水冷凝，塔頂出來的汽相溫度不高，故本設(shè)計(jì)選用全凝器。 塔頂?shù)幕亓鞣绞? 對于小型塔采用重力回流，回流冷凝器一般安裝在比精餾塔略高的地方，液體依靠自身的重力回流。但是必須保證冷凝器內(nèi)有一定持液量， 或加入液封裝置防止塔頂汽相逃逸至冷凝器內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用重力回流，全凝器放置略高于塔頂?shù)奈恢?，并且設(shè)置流量計(jì)檢測和保證冷凝器內(nèi)的液面高度。 5