【正文】 ＋ / 18 ) ＝%原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF＝% 32 ＋% 18＝ MD＝%32＋%18＝ kg/kmol MW＝%32 ＋%18＝ kg/kmol物料衡算 原料處理量：F＝12000 t/y＝（12106 / 7200）/＝ 總物料衡算： ＝D ＋ W 甲醇物料衡算：% ＝ D% ＋ W% 得 D＝W＝表一 塔頂、塔底、進(jìn)料液的物料數(shù)據(jù)塔頂xD’＝%xD＝%MF＝F＝進(jìn)料液xF’＝ %xF＝%MD＝ kg/kmolD＝kmol/h塔底xW’＝%xW＝%MW＝W＝(二)理論塔板數(shù)的確定 甲醇－水屬于理想物系，可采用以下三種方法求解理論塔板數(shù)：擬合相平衡曲線后逐板計算法 ，甲醇和水的混合物系的x－y圖是建立在汽液平衡數(shù)據(jù)下，表示的是不同溫度下互成平衡的汽液兩相組成y與x的關(guān)系。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精熘塔內(nèi)。這樣減少了理論板數(shù)，從而降低了成本，但是也存在著增加加熱裝置的缺點。本設(shè)計采用重力回流，全凝器放置略高于塔頂?shù)奈恢茫⑶以O(shè)置流量計檢測和保證冷凝器內(nèi)的液面高度。精餾塔塔頂?shù)睦淠绞剿斃淠捎萌?，用水冷凝。在流程設(shè)計傷，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。塔釜的另一部分釜液經(jīng)冷卻器后排入下水道。三、工藝流程圖及其簡單說明工藝流程圖(附圖一)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。 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)。因此，計算選用28℃ 的冷卻水，選擇升溫10℃，即冷卻水的出口溫度為38℃。因此，℃ 總壓是300 kpa的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)。由于本設(shè)計精餾塔不是很高，故可近似忽略每層塔板的壓降。在實際設(shè)計中，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。本設(shè)計采用的是泡點進(jìn)料。這樣不僅對塔的操作穩(wěn)定較為方便，不受廈門季節(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。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，實現(xiàn)精餾分離。在實際計算當(dāng)中，將全塔近似看做是在恒壓下操作。 冷卻介質(zhì)一般有水和空氣?；亓鞅鹊拇_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)備投資費用和操作費用的重要因素，也影響混合液的分離效果。填料按裝填方式可分為散裝填料和規(guī)整填料。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。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)。塔頂采用分段冷凝泡點回流，也是出于節(jié)能考慮。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)計選用全凝器。精熘塔塔釜的加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。綜合考慮以上兩方面因素，本設(shè)計選用間接蒸汽加熱。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分冷卻后送至儲罐。對于理想物系，汽相組成y恒大于液相組成x，因此相平衡線位于y＝x對角線上方。(1) 由手冊查出甲醇－水汽液相平衡數(shù)據(jù)，擬合出相平衡方程及作出x－y圖，表二 甲醇－水汽液相平衡數(shù)據(jù)[1]溫度t/176。本設(shè)計從塔底液相組成開始計算。由于對于間接蒸汽加熱，再沸器內(nèi)汽液兩相可視為平衡，因此再沸器相當(dāng)于一層塔板。因此。計算過程略。)汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性檢驗采用Herington推薦的經(jīng)驗方法檢驗表二列出的數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性根據(jù)γi ＝ pyi /(xi pis ) ，先求得各個溫度下的pis 值，然后列出下表 表三 利用熱力學(xué)檢驗汽液平衡數(shù)據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)列表x1In(γ1/γ2)x1In(γ1/γ2)－－－－－－－ 積分得出兩個陰影部分面積：A＝ ， B＝－ I＝∫10 In ( γ1/γ2 )dx1＝A＋B＝ Σ＝∫10| In ( γ1/γ2 )dx1 |＝A－B＝ D＝( I / Σ ) 100＝ J＝150 θ / Tm＝150 (100－) / (＋) ＝ 其中：θ —— 兩組分沸點差 Tm —— 體系最低沸點，K 150—— 經(jīng)驗常數(shù) DJ 可知此相平衡數(shù)據(jù)符合熱力學(xué)一致性(三)熱量衡算求塔頂溫度tD，塔釜溫度tW，進(jìn)料溫度tF(1)塔頂溫度tD 由于確定了塔頂操作壓力和液相組成，可以采用試差法計算。假設(shè)泡點t＝℃，則純組分的飽和蒸汽壓為：對甲醇 p*A＝ kpa對水 p*B＝ kpa將以上數(shù)據(jù)代入泡點方程： x=()/()= = xD可得：tD ＝℃(2)塔釜溫度tW(內(nèi)插法)溫度t/176。C熱量衡算(1)冷凝器的熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷 Qc＝(R＋1) D (IVD－ILD) 其中 IVD ——塔頂上升的蒸汽的焓 ILD ——塔頂熘出液的焓 IVD－ILD＝xD ?HV甲＋(1－xD) ?HV水其中 ?HV甲 ——甲醇的蒸發(fā)潛熱 ?HV水 ——水的蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：?H V2＝ ?HV1 [(1－Tr2) / (1－Tr1)] 表四 沸點下蒸發(fā)潛熱列表[3]組分沸點t /176。C)－1 且1 kcal/kmol＝ kJ/kmol可得 Wc ＝Qc/ [Cpc(t2－t1)]＝() / [1(45－35)]＝ kg/h(3)加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算表五 甲醇，水不同溫度下的比熱容[單位：kcal/(kg?176。CtF ＝ 176。C密度ρ/ (kg/m3)60tD＝176。C粘度181。水)＝(70－60)/(70－) 可得181。C表面張力σ/(mN/m)60tD＝σ水70內(nèi)插法求解 (－)/(σ水－)＝(70－60)/(－60) 可得σ水＝ mN/mσLD＝σ甲醇 xD＋σ水(1－ xD)＝＋＝ mN/m 表十 精熘塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號MLDMVDρVDρLD181。CρLD ＝ kg/m3(3)液相粘度：tW＝176。水＝ mPa?s(4)液體表面張力：tLW＝176。C， 查常用溶劑相對密度表可得：ρ甲醇＝ kg/m3同以上塔頂溫度下水的密度求解，利用內(nèi)插法可得：ρ水＝ kg/m3 1/ρLF＝xF’/ρ甲醇＋(1－ xF’)/ ρ水 ，可得 ρLF ＝ kg/m3(4)液相粘度：tF＝176。LF＝ mPa?s(5)液體表面張力：tF＝1