【正文】 ＝ 176。C 181。C ，查有機(jī)化合物液體粘度表可得， 181。C (1)汽相密度： ρVD＝ (MVD/)(TO/T)(p/po)＝ ()[(＋ )] ＝ kg/m3 (2) 液相密度： tD＝ 176。C tF ＝ 176。C 時(shí) 對(duì)甲醇， Tr1＝ T1/ Tc＝ (＋ ) / ＝ Tr2＝ T2 / Tc＝ (＋ ) / ＝ 蒸發(fā)潛熱 HV甲 ＝ [(1－ ) / (1－ )] ＝ kJ/ kmol 對(duì)水，同理可得， Tr2＝ T2 / Tc＝ Tr1＝ T1 / Tc＝ 蒸發(fā)潛熱 ?HV水 ＝ [(1－ )/(1－ )]＝ kJ/kmol 對(duì)全凝器做熱量衡算 (忽略熱量 損失 ) Qc＝ (R＋ 1) D (IVD－ ILD) 泡點(diǎn)回流，塔頂含甲醇量高，與露點(diǎn)接近，可得 IVD－ ILD＝ xD ?H甲 ＋ (1－ xD)?H 水 1 14 IVD－ ILD＝ ＋ (1－ ) ＝ kJ/kmol Qc＝ (R＋ 1)D(IVD－ ILD)＝ 3 ＝ (2)冷卻介質(zhì)消耗量 常溫下 t＝ 35176。C (3)塔進(jìn)料溫度 tF 數(shù)據(jù)如表所示： 溫度 t/176。確定液相溫度。在計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，每使用一次平衡關(guān)系，便對(duì)應(yīng)一層理論板。因此提餾段所需的理論板層數(shù)是 5。根據(jù)理論板的概念，從塔釜下降的液相組成 xW 與 y1應(yīng)互成平衡，就可以利用相平衡方程求出 y1與 x2符合提餾段操作關(guān)系，故可用提餾段操作線方程由 y1求得 x2。C 液相中甲醇 的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中甲醇 的摩爾分?jǐn)?shù) 溫度 t/176。平1 9 衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，表示該溶液越容易分離?；亓鞅仍O(shè)定為最小回流比的 2 倍。 四 、 操作條件及精餾塔工藝計(jì)算： 本設(shè)計(jì)任務(wù)是分離甲醇水的混合物。間接蒸汽加熱是通過(guò)再沸器使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，重新再進(jìn)入塔底。 塔頂?shù)幕亓鞣绞? 對(duì)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。在流量控制上采用自動(dòng)控制，有利于節(jié)約勞動(dòng)力，并使過(guò)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)。降溫后的液體水或者是部分水蒸汽隨管道排進(jìn)下水道。塔釜設(shè)有再沸器。 本設(shè)計(jì)選用散裝填料 ―― 散裝金屬環(huán)矩鞍填料 。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(shí)候的回流比。在選擇冷卻介質(zhì)的過(guò)程中，要因地制宜充分考慮。 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(shí)候傳熱的膜系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽壓力準(zhǔn)確控制加熱溫度。對(duì)于甲醇 —水二元混合物系統(tǒng)在常壓的情況下，相對(duì)揮發(fā)度的差異很大，容易分離。 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(duì)揮發(fā)度減小，將使汽相和液相的組成越來(lái)越接近，分離越來(lái)越難；而當(dāng)壓力 減小，混合液的相對(duì)揮發(fā)度增大， α值偏離 1 的程度越大，分離越容易。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐，設(shè)計(jì)對(duì)其生產(chǎn)過(guò)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。 本計(jì)為分離甲醇－水混合物。 目前，我國(guó)的甲醇市場(chǎng)隨著國(guó)際市場(chǎng)的原油價(jià)格在變化 ,總體的趨勢(shì)是走高。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(guó)防等工業(yè)。1 1 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 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(jí)： 學(xué) 號(hào)： 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(shū) … ……………… … … …… 2 二、設(shè)計(jì)的方案介紹 … ……………………………… . 4 三、工藝流程圖及其簡(jiǎn)單說(shuō)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(jiǎn)單的飽和脂肪組醇類的代表無(wú)色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。近年來(lái)，世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域。這樣，選擇最好的工藝?yán)O(shè)備，同時(shí)選用最合適的操作方法是至關(guān)重要的。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(chǔ)罐。這樣不僅對(duì)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。如果在常壓下無(wú)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(lái)改變混合液的相對(duì)揮發(fā)度，實(shí)現(xiàn)精餾分離。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。 冷卻介質(zhì)一般有水和空氣。 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。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(lái)的甲醇產(chǎn)品再經(jīng)過(guò)一個(gè)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(diǎn)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(lái)的汽相溫度不高，故本設(shè)計(jì)選用全凝器。 精餾塔塔釜的加熱方式 1 7 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(jì)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(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分冷卻后送至儲(chǔ)罐。對(duì)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(duì)角線上方。 (1) 由手冊(cè)查出甲醇－水汽液相平衡數(shù)據(jù) ，如表 2； 擬合出相平衡方程及作出 x－ y 圖， 如圖 1. 表 2 甲醇－水汽液相平衡數(shù)據(jù) [1] 溫度 t/176。本設(shè)計(jì)從塔底液相組成開(kāi)始計(jì)算。由于對(duì)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， 根據(jù)計(jì)算結(jié)果 精餾段所需的理論板層數(shù)是 。先假設(shè)泡點(diǎn)，分別代入安托尼方程求算純組分的飽和蒸汽壓，再由泡點(diǎn)方程核算假設(shè)的泡點(diǎn)。C 液相中甲醇 的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中甲醇 的摩爾分?jǐn)?shù) 100 0 0 tW xW ＝ / （來(lái)源自表 2） 可得： (0－ ) / (0－ ) ＝ (100－ ) / (100－ tW) tW＝ 176。C 蒸發(fā)潛熱 ?Hr / (kJ/ kmol) Tc / K 甲醇 水 100