【正文】 設(shè)計(jì)任務(wù)書 、 流程圖 、 設(shè)計(jì)方案的說明與論證 、 設(shè)計(jì)計(jì)算與說明 、 對(duì)設(shè)計(jì)中有關(guān)問題的分析討論 、 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總（主要設(shè)備尺寸各物料量和狀態(tài)能耗主要操作參數(shù)以及附屬設(shè)備的規(guī)格型號(hào)等） 和參考 文獻(xiàn)目錄。 。 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 2 第一節(jié) 概述 精餾所進(jìn)行的是氣 (汽 )、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣 (汽 )、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣 (汽 )、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。對(duì)于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。 甲醇－水體系汽液平衡數(shù)據(jù) ()：參考課程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) t/℃ x y a 6． 46 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 3 78 66 65 備注： 2112YXYX?? ，算得常壓下不同溫度時(shí)甲醇對(duì)水的相對(duì)揮發(fā)度。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔 (1813年 )、篩板塔 (1832年 )，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè) 生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如 S型板、浮閥塔板 、 多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。泡罩尺寸分為 mm80? 、 mm100? 、mm150? 三種，可根據(jù)塔徑的大小選擇。近年來，泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代。工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合（如分離黏度大、易結(jié)焦的物系）。近年來，由于設(shè)計(jì)和控制水平 的不斷提高，可使篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。氣流從浮閥周邊水平的進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。 應(yīng)予指出以上介紹的僅是幾種較為典型的浮閥形式。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。 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。泡點(diǎn)李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 7 進(jìn)料時(shí)，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。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。若 R 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。本設(shè)計(jì)考慮以上 原則選用： R ＝ minR 。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)生李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 8 低壓蒸汽，供別處使用。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)。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。 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) F? D? W? 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 9 已知進(jìn)料量 hKmol /240F ? ，進(jìn)料組成 ?FX ，進(jìn)料 1?q 設(shè)計(jì)要求： ?DX ?WX 衡算方程 ： ??? ?????? ??? ????????? ?? ?? hK m olW hKDWDWDWXDXFX WDFWDF /03 .912/m ol36 ..0 q線方程 ?FX 1?q ? ?Xq線方程為： 讀圖可知平衡線和 q 線交點(diǎn)為 5 1 , ?? ee YX Rmin和 R 的確定 51 eeemin ??????? XY YXR D m in ???? RR 精餾段操作線方程 的確定 精餾段操作線方程： 32 114 nnn1n ????????? XXRXXR RY D 精餾段和提餾段氣液流量的確定 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＝ 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 10 提餾段操作線方程的確定 提餾段操作線方程： 39。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)。 3) 借助于 q線，作出精餾段和提餾段的操作線。 6) 進(jìn)料板相當(dāng)于跨過交點(diǎn) d的梯級(jí)。 塔頂壓力 K P aP D 0 0 1 ??? 單板壓降 KPaP ?? 進(jìn)料板壓力 K P aF 1 0 5P ???? 塔底壓力 K P aPW 2 0 5 ???? 精餾段平均壓力 K P aP m 1 12/) 1 0 5( ??? 提餾段平均壓力 K P aP m )( ??? 操作溫度的計(jì)算 泡點(diǎn)進(jìn)料： ?F 通過“ txy”圖查得： 進(jìn)料板溫度 ?Ft ℃ 塔頂溫度： ?Dt ℃ 塔底溫度： ?Wt ℃ 精餾段平均溫度 )( ???mt ℃ 提餾段 平均溫度 )(39。l /. 3 2 8934M39。 mkgRTMvp ???（氣相視為理想氣體） 液相流量 ： /4 .3 2 893360039。 33?????????LLS MLL ? 氣相流量： / 39。 3?? ????? VVS MVV ? 液相表面張力的確定： 查 《化工原理》附錄 2水的物理性質(zhì)及附錄 9有機(jī)液體的表面張力共線圖 知： 塔頂液相表面張力 ?Dt ℃ , mmNmmN b /,/ ?? ?? mmNxx baaa /)()1(1 ????????? ??? 進(jìn)料板液相表面張力 ?Ft ℃ , mmNmmN ba /,/16 ?? ?? mmNxx baaa /)1(2 ???????? ??? 塔底液相表面張力 ?Wt ℃ ， mmNmmN ba /,/ ?? ?? mmNxx baaa / 9 0 )1(3 ???????? ??? 精餾段平均液相表面張力 m/ 21 ???? ??? 精 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 17 提餾段平均液相表面張力 mmN /2 32 ???? ??? 提 全塔平均液相表面張力 m/2 31 mN???? ??? 液體平均粘度計(jì)算 im X ?? lglg i?? 塔頂液體粘度 : ?Dt ℃ , sm P asm P a BA ???? , ?? 1miim1 ??????? ? μ?? X sPa?m 進(jìn)料板液體粘度 : ?Wt ℃ , sm P asm P a BA ???? , ?? 3 2 3 ?? LT h 由圖 1241得到 ? ?? )/20/( ?CC 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 19 允許有效空塔速度 smC SSLg /).112 .482()(u ( m ax ) ????? ??? 取安全系數(shù)為 , ?39。39。 設(shè) TH =, L39。39。39。39。 ????? mhh Lf 39。 ???? ? 停留時(shí)間： 5s1 4 . 5 5 s0 .0 0 1 7 5 3 1/)0 5 6 6 (/H 39。液體自受液盤橫向流過塔板至溢流堰。 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 24 mhh Lf 1 3 7 39。 ????? 取 Wh 為 ）（ , 0 . ??? 。39。 mhhh OwWL 0 6 3 1 3 ????? 弓形降液管寬度 Wd 和面積 Af 精餾段 ： 求液面梯降 mDlW )(2/)(b ????? 由圖 1246得 dW = ?? 內(nèi)外堰間距離 mWDZ d ??? 取 mDW ???? ,)2(A 22 mDT ?? ? 查圖可知 ?Tf AA ??? Tf %?Tf AA 液層上部的氣體速度 smAA Vu fT Sg / ????? mhh Lf 1 3 7 39。 ???? ? 停留時(shí)間 ： 5s5 6 .5 s0 .0 0 0 6 0 2 5/)(/H ????? SfT LA? 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 26 提餾段 ： 求液面梯降 mDlW ).(2/)(b ????? 由圖 1246得 dW = ?? 內(nèi)外堰間距離 mWDZ d ??? 取 mDW ???? ,)2(A 2239。 ?Tf AA 液層上部的氣體速度 smAA Vu fT Sg / 39。39。39。ou 液體通過底隙時(shí)的流速， m/s。ou =，得 Oh =26mm 塔板布置及篩孔數(shù)目與排列 塔板的分塊 D≥ 800mm，故塔板采用分層，查表塔板分為 3塊。 ???? )()2/(x Sd WWD ??? CWD )2/(r ?rx/ 得 ?aA 2m 篩孔按正三角形排列，篩孔數(shù)目 個(gè)4048 22 a ???? t 。 提餾段 ： 查 表 1033弓形寬度與面積 取 ?SW , ?CW 。ou =（ ， ） m/s。即 Oh = Wh Oh 也可按下式計(jì)算： 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 27 39。 ?? 汽汽 kggkgghH ue fT gV /.1k0/))(12)(73( 39。 39。 %.27/ 39。 ??? ， mhH fT 39。 ? 故 mhhh OWLW 0 4 6 1 3 39。 ???WSl L 由圖 1248查得 E= 3/2)/(0 02 WSOW lLE 。 ??? 可忽略? 求Lh 前面已假設(shè)： mh L 39。 選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進(jìn)口堰 ,采用凹形受液盤。 ????? SfT LA? 自以上兩項(xiàng)核算初步認(rèn)為塔徑取 。 ??? ， 39。39。 mDT ?? ? 查圖可知 ?Tf AA ??? Tf 39。 ?? LT h 由圖 1241得到 ?20C ?? )/20/( ?CC 允許有效空塔速度 smC SSLg / .8 8 9/)0 .8 8 99 3 4 .3 2 8()(u ( m a x ) ????? ‘’‘ ??? ?39。39。 ?? 汽汽 kggkgghH ue fT gV /.1k0/))(12)(73( 39。39。9 9 2 0 3ii3 ??????? ? mm X ??? sPa?m 精餾段平均液相粘度 sPamm ????? 21 ???精 提餾段平均液相粘度 sm P amm ????? 32 ???提 全塔平均液相粘度 sm P amm ????? 31 ??? 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 18 3． 塔徑的確定 精餾段 設(shè) ?T 39。39。39。39。 ???? 氣相平均分子量： k m olkgMyMyM baaav /)1(39。對(duì)熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對(duì)揮發(fā)度增大，利于分離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。 5) 梯級(jí)在相平衡線上的頂點(diǎn)數(shù)即為所需要的理論板數(shù)。圖解法簡單步驟： 1) 首先在直角坐標(biāo)上作出恒壓下的 yx相平衡線和對(duì)角線。39。 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。 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。 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)。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?？傎M(fèi)用最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 R 值稱為 最佳回流比。同時(shí)考慮到塔頂產(chǎn)品與冷卻劑之間必須