【正文】 ) / 2 9 3 .5t ? ? ?提 ℃ 常壓下甲醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)如下表 21 t x y t x y 100 0 0 100 100 1 1 = 1 . 6 4 3t = 6 6 . 9 ?℃ 22t = 8 1 .6 = 5 .7 1 8?℃ 相對揮發(fā)度 ? ?? ?xx yy ??? 11? nm ????? ?????? 321 求得相對揮發(fā)度 ?? 相平衡方程 ? ?xxxxy 0 6 0 6 ????? ?? 因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以 ?? Fe xx 代入上式得 ?ey 最小回流比 6 0 6 2 3 8 3 6 i n ??????? ee eD xy yxR 操作回流比 0 m in ???? RR （ 1） 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 . hK m o iVVhK m o lFLLhK m o lDRVhK m o lRDL/39。加壓塔塔釜沒有氣化的粗甲醇溶液則靠加壓精餾塔內(nèi)部壓力直接輸送到常壓塔。 三塔精餾與雙塔精餾的主要區(qū)別在于三塔精餾采用了兩個(gè)主精餾塔，第一個(gè)主精餾塔為加壓操作，第二個(gè)塔為常壓操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為第二主精餾塔再沸器的加熱源。 該生產(chǎn)流程突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以得到純度很高的甲醇，來滿足下游產(chǎn)品生產(chǎn)的需要 。同時(shí)從冷凝器里抽以小部分冷凝液以減少發(fā)揮性較小的輕組分。但是對于純度由較高要求的下游生產(chǎn)流程，一步精餾得到的精甲醇遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。 甲醇合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受其選擇性的限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣組成的影響，在生產(chǎn)甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列副反應(yīng)，其產(chǎn)品系主要是由甲醇以及水，有機(jī)雜質(zhì)等組成的混合液，故為粗甲醇。 低壓法： ~ MPa ，低壓法基于高活性的酮基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低 （ 240~270℃ ） 。由于由煤制的技術(shù)已經(jīng)掌握，本設(shè)計(jì)中采用以煤為原料合成甲醇?？梢姡状甲靼l(fā)動機(jī)的燃料，經(jīng)濟(jì)上是合理的，所以可以代替汽油作為輪船、機(jī)車、飛機(jī)的燃料，也可以做發(fā)電廠輪機(jī)的燃料。此外，在合成材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、染料和油漆等工業(yè)中 ，甲醛是不可缺少的溶劑和原料。甲醇能發(fā)生完全氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，也能發(fā)生部分氧化生成甲醛，甲醇脫氫也可生成甲醛。 甲醇的性質(zhì)及用途 甲醇的物理性質(zhì) 甲醇是最簡單的飽和一元醇，化學(xué)式為： CH3OH，在常溫常壓下，單質(zhì)甲醇是無色、易發(fā)輝、有酒精氣味的有毒液體。 常溫常壓下，純甲醇是一種無色、中性、極性、易揮發(fā)、易流動、易燃的有毒液體。 相對分子質(zhì)量為，是一種結(jié)構(gòu)最簡單的飽和一元醇。 國內(nèi)甲醇的生產(chǎn)發(fā)展概況 ...........................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 通過物料衡算，得出了主要的物料流量及塔溫；對工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際塔板數(shù)為 20 塊，每層塔板高度為 ，總的塔高數(shù)為 ，塔徑為 2m；接著進(jìn)行了流體力學(xué)驗(yàn)算，并繪制了操作性能圖，結(jié)果表明計(jì)算符合要求；然后對主要接管和輔助設(shè)備根據(jù)要求進(jìn) 行了選擇；其次對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了列表；最后繪制了精餾塔設(shè)備圖。 年產(chǎn) 11 萬噸甲醇精餾工段設(shè)計(jì) 摘 要 甲醇作為一種用途廣泛的有機(jī)化工產(chǎn)品，醇還能與有機(jī)酸、無機(jī)酸、氨、苯、一氧化碳、乙炔、金屬鈉、苯胺等作用。對工藝流程中的主塔進(jìn)行工藝計(jì)算，即回流比及塔板數(shù)的計(jì)算、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算、塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算、流體力學(xué)驗(yàn)算、繪制塔板負(fù)荷性能圖，最后需要編寫設(shè)計(jì)說明書，并繪制主塔設(shè)備圖。 國 外甲醇的生產(chǎn)發(fā)展概況 ...........................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 三、 塔板負(fù)荷性能圖 ....................................................... 37 精餾段 ............................................................... 37 提 餾段 ............................................................... 40 4 塔板結(jié)構(gòu)的確定 ......................................................... 45 塔高設(shè)計(jì) ............................................................. 45 接管設(shè)計(jì) ............................................................. 46 項(xiàng)目 ..................................................................... 49 數(shù)值與說明 ............................................................... 49 備注 ..................................................................... 49 符 號 說 明 ........................................................... 50 1 緒論 甲醇 最早由木材干餾而得，故稱 “ 木精 ” ，其化學(xué)式為 CH3OH。有毒性，甲醇蒸汽與眼接觸可引起失明，飲用亦可致盲。隨著國名經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甲醇的生產(chǎn)也促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。 表 11 甲醇的部分物理性質(zhì) 項(xiàng)目 數(shù)值 項(xiàng)目 數(shù)值 液體密度 kg/m3 (20℃ ) 熔點(diǎn) /℃ 氣體密度 kg/m3 (100℃ ) 閃點(diǎn)（閉環(huán)） /℃ 氣體粘度 Pas? ? (100℃ ) 沸點(diǎn) /℃ 液體粘度 Pas? ? （ 20℃ ） 表面張力 mN/m (20℃ ) 甲醇的化學(xué)性質(zhì) 甲醇分子組成中羥基的堿性極微弱，因此對酚酞和石蕊均顯中性。 甲醇的用途 甲醇是很重要的有機(jī)化工原料和溶劑，當(dāng)前，世界上甲醇的生產(chǎn)能力為每年近千萬噸，其中將近 30%至 40%的甲醇用于生產(chǎn)甲醛。甲醇若直接作為汽車發(fā)動機(jī)的燃料，雖然熱值只有汽油的一半，但它使汽車行駛一樣的里程消耗的甲醇哈汽油之比不是 2： 1，而僅為 ： 1[7],其熱效率高出汽油 90%以上。 從我國能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，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(yùn)藏著潛在的巨大市場。其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。中壓法扔采用高活性的酮基催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應(yīng)的動力消耗也有所增加。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約投資，而且減少了熱能的損耗。 預(yù)精餾塔分離輕組分和溶解的氣體，如氫氣、一氧化碳、二氧化碳等，塔頂大部分的水和甲醇回流。原料液從預(yù)塔塔底輸送到主塔進(jìn)料口，高級醇從加料板以下側(cè)線引出，含微量甲醇的水從塔底排除，而精甲醇則從塔頂處冷凝取出。采用三塔精餾的目的就是為了更合理的利用能量，達(dá)到節(jié)能目的。在加壓塔塔頂位置形成高純度甲醇蒸氣，這些蒸氣作為常壓塔的塔底再沸器的熱源，甲醇蒸氣冷凝后通過加壓泵再送 回塔底回流槽，其中一部分送往加壓塔塔頂作為回流液，而另外 一部分冷卻后作為產(chǎn)品儲存。但是對加壓塔的設(shè)備要求卻提高了，長遠(yuǎn)來看，總的效益還是很明顯的。5 4 7 1 2 6 4 7 9 4 08 2 6 4 0 7 4 9 339。39。史密斯等人匯集了若干泡罩、篩板和浮閥塔的數(shù)據(jù)，整理成負(fù)荷因子與影響因素間的關(guān)系曲線， 圖 中橫坐標(biāo) 1/2/ ( / )s s L VLV??為無因次比值，稱為液氣動能參數(shù)，它是反映液、氣兩相的負(fù)荷與密度對負(fù)荷因子的影響；縱坐標(biāo) 20C 為物系表面張力為 20 /mN m 的負(fù)荷系數(shù)；參數(shù) TLHh? 反映液滴沉降空間高度對負(fù)荷因子的影響。 故精餾塔的有效高度為 ： 0 . 8 4 . 2 5 . 4 0 . 8 1 0 . 4Z Z Z m? ? ? ? ? ? ?精 提 、封頭尺寸的選擇 封頭又稱為端蓋或頂蓋，是容器的重要組成部分。承壓容器以半球形和橢圓形封頭最有利，半球形封頭的深度較深，制造較困難。 表 24 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的尺寸范圍 封頭材料 碳素鋼、普通低合金鋼 不銹鋼、耐酸剛 公稱直徑/mm 3002600 4003200 500? 3002600 4003200 500? 封頭厚度/mm 48 1018 20? 39 1018 20? 直邊高度/mm 25 40 50 25 40 50 由 D=2m，選擇封頭厚度為 8mm 的不銹鋼，取筒體壁厚與封頭厚度相等 ，直邊高度 25h mm? 。 因塔 徑 2m=D ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 （ 近似取 1E? ） 設(shè)計(jì)中，板上液層高度 Lh 由設(shè)計(jì)者選定。 0 . 0 0 5 4 6 3 6 0 0 0 . 0 1 5 0 23 6 0 0 ` 3 6 0 0 1 . 4 5 4 0 . 2 5SowoLhmlu ?? ? ??? 液 柱 式中 ： ou39。 選用凹形受液盤，深度 mmhw 5039。查表 25 得，塔板分為 5塊。 （ 3） 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積 aA 按下式計(jì)算，即 ： 22 2 12 ( sin )180a rxA x r x r? ?? ? ? 式中 ： )(2sd WWDx ???， m ； cWDr ?? 2， m ； rx1sin? 為以角度表示的反正弦函數(shù)。 fTsa AA Vu ?? o a VFu?? 式中： oF — 氣相動能因子， )/( 2/12/1 mskg ? ； au — 通過有效傳質(zhì)區(qū)的氣速， m/s； TA — 塔截面積， 2m 。 液沫夾帶量由下式計(jì)算，即： ) ( )( ??????? ???fTaLv hHue ? = 氣//液/? 式中 ： ve — 液沫夾帶量， kg液體 kg/ 氣體； fh — 塔板上鼓泡層高度， m 。 K 值的適宜范圍為 2~ 。 — 流體流過降液管底隙時(shí)的流速， m/s。 則 空塔氣速 u為： m a xu= = = / s? 塔徑 : 4 4 6 . 9 8 7 1 1 . 7 92 . 7 6 5SVDmu?? ?? ? ?? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 2m=D 實(shí)際空塔氣速為 ： 6 .9 8 7 1 2 .2 2 4 1 /3 .1 4 1 6SfVu m sA? ? ? 因塔 徑 2m=D ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 ? 則 `52SowoLhmlu????液 柱 0 . 0 0 3 8 7 3 6 0 0 0 . 0 1 0 6 43 6 0 0 ` 3 6 0 0 1 . 4 5 4 0 . 2 5SowoL lu ?? ? ??? 0. 04 71 9 0. 01 06 4 0. 03 65 5woh h m? ? ? ? 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 W m?? ， ? 。 、漏液、液泛的驗(yàn)證 （ 1）精餾段液沫夾帶的驗(yàn)證 液沫夾帶量由下式計(jì)算，即： ) ( )( ??????? ???fTaLv hHue ? = 氣//液/? 式中 ： ve — 液沫夾帶量， kg液體 kg/ 氣體； fh — 塔板上鼓泡層高度， m 。 （ 3） 液泛 T( H ) 0. 7 ( 0. 6 0. 04 71 9) 0. 45 30 33 mwh? ? ? ? ? ? 液 柱 液柱0 0 9 5 6 2 )(1 5 )39。39。 ??????????? wT hHb ??? ? ? 2 00 1 5 0 5 )/(1 5 39。39。 根 據(jù) 以 上 各 線 方 程 ， 可 作 出 篩 板 塔 的 負(fù) 荷 性 能 圖 ， 如 下 圖 所 示 圖 31負(fù)荷性能圖 在負(fù)荷性能圖上，做出操作點(diǎn) A ,連接 OA,即作出操作線。39。 22 ??????????? LVoo CAa ?? ? ? 3 7 8 4 3 8 )1(39。39。 表 36 液泛線計(jì)算結(jié)果 smLs /, 3 0 3,m/sSV