【正文】 （ 4） 甲醇四塔精餾系統(tǒng)中，粗甲醇組分間可以形成多種共沸物，這些共沸物對加壓、常壓精餾塔影響較小。使用無縫熱軋鋼管，規(guī)格 GB8163—87 (3)進料口 進料的主要組分為甲醇，取進料液體密度 ρl=896 kg/m3 進料液流量 Ls= 3600896 ? = m3/s 取 u= m/s， d3 = ??? 圓整，物料進口管徑為 105mm。 液相負荷下限線 取堰上液層高度 mhow ? 作為液相負荷下限條件，依 owh 的計算出 sL的下限值，依此做出下限線，該線汽相流量無關的豎直線。 aA =2[rxrxrx a rc s in180 222 ??? ] 式（ ） mWDr C ????? m ? ? ? ? mWWDxSd ??????? aA = 2[ 22 ? + 180? ] = m2 (7)浮閥排列 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排 ， 見圖 圖 浮閥排列方式 取用一橫排孔心距 t =75 mm= m，分析鼓泡區(qū)內閥孔內的幾何關系可知，同一排的閥孔中心距 t? 符合下式： taNAt?? 式 () 式中 aA — 鼓泡區(qū)面積 tN — 閥孔總數(shù) ????? taNAtm 本科畢業(yè)設計 第 63 頁 考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板， D =3 m，故采用分為六塊式，而各分塊板的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距采用 80 mm，而應小于此值，故取 t? = 60 mm = m，按 t = 75 mm， t? = 60 mm 以等腰三角形叉排方式作圖。 故 H=++7++3++= m 塔板的工藝尺寸 為維持塔板上有一定高度的流動液層，必須設置溢流裝置。 人孔 為安裝、檢修的需要，一般每隔 6～ 8 層塔板設一人孔。 塔板工藝條件計算 采用 Aspen plus 對預塔進行模擬， 可模擬出。物流連接和圖 相同。 本科畢業(yè)設計 第 19 頁 理論板數(shù)分析 圖 理論板數(shù)與甲醇回收率關系 圖 塔頂乙醇回收率與理論板數(shù)關系 回流比分析 本科畢業(yè)設計 第 20 頁 圖 塔頂甲醇回收率與回流比關系 圖 塔頂乙醇回收率與回流比關系 塔頂餾出量分析 本科畢業(yè)設計 第 21 頁 圖 塔頂甲醇回收率與塔頂回流比關系 圖 塔頂乙醇回收率與塔頂回流比關系 進料板位置分析 本科畢業(yè)設計 第 22 頁 圖 進料板位置與能耗關系 運用上述條件，運用 Radfrac 模塊中的 Tray Sizing 進行加壓塔的尺寸 設計，其輸入數(shù)據如下圖所示 Tray Sizing 模擬輸入參數(shù) 1 本科畢業(yè)設計 第 23 頁 Tray Sizing 模擬輸入參數(shù) 2 圖 運行結果如下圖所示 圖 運行后，得到的 profiles 結果如圖所示 本科畢業(yè)設計 第 24 頁 圖 profiles 結果 運用上述條件，運用 Radfrac 模塊中的 Tray Rating 進行加壓塔的尺寸校核，其輸入數(shù)據如下圖所示。 其它如側線出料、加熱器和再沸器的熱負荷、蒸氣組分初值、塔板效率、回流溫度、填料性質或塔板性質等，都可以由模擬者根據要求設定。 在 Aspen Plus 中關于精餾的模塊有： (1)簡捷法模型：包括 DSTWU(簡捷法精餾設計模型 )、 Distl(簡捷法精餾核算模型 )、 SCFrac(簡捷法多塔蒸餾模型 )。 甲醇精餾塔進科量和組成改變時，都會破壞塔內物料平衡和氣液平衡，引起塔溫的波動，如不及時調節(jié)，將會導致精甲醇的質量不合格或者增加甲醇的損失。 精餾塔的產品質量控制和調節(jié) 精餾塔的產品質量通常是餾出液及釜殘液的組成達到規(guī)定值。回流比增大時，精餾段和提留段內傳質推動力均增加，因此在一定的精餾段理論塔板數(shù)下餾出液組成變大，釜殘液組成變小。 圖 甲醇精餾工藝的四塔流程 注釋： T01—預精餾塔； T02—加壓精餾塔； T03—常壓精餾塔； T04—回收精餾塔 P01—泵； E01—換熱器。帶有高錳酸鉀反應的精餾工藝需要對粗甲醇中的還原性物質進行處理后再精餾，工藝復雜，該工藝主要用于對甲醇質量要求相當嚴格的場合。一旦發(fā)生火災，救護人員必須穿戴防護服和防毒面具。慢性中毒反應為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。通常甲醇是一種比乙醇更好的溶劑，可以溶解許多無機鹽。S， 1dyn=106 N 表 14 與甲醇生成共沸混合物的性質和共沸物的沸點 壓力 mmHg 1 10 20 40 100 200 400 760 溫度 ℃ 壓力 atm 2 5 10 20 30 40 50 60 溫度 ℃ 84 溫度 ℃ 0 10 20 30 40 50 60 密度 g/cm3 粘度 Cp 表面張力dyn/cm 化合物 沸點 ℃ 共沸混合物 本科畢業(yè)設計 第 6 頁 甲醇的用途 甲醇結構最為簡單的飽和一元醇有毒、易燃、 化學性質較活潑 。甲醇的密度、粘度和表面張力隨溫度改變如表 13 所示。 The methanol distillation process is introduced。 Distillation process of material balance and energy balance。 有的能電離的雜質，如胺、酸、硫化物和金屬等。工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用一氧化碳加壓催化加氫的方法，工藝過程包括造沸點 ℃ 甲醇濃度 丙酮 CH3COCH3 醋酸甲酯CH3COOCH3 雙甲氧基甲烷甲醛 丁酮 CH3COC2H5 甲 酸炳酯HCOOC3H7 二甲醚（ CH3） 2O 乙醛縮二甲醇 乙基丙烯酸酯 甲酸異丁酯HCOOC4H 環(huán)己烷 C6H12 二內醚（ C3H7） 2O 丙酸甲酯C2H5COOCH3 甲酸乙酯HCOOC2H3 本科畢業(yè)設計 第 7 頁 氣、合成凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序。也可以從甲醇出發(fā)合成乙烯和丙烯，代替石油生產乙烯和丙烯的原料路線。甲醇攝入量超過 4 克就會出現(xiàn)中毒反應，誤服一小杯超過 10 克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。小火用二氧化碳、干粉、 121抗溶泡沫、霧狀水滅火，以使用大量水滅火效果較好。由于雙塔精餾和三塔精餾工藝完全能夠保證工業(yè)上對精甲醇質量的要求，因此一般不必采用帶高錳酸鉀反應的精餾工藝。 本科畢業(yè)設計 第 10 頁 影響精餾操作的因素與調節(jié) 影響精餾操作的主要因素簡析 精 餾塔操作的基本要求是在連續(xù)穩(wěn)態(tài)和最經濟的條件下處理更多的原料液，達到預定的分離要求（規(guī)定的 xD 和 xw)或組分的回收率，即在允許范圍內采用較小的回流比和較大的再沸器傳熱量。反之，當回流比減小時， xD 減小而 xw 增大，使分離效果變差。生產中某一因素的干擾（如熱量、 xF 等發(fā)生變動）將影響產品的質量，因此應及時予以調節(jié)控制。隨著進料量的調節(jié)，各層塔板上的 氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應。 (2)嚴格法模型： MultiFrac(嚴格法多塔精餾模型 )、 PetroFrac(嚴格法分餾塔 )、 RateFrac(精餾的核算與設計模型 )、 Extract(嚴格萃取塔模型 )。 對于一個模擬過程來說，準確無誤地選擇物性是模擬結果好壞的關鍵。 Tray Rating 模擬輸入參數(shù) 1 本科畢業(yè)設計 第 25 頁 Tray Rating 模擬輸入參數(shù) 2 Tray Rating 模擬輸入參數(shù) 3 圖 本科畢業(yè)設計 第 26 頁 運行后，得到塔板 profiles 結果，如圖所示。 理論板數(shù)分析 圖 理論板數(shù)與塔頂甲醇質量分數(shù) 本科畢業(yè)設計 第 38 頁 回流比分析 圖 回流比與塔頂甲醇回收率關系 圖 回流比與塔頂乙醇回收率關系 餾出量分析 本科畢業(yè)設計 第 39 頁 圖 塔頂餾出量與甲醇回收率關系 進料板位置分析 圖 進料板位置與耗能關系 運用上述條件，運用 Radfrac 模塊中的 Tray Sizing 進行回收塔的尺寸設計，其輸入數(shù)據如下圖所示： 本科畢業(yè)設計 第 40 頁 Tray Sizing 模擬輸入參數(shù) 1 Tray Sizing 模擬輸入參數(shù) 2 圖 運行結果如下圖所示 本科畢業(yè)設計 第 41 頁 圖 圖 結果 運用上述條件，運用 Radfrac 模塊中的 Tray Rating 進行回收塔的尺寸校核，其輸入數(shù)據如下圖所示。 實際塔板數(shù) N=44 進料板位置 NF=18 回流比 R=72 由物料衡算得 塔頂 D= kg/hr 采用 Aspen plus 對預塔進行模擬，可以得出一下數(shù)據為： (一 )平均摩爾質量 Mv= kg/kmol ML= kg/kmol 本科畢業(yè)設計 第 56 頁 精餾的氣液相負荷 D= L = RD =72= kmol/h V = (R+1)D =73= kmol/h (二 )平均摩爾密度 ρv= MVMRTMP = )( ?? ?= kg/m3 ρL = kg/m3 (三 )液體的平均表面張力 δL = mN/m 塔徑計算 精餾段的汽、液體積流率為 sV = ??? VVVM ?= m3/s sL = 00 00 ? ????VLML ? = m3/s 取塔板間距為 ，板上液層高度 hl= m，則 HThl== m umax = VVLc ? ?? ? 式 () ???VLsVL s ?? 查中國石化集團上海工程有限公司 .化工工藝設計手冊（第四版上冊），北京 :化學工業(yè)出版社， 2021，圖 1241，史密斯關聯(lián)圖，得 C20 = 。人孔直徑一般為 450～ 600 mm，其伸出塔體的筒體長為 200～ 250 mm，人孔距操作平臺 800～ 1200 mm。溢流裝置的設計包括堰長 wl ，堰高 wh ，弓形降液管的寬度 dW ，截面積 fA ，降液管底隙高度 0h ，進堰口高度 wh? 與降液管間的水平距離 1h 等。 開孔率 ??????? td? 式 () % 2????????? 氣體通過閥孔的氣速為 smAVu SS ???? 塔板流體力學驗算 氣相通過浮閥塔板的壓強降 ?hhhh cp ??? 1 式 () 干板阻力 Loc uh ?? 式 () )( ??ch 液柱 本設備分離為碳氫化合物，可取充氣系數(shù) ? = Lhh ??1 式 () 0 3 ?