【正文】 39。39。39。39。 、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 。 ? 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。 — 流體流過降液管底隙時(shí)的流速， m/s。 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） 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)。 選用凹形受液盤，深度 mmhw 5039。 （ 近似取 1E? ） 設(shè)計(jì)中，板上液層高度 Lh 由設(shè)計(jì)者選定。 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? 。 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。39。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。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。 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。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(dòng)力消耗也有所增加。 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。 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。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。 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。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。 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。 相對分子質(zhì)量為，是一種結(jié)構(gòu)最簡單的飽和一元醇。 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。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。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。 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。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。 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。 圖 12 三塔精餾工藝流程圖 表 12 三種類型的塔對比表 項(xiàng)目 單塔精餾 雙塔精餾 三塔精餾 運(yùn)行操作 運(yùn)行簡單 運(yùn)行相對簡單、穩(wěn)定 運(yùn)行比較復(fù)雜 產(chǎn)品質(zhì)量 相對于粗甲醇得到了很好的提高 可以獲得比較優(yōu)質(zhì)的精甲醇 可以得到高純度的精甲醇 能量消耗 相對較低 能量消耗很高，而且熱能的利用率低 相對于雙塔精餾節(jié)約很多熱能 產(chǎn)品適合方向 獲得燃料級甲醇 可以滿足下游產(chǎn)品生產(chǎn) 對甲醇高純度的要求 2 物料衡算 設(shè)計(jì)條件 ① 甲醇產(chǎn)量： 110000（噸 /年） ②主塔進(jìn)料液濃度： 75 (wt%)(甲醇含量 ) ③產(chǎn)品濃度 ： 98% (wt%)(甲醇含量 ) ④ 殘液中甲醇含量： 3 (wt%)(甲醇含量 ) ⑤ 每年實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間： 330天 /年 操作條件 塔頂壓力： 6— 7KPa； 塔底壓力： — 回流液溫度： 50— 65℃ ； 進(jìn)料溫度： 82— 85℃ 塔底溫度： 102— 110℃ ； 塔頂溫度： 60— 67℃ 原料液的處理量 : 711 10 18148kg/ h330 24F ???? 物料衡算的關(guān)鍵組分 Fx 、 Dx 、 Wx 的 計(jì)算 甲醇的摩爾質(zhì)量：3 3 2 /CH OHM kg kmol? 水的摩爾質(zhì)量： 2 18 /HOM kg kmol? 主塔進(jìn)料中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) ： 0 . 7 5 / 3 2 0 . 6 2 80 . 7 5 / 3 2 0 . 2 5 / 1 8Fx ??? 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) ： 0 . 9 8 / 3 2 0 . 9 6 50 . 9 8 / 3 2 0 . 0 2 / 1 8Dx ? 殘液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) ： 0 . 0 3 / 3 2 0 . 0 1 70 . 0 3 / 3 2 0 . 9 7 / 1 8Wx ??? 、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 0 .6 2 8 3 2 ( 1 0 .6 2 8 ) 1 8 2 6 .7 9 2 /0 .9 6 5 3 2 ( 1 0 .9 6 5 ) 1 8 3 1 .5 1 /0 .0 1 7 3 2 ( 1 0 .0 1 7 ) 1 8 1 8 .2 3 8 /FDWM k g k m o lM k g k m o lM k g k m o l? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 原料處理量 : 18148 6 7 7 . 3 6 6 /2 6 . 7 9 2F k m o l h?? F W D??總 物 料 衡 算 ： 甲醇物料衡算 : x x xF W DF W D?? l/ h24 0. 79 4k m o=W l/ h43 6. 57 2k m o=D聯(lián)立解得： 塔板的計(jì)算 塔頂溫度 : 66Dt ? ℃ 塔 底 溫度 : 105wt ? ℃ 進(jìn)料板溫度 : 82Ft ? ℃ 精餾段平均溫度 : ( 66 82 ) / 2 74t ? ? ?精 ℃ 提餾段平均溫度 : (1 0 5 8 2 ) / 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。 ??????? xxxVWXVLy w 采用圖解法求理論板層數(shù) 。常見形式有半球形、橢圓形、圓錐形和平板形。 塔板形式有： 泡罩塔板 、 篩孔塔板 、 浮閥塔板 。對常壓塔一般取為 ~ 。 ? 。 ? ? ? ?2 0 . 3 1 4 0 . 0 6 5 0 . 6 2 1222 0 . 0 4 0 . 9 622dSCDx W WDrW? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 故 ? ? 22 2 12 sin180rxA a x r x r? ???? ? ????? ? ?22 2 10 . 9 6 0 . 6 2 12 0 . 6 2 1 0 . 9 6 0 . 6 2 1 s in1 8 0 0 . 9 6? ??? ? ? ? ? =（ 4） 篩孔計(jì)算及其排列 所處理的物系無腐蝕性，可選用 3mm?? 碳鋼板，取篩孔直徑 mmdo 5? 。 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般取 Lf hh ? 。 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)層高度 dH 應(yīng)服從以下關(guān)系式，即： )( wTd hHH ??? ? — 安全系數(shù)。 選用凹形受液盤，深度 mmhw 5039。 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般取 Lf hh ? 。39。39。39。39。 3/23/2 ???????? wlEd ? 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得： 3/223/223/2239。 令 )( wTd hHH ??? 由 dL