【正文】 ＝ ＋ 5%Q 入 根據(jù)加壓塔精餾能量守恒 即： Q 入 ＝ Q 出 也即： ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ 5%Q 入 解得： Q 蒸汽 ＝ 加壓塔采用中壓蒸汽加熱所需要的蒸汽量為 ： k g / 8 6 4 1 1 8 9 5 0 6 1 6 0G 2 ??蒸汽 回流液和產(chǎn)品的冷凝潛熱 ： Q 潛 ＝（ ＋ ） ＝ 可提供給常壓塔再沸器的熱量為： Q 供 ＝ Q 潛 （ 1－ 5%）＝ （ 1－ 5%）＝ 常壓塔 的熱量衡算 設(shè)計(jì)的操作條件為：塔頂溫度 65℃ ，塔釜溫度 105℃ ，進(jìn)料溫度 70℃ ，回流液溫度為 40℃ ，冷卻水進(jìn)口溫度 30℃ ，出口溫度 40℃ ，取回流比為 . 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 ⑴ 物料帶入熱量 常壓塔的入塔能量 如 表 310。 精餾段與提餾段的體積流量 精餾段 已知精餾段的數(shù)據(jù)如表 42。 根據(jù)芬斯克公式 [12]： 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 lg11lg ??????? ?????? ???????????????????????????????? ?? ? wddmXXXXNw 最小回流比 各組分 如表 41。 Q 入 ＝ Q 進(jìn)料 ＋ Q 回流 ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ Q 蒸汽 ⑵ 物料帶出熱量 出料帶出加壓塔的熱量 如 表 39。 表 33 預(yù)塔出料流量及組成表 物料量 kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計(jì) 塔頂 塔底 28650 合計(jì) 28650 主塔的物料平衡計(jì)算 按照加壓塔和常壓塔的采出量之比 4∶ 6 計(jì)算，常壓塔釜液含有甲醇 1%。這些附屬設(shè)備中，再沸器和冷凝器為保證精餾工 序的正常連續(xù)穩(wěn)定操作是必不可少的兩類換熱器設(shè)備。第四，氣體的壓強(qiáng)降及液面落差比較小。閥片除了腿部相應(yīng)加長(zhǎng)以外，其余的結(jié)構(gòu)尺寸與 F1 型輕閥無(wú)異。塔板與閥片的點(diǎn)接觸也可以防止停工后板面與閥片的黏結(jié)。近些年來(lái)采用大孔徑的篩板可以避免堵塞，而且由于氣速提高，生產(chǎn)能力大大增加。其缺點(diǎn)為：塔板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬量消耗比較大，造價(jià)比較高；塔板的壓降比較大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象比較嚴(yán)重，極大的限制了氣速的提高，致使塔的生產(chǎn)能力和板效率均比較低。 泡罩塔作為應(yīng)用最早的一類氣液傳質(zhì)設(shè)備，長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)其性能就做了 比較充分的研究，而且在工業(yè)上積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 在工業(yè)生產(chǎn)中，一般情況下，當(dāng)處理物料量很大時(shí)多采用板式塔，塔徑在 以下時(shí)一般采用填料塔。 精餾塔的介紹和選擇 對(duì)于精餾工序來(lái)說(shuō)，精餾塔是是該工序進(jìn)行的重要條件，設(shè)計(jì)性能良好的精餾設(shè)備，必然可以為精餾過(guò)程創(chuàng)造良好的條件。這樣不僅節(jié)約了加熱蒸汽，而且也節(jié)省冷卻用水，有效的利用了熱 能。同時(shí)為了減少塔頂所排出氣體中甲醇的損失，可以在塔頂設(shè)置冷凝器二級(jí)冷凝。而銅系催化劑在較低壓力和溫度下合成甲醇，含有還原性的雜質(zhì)很少，無(wú)需要化學(xué)凈化，也可以獲得高穩(wěn)定性的精甲醇，因而簡(jiǎn)化了工藝流程，降低的生產(chǎn)成本。一般可在預(yù)精餾塔中脫出輕組分，再于主精餾塔中脫出重組分和水。 甲醇精餾方法的選擇 甲醇精餾的概述 甲醇合成反應(yīng)的生成與合成的反應(yīng)條件密切相關(guān)，即使參加反應(yīng)的元素只有碳、氫、氧三種，但往往由于合成反應(yīng)條件，如壓力、溫度、催化劑、反應(yīng)氣體組成以及催化劑中的微量雜質(zhì) 的作用，均可以是合成反應(yīng)偏離主反應(yīng)，生成各種副產(chǎn)物，也即甲醇中的雜質(zhì)成分。甲醇可作為 “功能 ”儲(chǔ)備來(lái)補(bǔ)充石油的不足。到了 80 年代中期，齊魯?shù)诙S又引進(jìn) Lurgi 公司低壓甲醇合成裝置，用渣油作為原料。 甲醇裝置正向大型化發(fā)展，國(guó)外一共有甲醇生產(chǎn)裝置進(jìn) 110 套，每套的年平均生新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 產(chǎn)能力都超過(guò) ，年總達(dá)到了 64Mt，在其中年生產(chǎn)能力超過(guò) 的裝置近 32套，總生產(chǎn)能力約為 30Mt，目前正建設(shè)的大型裝置的總生產(chǎn)能力可達(dá) 26Mt。與此同時(shí)，世界其他的化學(xué)公司也相繼開(kāi)發(fā)自己的中低壓甲醇合成工藝，建設(shè)甲醇合成裝置，但是 ICI 和 Lurgi 中低壓法合成工藝發(fā)展的最快。 1965 年采用這樣的方法生產(chǎn)的甲醇已經(jīng)達(dá)到了 萬(wàn)噸。到了 1661年，德國(guó)的 Robert Boyle 發(fā)現(xiàn)焦木酸含有一種 “中性物質(zhì) ”，稱它為木醇（ Wood Alcohol）?？梢?jiàn)，甲醇作發(fā)動(dòng)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。根據(jù)現(xiàn)代對(duì)甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)的了解，甲醇三塔精餾技術(shù)以其能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)領(lǐng)先于其他工藝。 能與水、醇 類 、乙醚、苯、 酯類、鹵代烴 和許多 其他有機(jī)溶劑互 溶，但是不與 脂肪烴類化合物 混溶 。 以甲醇為原料制得的人工蛋白稱為甲醇蛋白。市場(chǎng)的需求必然導(dǎo)致甲醇 產(chǎn)量的迅速增加。美國(guó)在 20 世紀(jì)的 70 年代初才完全摒棄了這一方法。該裝置所采用的催化劑為 ZnCr 氧化物或者 CuZnCr 氧化物，反應(yīng)的壓力為 ，產(chǎn)物組成為 68%甲醇和 32%水。 20 世紀(jì)50 年代以前，甲醇合成原料氣以煤和焦炭作為原料，在常壓或者加壓下氣化，用水蒸氣、空氣為氣化劑，通過(guò)這樣生產(chǎn)水煤氣，再經(jīng)過(guò)水汽變換逆反應(yīng)脫出部分二氧化碳來(lái)獲得甲醇合成氣，相似于合成氨來(lái)生產(chǎn)半 水煤氣。在過(guò)去的十年里，部分天然氣的儲(chǔ)量豐富而且本國(guó)的消耗量小的國(guó)家和地區(qū)，都先后建設(shè)世界級(jí)規(guī)模的甲醇生產(chǎn)裝置，產(chǎn)品已經(jīng)出口到美國(guó)、日本、歐洲等，以其較低的價(jià)位優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)這些國(guó)家、地區(qū)的市場(chǎng)，導(dǎo)致了這些國(guó)家、地區(qū)甲醇生產(chǎn)裝置的紛紛停產(chǎn)關(guān)閉。 我國(guó)的甲醇工業(yè)發(fā)展是伴隨著能源與美化工工業(yè)的發(fā)展而崛起的。甲醇轉(zhuǎn)化成二甲醚燃料的生產(chǎn)和應(yīng)用彰顯出了重要的發(fā)展前景，二甲醚替代一部分石油液化氣應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，以二甲醚作為能源的柴油車的研制與推廣步伐也正在加快。 由粗甲醇精制為精甲醇，采用精餾方法，同時(shí)根據(jù)甲醇質(zhì)量，在精制的過(guò)程中，還可以采用化學(xué)凈化和吸收的方法。所以必須采取化學(xué)方法進(jìn)行預(yù)處理。但是對(duì)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。 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 該生產(chǎn)流程突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以得到純度很到的甲醇，來(lái)滿足下游產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。加壓塔塔釜沒(méi)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。 塔設(shè)備可以分為板式塔和填料塔兩大類。逆流板也稱穿流板，板上不用設(shè)降液管，氣、液兩相同時(shí)從板上孔道逆向穿流過(guò)。齒縫一般含有矩形、梯形和三角形三種，常用的為矩形。塔板上還設(shè)有溢流堰，使塔板上能夠維持一定厚度的液層。浮閥塔板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在其塔板上開(kāi)有很多大孔（其標(biāo)準(zhǔn)的孔徑為 39mm），每個(gè)孔上還裝有一個(gè)能夠上下浮動(dòng)的閥片。當(dāng)它氣量很小時(shí)氣體仍然能夠通過(guò)靜止開(kāi)度的縫隙來(lái)鼓泡。因?yàn)楦￠y塔板既有較大開(kāi)孔率，所以它的生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20%至 30%，與篩板塔相近。因?yàn)闃?gòu)造簡(jiǎn)單，容易制造，浮閥塔的成本造價(jià)一般為泡罩塔的 60%至 80%，為篩板塔的 120%至 130%。而部分冷凝器是為了冷卻產(chǎn)品。 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 表 35 預(yù)塔帶入熱量表 進(jìn)熱項(xiàng)目 粗甲醇 軟水 回流液 熱蒸汽 成分 二甲醚 甲醇 水 異丁醇 外補(bǔ)水 堿液 甲醇 水 流量 kg/h 28650 溫度 ℃ 65 65 65 65 78 78 60 比熱kJ/kg℃ 焓 kJ/kg 熱量 kJ/h 5512260 Q 蒸汽 熱量計(jì)算公式： 某某某 CTWQ h ???? h/ 8 0 6 2 8 ????二甲醚 Q 粗甲醇 ＝ Q 二甲醚 +Q 甲醇 +Q 水 +Q 異丁醇 同理可得其他物質(zhì)帶入的熱量 Q 入 ＝ Q 粗甲醇 ＋ Q 軟水 ＋ Q 回流液 ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ 5512260 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ Q 蒸汽 ⑵ 出料熱量計(jì)算 表 36 物料帶出的熱量 出熱部分 塔頂 塔底 熱損失 成分 二甲醚 回流液 甲醇 水＋（堿液） 以 5%計(jì) 液體比熱 kJ/kg℃ 流量 kg/h 28650 液體冷凝熱 kJ/kg 溫度 ℃ 64 64 82 82 熱量 kJ 5%Q 入 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 2 2 1 2 )HC(WQ h ?????????? ）（液甲醇甲醇二甲醚 其他物質(zhì)的熱量亦同 上公式計(jì)算。 表 310 常壓塔入熱表 物料 進(jìn)料 回流液 再沸器加熱 組分 甲醇 水＋堿 甲醇 流量 kg/h 溫度 ℃ 70 70 40 比熱 kJ/kg℃ 熱量 kJ/h Q 加熱 h/ 6 7 6 0 5 90 5 7 1 8 4TWQ h ???????? 甲醇甲醇甲醇 C 其他物質(zhì)的熱量亦同上公式計(jì)算 Q 入 ＝ Q 進(jìn)料 ＋ Q 回流液 ＋ Q 加熱 ＝ （ ＋ ） ＋ ＋ Q 加熱 ＝ ＋ Q 加熱 ⑵ 物料帶出熱量 常壓塔的出塔熱量 如表 311。 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 29 表 42 精餾段數(shù)據(jù) 所處位置 進(jìn)料板 塔 頂（第一板） 質(zhì)量分?jǐn)?shù) xf＝ xl＝ yf＝ yl＝ 摩爾分?jǐn)?shù) Xf＝ Xl＝ Yf＝ Yl＝ 摩爾質(zhì)量 kg/kmol MLf＝ MLD＝ MVf＝ MVD＝ 溫度 ℃ 70 65 液相平均摩爾質(zhì)量： k g / k m o MMM ????? LDLf 65702 ?????? Dfm ttt液相的平均溫度： 在平均溫度 ℃ 下查工具書(shū)得到： 33 k g / g / ?? 甲醇水 ， ?? 水甲醇那么液相的密度為： ??? LmLmLm xx ??? 11 8 4 8 9 9 9 9 6 ????? lfLm xxx而其中的 3m/ 7 9?Lm?所以， 那么精餾段的液相負(fù)荷為： L＝ RD＝ ＝ h/ 3???? Lmn LML ? k m o l/kg5 4 ????? VDVf MMM汽相平均摩爾質(zhì)量為： 若氣體為理想氣體，那均溫 ℃ 下，均壓 103kPa 下： 3m/) 7 3(3 1 4 186 7 3 5 ??? ??? RTPM水? 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 30 3m/)(3 1 4 ??? ??? RTPM甲醇? 水甲醇汽相密度為： ??? VmVmVm xx ??? 11 ???Lmx其中的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3m/?Vm?所以有 那么精餾段的汽相負(fù)荷為： V＝（ R＋ 1） D＝ ＝ h/ 7 5 9 4 8 5 4 4 1 0V 3n ???? VmVM? 精餾段的負(fù)荷情況 如 表 43。 原料液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： f ??? 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 9 9 d ??? 殘液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 0 2 w ??? 進(jìn)料液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 5 6 f ??? 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 9 9 9 d ??? 殘液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 0 1 ) 5 4 9 8(32/% 5 7 32/% 5 7X w ????? ?? 進(jìn)料液的平均摩爾質(zhì)量： Mf＝ XfM 甲醇 ＋（ 1－ Xf=） M 水 ＝ 32＋（ 1－ ） 18＝ 同理可求得： 餾出液的平均摩爾質(zhì)量： Md＝ 釜?dú)堃旱钠骄栙|(zhì)量： Mw＝ ⑵ 操作溫度和壓力 新鄉(xiāng)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 精餾段 平均溫度： 1/2（ 70＋ 65）＝ ℃ 入口壓力（表壓）：（ 106－ 106） 69/85＋ 106＝ kPa 平均壓力（表壓）： 1/2（ 103＋ 10103） ＝ 提餾段 平均溫度： 1/2（ 70＋ 105） ＝ ℃ 平均壓力（表壓）： 1/2（ 103＋ 70103） ＝ 塔板數(shù)的計(jì)算 處理能力 k m o l / 5 0 4 6 9 1MGF f ??? 精餾段物料量 [12]： kmol / ???????