【正文】 ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 （ 1） 堰長(zhǎng) 39。 立式容器支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座、裙式支座 本設(shè)計(jì)采用 裙式支座中的圓形支座 圓形支座制造方便，構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，用運(yùn)廣泛。( 1 ) ( 14 1 ) 0. 45 5. 85TZ N H m? ? ? ? ? ?提 提 在進(jìn)料板上方開三個(gè)人孔，每個(gè)人 孔高為 ，其高度為 塔的有效高度 Z= Z精 + 39。D = 塔截面積為 39。 39。39。20 20LCC ???? ????其中 39。 8 4 4 . 3 1 9 . 3 0 . 0 0 4 6 8 8 /3 6 0 0 3 6 0 0 9 6 5 . 5Lms LMLML m s? ?? ? ?? 由 39。LFm? + 39。LWm?lg =? lg()+() ? lg() 解得， 39。LFm? + 39。A? = /mNm 39。LFm? =? ? 40%= 3/kgm 提留段液相平均密度為： 39。LmM =( LFmM + LWmM )/2=(+)/2= /kg kmol 平均密度得計(jì)算 氣相平均密度的計(jì)算 有理想氣體狀態(tài)方程得， 39。11y = 。 39。639。 5x = 5 Fxx? 39。 39。V =V = /kmol h 求操作線方程 精餾段操作線方程 DLDy x xVV?? () 39。()B V LQ V I I?? （ ） 同樣，釜液為甲醇溶液，古其焓可以按甲醇的摩爾焓計(jì)算 39。 加熱器 選用管殼式換熱器。 泡點(diǎn)進(jìn)料基于恒摩爾流，假定精餾段和提餾段上升蒸汽量相等，精餾段和提餾段塔徑基本相等。研究進(jìn)一步提高，碳的氧化物與氫合成甲醇單程轉(zhuǎn)化率的新工藝，在強(qiáng)化生產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)質(zhì)也是節(jié)約能量的重要手段。甲醇可直接用于還原鐵礦（甲醇可以預(yù)先分解為 CO 2H ，也可以不作預(yù)分解） 得到高質(zhì)量的海綿鐵。甲醇可以裂解制烯烴，這對(duì)石油化工原料的多樣化，和面對(duì)石油資源日漸縮緊對(duì)能源結(jié)構(gòu)的改變具有重要意義。 甲醇可以和水以及許多有機(jī)液體如乙醇、乙醚等無限地混合。近年來采用大孔徑（ 1025mm） 篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高生產(chǎn)能力增大。 精餾過程來說，精餾設(shè)備是使過程得以進(jìn)行的重要條件。 化工生產(chǎn)需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的 .互溶液體混合物的分離有多種方法 ,精餾是其中最常用的一種 .精餾操作其基本原理是利用互溶液體混合物相對(duì)揮發(fā)度的不同、實(shí)現(xiàn)各組分分離的單元操作，實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分分離該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，操作壓力為 (塔頂表壓 ) ，全塔效率為 46%，單板壓降≤ 預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi) ,塔頂上升輕組分蒸汽采用全凝器冷凝 ,全凝器主要是用來準(zhǔn)備控制回流比 ,冷凝器在泡點(diǎn)下一部分回 流至塔內(nèi) ,其于部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入產(chǎn)品儲(chǔ)罐 . 該物系屬于易分離物系 ,操作回流比取最小回流比的 倍 。沒有剽竊、抄襲等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的侵權(quán)行為。 學(xué)校為我們提供了一個(gè)展示才華、思維和能力的良好機(jī)會(huì)，給一片自己動(dòng)手的藍(lán)色天空，在精餾塔的設(shè)計(jì)中為我們培養(yǎng)獨(dú)立思考、綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，為了搞好本次設(shè)計(jì)內(nèi)容，務(wù)必做到實(shí)事求是、作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，也為 了將來工作的得心應(yīng)手，我們應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待這次論文的設(shè)計(jì)。重復(fù)將此液在汽化，又進(jìn)行了一次汽液平衡，蒸汽重復(fù)冷凝得到液體，其中易揮發(fā)物質(zhì)的組分又增加了，如此繼續(xù)重復(fù)，最終就能得到接近純組分得各物質(zhì)。 本設(shè)計(jì)采用的是篩板塔，篩板塔上開有許多均勻布置的篩孔，孔徑一般為38mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。我國甲醇的產(chǎn)量近年來發(fā)展較快，從我國能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇可由煤制得，技術(shù)并不復(fù)雜。 甲醇可在銀催化劑作用下在 600650℃進(jìn)行氣相氧化或脫氫生成甲醇。 甲醇是多中有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。舊有高壓法，也在努力改善催化劑的活性，對(duì)合成塔作為某些改進(jìn)后，其生產(chǎn)能力可提高 20%50%,其能源利用率亦有顯著提高。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 1 章 流程的確定和說明 第 加料方式 加料分兩種方式：泵加料和高位槽加料通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭建塔臺(tái)，增加基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用；泵加料屬于強(qiáng)制進(jìn)料方式，泵加料易受溫度影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，影響傳質(zhì)效率。冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需再次冷凝，且本次分離是為了分離苯和甲苯，制造設(shè) 備較為簡(jiǎn)單，為節(jié)省資金，選全凝器。 塔釜 殘液中 甲醇 的含量不高 于 %. 設(shè)計(jì)條件 操作壓力 （塔頂表壓） 進(jìn)料熱狀況 采用泡點(diǎn)進(jìn)料 回流比 R= 單板壓降 ≤ 全塔效率 ET=52% 設(shè)計(jì)方案確定 本設(shè)計(jì)中進(jìn)行二元混合物系甲醇 水的分離 ,采用連續(xù)操作方式的篩板精餾塔 ,進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)溫度 .將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi) ,用飽和水蒸氣加熱 .塔頂蒸汽采用全凝器冷凝 ,用循環(huán)水進(jìn)行冷卻 ,然后將冷凝液在泡點(diǎn)下一 部分回流至塔內(nèi) ,其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。VLI I r?? 查圖， WX = 時(shí) ，泡點(diǎn)溫度為 ℃，查的該溫度下得汽化潛熱為： 39。39。39。6 ?? 解得， 39。6x = 同理解得， 39。 39。11x Wx 求解的結(jié)果為： 總理論塔板數(shù)： TN =11 塊 （包括再沸器） 理論進(jìn)料板數(shù) ： FN =5 塊 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 節(jié) 實(shí)際板層數(shù)的求解 精餾段實(shí)際板層數(shù)： 4 852%N ??精 塊 提留段實(shí)際板層數(shù)： 7 1452%N ??提 塊 TTPNE N? （ ） 實(shí)際塔板數(shù)： 11 2252%TP TNN E? ? ? 塊 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 4 章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算 第 節(jié) 精餾段的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力： DP = 每層塔板壓降： △ P= 進(jìn)料板壓力： FP =+? 9= 精餾段平均壓力： ( ) / 2m D FP P P?? = (+)/2= 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中甲醇 水溶液的飽 和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。39。LWm? ） /2=(+)/2= 3/kgm 液相平均表面張力的計(jì)算 液相平均表面張力由下式計(jì)算 即， 39。Ft =℃ 查手冊(cè)得， 39。 39。A? = .mPas 39。39。 39。 339。39。39。39。 本設(shè)計(jì)選用的是橢圓形封頭 橢圓形封頭因邊緣應(yīng)力小，承壓能力強(qiáng)，獲得廣泛的應(yīng)用，橢圓形封頭有兩部分組 成，半橢球和高度為 h 的直邊。Z提 ++2? ） ? 10%= 第 精餾塔的總高度 Z= Z精+ 39。0 .7 3 0 0 .7 3 0 1 .8 1 .3 1 4Wl D m? ? ? ? ? （ 2） 溢流堰高度 39。Lh =80m m 故： 39。 mD ? 39。39。39。39。 39。t 為 39。39。 2 21 .1 5 5 1 .1 5 5 1 .7 8 4 91580 .0 1 5OAn t ?? ? ?個(gè) 開孔率為： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 2 239。 0 .5 1 .8 0 .0 4 5 0 .8 8 5Cr D W m? ? ? ? ? ? 故： 239。 2 139。Oh? == 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 選用凹形受液盤，深度為 39。39。 57 8 57 8 84 0dW D m? ? ? ? ? 由式 39。39。W L OWh h h?? ，選用平直堰，堰上層高度 2 / 339。Wh =60m m 塔板布置 （ 1） 塔板的分布 因 D? 1800m m ，故塔板采用分塊式，塔板分為 5 快 （ 2） 邊緣寬度確定 取 SW = 39。 第 節(jié) 支座的選型及其計(jì)算 支座的選型 容器支座有兩種，臥式容器支座和立式容器支座。 39。4 4 3 . 2 6 1 1 . 6 0 8 33 . 1 4 1 . 6 0 6 1sVDm? ?? ? ??? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 39。 39。Lh =80m m ，則 39。39。39。Lm? =（ 39。B? = .mPas 39。Lm? =（ 39。Wt = ℃ 查手冊(cè)得， 39。LW m? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?= 3/kgm 進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算 Ft =℃ C =40% 39。VmM =（ VFmM + VWmM ） /2=（ +） /2= /kg kmol 39。10x = 39。8y = 。66(1 )yx y a y? ??39。 4x = 5y = 。39。L L Fq?? =+1? = /kmol h 39。 39。由于本次分離的是 苯 — 甲苯混合液，故采用間接加熱。 第 節(jié) 進(jìn)料狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料對(duì)塔操作方便，不受季節(jié)氣溫影響。如熱能的充分利用原料氣制裝備的工藝改進(jìn)，采用透平壓縮機(jī)使用高活性催化劑等，都取得里顯著的節(jié)約能量消耗的效果。 3. 甲醇是直接合成醋酸的原料，孟山都法實(shí)現(xiàn)了在較低壓力下甲醇和一氧化碳合成醋酸的工業(yè)方法。甲醇通過 ZSM5 分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油，已經(jīng)工業(yè)化，為固體燃料轉(zhuǎn)為液體燃料開辟捷徑。常溫，常壓是一種無色透明有特殊氣味的易流動(dòng)易揮發(fā)的可燃液體，沸點(diǎn) ℃在空氣中的爆炸極限為 6%%（ 體積分?jǐn)?shù)），甲醇的密度、黏度和表面張力都隨溫度的升高而減小。缺點(diǎn)是：操作彈性小，篩孔小時(shí)容易堵塞。本設(shè)計(jì)是采運(yùn)易揮發(fā)的雙組分離。隨著石油化工及化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展和興起，蒸餾分離過程的大處理量，連續(xù)化操作的優(yōu)勢(shì)得到了充分的發(fā)揮。年處理 噸的甲醇 水溶液，其中甲醇的含量為 40%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕，塔中甲醇的含量不低于 95%，塔釜?dú)堃褐屑状嫉暮坎桓哂?%。設(shè)計(jì)所撰寫的內(nèi)容及參考 資料真實(shí)可靠。學(xué)習(xí)更多的東西為發(fā)展科學(xué)觀作出貢獻(xiàn)。因此，精餾原理可概述為：將液體混合物進(jìn)行多次的部分汽化，部分冷凝并分別收集，最終得到分離提純的目的。塔板上設(shè)置溢流堰，使塔板上能維持一定厚度的液層，在操作時(shí)，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小 的流股，在板上液層中鼓泡而出，汽液間密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)。甲醇的來源廣，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(chǎng)。 3 2 2C H OH O HCHO H O? ? ? 甲醇分子羥基中的氫可以被堿金屬取代而生成甲醇鈉 3 3 222aaC H OH N C H ON H? ? ? 甲醇鈉在沒有水的條 件下才穩(wěn)定，因?yàn)樗梢允顾馍杉状己蜌溲趸c 高溫下，在催化劑上進(jìn)行甲醇的脫水，可以制取二甲醚。 近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了 許多新的用途。 3. 生產(chǎn)裝置趨向于大型化，由于大型裝置設(shè)備利用率和能源利用率較好，可以節(jié)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 省單位 產(chǎn)品的投資和降低單位產(chǎn)品成本?？恐亓Φ牧鲃?dòng)方式可省去一筆費(fèi)用。 回流方式 宜采用重力回流，對(duì)于小型塔，冷凝液由重力作用回流入塔。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。r =675? =21627 /kJ kmol 所以， 39。39。39。6y = 代入 39。7y = 。9x = 39。計(jì)算結(jié)果如下 ， 塔頂溫度 Dt =65℃ 進(jìn)料板溫度 Ft =℃ 精餾段平均溫度 ( ) / 2m D Ft t t?? =（ 65+） /2=℃ 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂?shù)钠骄栙|(zhì)量計(jì)算 由 1 ?? 查平衡曲線的 1x = 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 VDmM =? +（ ） ? = /kg kmol LDmM =? +（ ） ? = /kg kmol 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由逐板理論的 Fy = 查平衡曲線的 Fx = VFmM =? +（ ） ? = /kg kmol LFmM =? +（ ） ? = /kg kmol