【正文】 重等。就這樣將混合液分離為幾乎純粹的組份。原料液加入容器 A，并在容器內(nèi)加熱使之沸騰，液相組成 x1，部分氣化成氣相 y1， y1進(jìn)入容器 B并使部分氣化成 y2，這樣液相中的甲醇濃度 x1x2x3x4……。 通過(guò)物料衡算、熱量衡算、主要設(shè)備工藝，得出所選脫醚塔和甲醇水精餾塔等主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和設(shè)備尺寸，并且證明所得技術(shù)參數(shù)及設(shè)備尺寸均能滿足年產(chǎn) 6萬(wàn)噸甲醇的設(shè)計(jì)要 求，各項(xiàng)消耗也在消耗控制指標(biāo)范圍內(nèi)。所以本文對(duì)年產(chǎn) 6萬(wàn)噸甲醇的精餾工藝設(shè)計(jì)是比較合理和科學(xué)的。雖然原料液不斷向 A加入，但由于甲醇的不斷蒸發(fā)，蒸汽組成 y始終大于 x，液相中的甲醇組份越來(lái)越少，致使操作不能持久繼續(xù)下去。上部易揮發(fā)組分蒸出冷凝后取出，最下部取出難揮發(fā)組分，同時(shí)不斷補(bǔ)充原料液，保持：補(bǔ)充原料液＝上部餾出液＋下部殘液 為了使裝置簡(jiǎn)化，又能達(dá)到制取純組分的目的，將圖 1－ 1b的裝置做成所謂的精餾塔，即為工業(yè)上用以精餾的主要設(shè)備。雙甲工藝主要是用來(lái)取代銅洗工藝，使原料氣中的 CO和 CO2大部分轉(zhuǎn)化為甲醇，變廢為寶，而且原料氣精制程度高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、工作環(huán)境清潔。為了去掉這部分雜質(zhì)，在操作時(shí)加 20％左右的冷凝水（占入料量）6 于預(yù)塔回流液收集槽中進(jìn)行萃取 。加壓精餾塔的冷凝器作為常壓精餾塔的再沸器，這樣精餾塔的蒸汽消耗可降低近一半，精餾 1噸甲醇消耗蒸汽約 ～ 。根據(jù)用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求不同可以在主塔的幾個(gè)部位采出精甲醇。甲醇及其它組分的蒸汽由塔頂蒸出后，在冷凝器（ ）用冷卻水使部分蒸汽冷凝，這冷凝器是分凝器，用冷卻水流量控制出氣溫度在 45～ 55℃之間，以使低沸點(diǎn)組分排出系統(tǒng)。因此，回流液的純度是相當(dāng)高的，但有時(shí)可能混有極少量的低沸點(diǎn)雜質(zhì)，所以在據(jù)塔頂 3～ 7塊塔板上進(jìn)行甲醇采出。采出量根據(jù)成品精甲醇或主塔回流液分析低沸點(diǎn)雜質(zhì)含量而定，一般采出量為預(yù)塔入料量的 2～ 3％左右。 溫度：預(yù)塔底溫度 80℃ 預(yù)塔頂溫度 65～ 70℃ 預(yù)塔頂放空氣溫度 45～ 50℃ 主塔底溫度 107～ 110℃ 主塔頂溫度 65℃ 壓力：加熱蒸汽壓力 組分：精甲醇中甲醇含量 ≥ ％ 精餾殘液中甲醇含量 ≤ ％ 10 第 節(jié) 主要設(shè)備選型 預(yù)塔（脫醚塔）： DN120211770 主塔（甲醇水精餾塔）： DN165045400 11 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算書 第 節(jié) 給定數(shù)據(jù) 精甲醇： 6萬(wàn)噸 /年 計(jì)算基準(zhǔn)： 300天（ 7200小時(shí)） 粗甲醇組成：甲醇含量 90%；輕餾分（以二甲醚計(jì) ） 2%；水含量（包括高沸點(diǎn)乙醇、烷烴等雜質(zhì)，計(jì)算時(shí)以水計(jì)） 8%；粗甲醇密度 。 水 =粗醇小時(shí)量粗甲醇含水量 == kg/h。兩塔采出初餾物的密度為 ，甲醇含量 %，油溶性雜質(zhì)為%。冷卻水進(jìn)冷凝器溫度為31℃，出冷凝器溫度為 40℃。 殘液排出量：包括水、堿、甲醇及高沸點(diǎn)物等，其中甲醇含量為 1%，計(jì)算時(shí)以水計(jì)。在22 實(shí)際生產(chǎn)中，冷凝器有微量不凝性氣體放空，計(jì)算時(shí)和工程熱損失一起考慮，一般在生產(chǎn)實(shí)踐中定為總?cè)霟岬?5%。 進(jìn)料中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) Xf： Xf=Gf/Mf/（ Gf/Mf+GH2O/MH2O） =(+)= 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) Xd: Xd=Gd/Md/(Gd/Md+GH2O/MH2O) =(+)= 殘液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) Xw: Xw=Gw/Mw/(Gw/Mw+GH2O/MH2O) =(+)= ⑶ 塔處理能力 F=G/(+) =[+() 18]= kmol/h 精餾段處理能力 : D精 =F(XfXw)/(XdXw) =()/() = kmol/h 提餾段處理能力 : D提 =F(XdXf)/(XdXw) =()/() = kmol/h ⑷ 塔板層數(shù)的確定 ① 求最小理論塔板數(shù)。 ⑸ 塔徑的計(jì)算 取精餾塔的第 19塊塔板為進(jìn)料口，塔板為 75塊。 水的粘度 H2O= 提餾段平均組成為 : X’CH3OH=1/2(Xf+XW)=1/2(+)= X’H2O== 28 平均分子量為 : M’=X’CH3OH MA+ X’H2O MB =+= kg/kmol 平均氣體密度 ρg為 : ρg=PM’/RT =(+273)= kg/Nm3 平均液體密度 ρL為 : ρL=1/2(ρ進(jìn)料 +ρ殘液 )=1/2(880+996)=938 kg/m3 查 ℃時(shí)甲醇表面張力 σCH3OH= N/cm。 根據(jù)芬斯克（ Fansker）公式求取 Nm+1=㏒（ Xd/） /㏒ a平均 25 當(dāng)溫度為 65℃時(shí)甲醇 的飽和蒸汽壓為 P0CH3OH=90 KPa 水的飽和蒸汽壓為 P0H2O= KPa 則相對(duì)揮發(fā)度為 aCH3OH=P0CH3OH/P0H2O=90/=4 當(dāng)溫度為 109℃時(shí)甲醇的飽和蒸汽壓為 P0CH3OH= KPa 水的飽和蒸汽壓為 P0H2O= KPa 則相對(duì)揮發(fā)度為 aH2O=P0CH3OH/P0H2O=平均相對(duì)揮發(fā)度 a平均 =(aCH3OH. aH2O)1/2= ()1/2= ∴ Nm+1=㏒（ Xd/） /㏒ a平均 =㏒ [()()/]/ ㏒ = Nm= (不包括再沸器 ) ② 求最小回流比 Rm 因?yàn)檫M(jìn)料為飽和液體 ∴ Rm=1/（ a1） [Xd/Xfa（ 1Xd） /（ 1Xf） ] =1/（ ） [()/() = 操作回流比 : R=2Rm== ③ 求實(shí)際塔板數(shù) 根據(jù)吉利蘭 (Gellin) 理論板數(shù)與回流比的關(guān)聯(lián)圖 754(化工原理 .陸美娟 . 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021)， 計(jì)算 (RRm)/(R+1)=()/(+1)= 查圖 754得 (NTNm)/(NT+1)= 則 ()/(NT+1)= 得理論板數(shù) NT =≈ 14塊 (不包括再沸器 ) ④ 計(jì)算全塔的板效率 : 物料的相對(duì)揮發(fā)度與粘度是計(jì)算塔板效率的主要參數(shù) 塔頂溫度 65 ℃ 。即 Q入熱 =Q回流液 +Q低沸點(diǎn)物 =+= kJ/h 帶出熱 :為回流液熱、低沸點(diǎn)物帶出熱和熱損失。 精甲醇量 =預(yù)后甲醇量 低沸點(diǎn)物采出量 高沸點(diǎn)物采出甲醇量 殘液中甲醇含量 = = kg/h (計(jì)算時(shí)取 7799 kg/h) 回流液量 : kg/h。 ① 進(jìn)料量 :包括預(yù)后甲醇和回流液 主塔進(jìn)料量 =預(yù)塔總出料量 輕餾分 預(yù)塔初餾物 =回流液量 :回流液量取進(jìn)料量的 2倍 ， 即 kg/h 總進(jìn)料量 =主塔進(jìn)料量 +回流液量 =+= kg/h 冷凝器 W2A/B 冷卻水31℃ 輕餾分放空h 回流液h 初餾分(液 ) h 回流液 ( 氣 ) 輕餾分 ( 氣 ) kg/h 60℃ 62℃ 圖 32 預(yù)塔冷凝器物流圖 18 ② 出料量 精餾工序所有產(chǎn)品均在此全部分離完成，主要有精甲醇、低沸點(diǎn)物、高沸點(diǎn)物采出、殘液和不凝性氣體放空。 13 ⑶ 預(yù)塔全塔熱量平衡 預(yù)塔操作條件 :塔頂溫度 62℃；塔底溫度 78℃；進(jìn)料溫度 65℃；回流液溫度 62℃；外補(bǔ)水、堿液溫度 68℃；回流比 =回流量 /進(jìn)料量 =。 堿液 (以 5%NaOH計(jì)算 )帶入水量 =堿液量 燒堿 =。因此精餾工序工作日一般為 290330d，本計(jì)算以 300天為基準(zhǔn)，即 7200小時(shí)。這些雜質(zhì)在預(yù)塔回流液中的 含量如表 22。 在精餾塔底部，當(dāng)混合液溫度達(dá)到 110℃時(shí)，混合液中的甲醇含量約在 ％左右，其中大部分是水和少量高沸點(diǎn)雜質(zhì)，被排出塔外，送往廢水處理裝置。從塔頂流下的接近沸 點(diǎn)的回流液與由塔底蒸發(fā)向上的甲醇及其它組分蒸汽在塔內(nèi)逆流相遇，進(jìn)行質(zhì)的交換和熱的交換，使大部分甲醇與高沸點(diǎn)餾分冷凝、回流，同時(shí)將熱傳遞給8 低沸點(diǎn)餾分繼續(xù)氣化。由于粗 甲醇雜質(zhì)中主要輕餾分是二甲醚，所以也把輕餾分塔稱作脫醚塔（或稱為預(yù)塔）。 雙塔流程采用一臺(tái)預(yù)塔，一臺(tái)常壓精餾塔（主塔），流程短，操作簡(jiǎn)單，投資相對(duì)較低，但缺點(diǎn)是蒸汽消耗高， 1噸甲醇耗蒸汽在 ～ 2噸之間。對(duì)于不溶于水的烴類可以從回流液中采出，即為低沸點(diǎn)初餾物。 所以本設(shè)計(jì)精甲醇的生產(chǎn)能力確定為 60000噸／年。其次，精餾及加工中甲醇損耗與能耗也是考核生產(chǎn)工藝的重要指標(biāo)。這樣改變操作后由各容器分出的蒸汽所含的易揮發(fā)組分量仍然在遞增，但就任何一個(gè)容器而言，它得自后面一個(gè)容器的液體，氣中甲醇含量多于他送往前面一個(gè)容器的液體中的含量。國(guó)內(nèi)聯(lián)醇工藝存在規(guī)模小 ， 絕大部分為30kt/a以下小廠，沒(méi)有規(guī)模效應(yīng)；技術(shù)路線單一，能耗